利用液晶透镜实现扩展景深成像

针对现有利用液晶透镜获取扩展景深图像的方法需要较长时间的问题,提出一种提升液晶透镜扩展景深融合效率的方法,该方法可以缩短获取扩展景深图像的时间。利用液晶透镜在正负状态之间切换时保持透镜效果的特性,获取图像进行计算。通过考虑每个图像的景深,减少融合所需要的图像数量,从而缩短图像处理的时间。所提方法的图像使用数量减少至现有基于液晶透镜的景深扩展技术的31.2%,计算时间减少至34.38%,合成效率显著提升。所提扩展景深图像质量的方法在主观评价与客观评价上均获得了较好的实验效果。     

负折射平板透镜景深特性仿真分析

根据波前编码理论,通过计算机仿真分析的形式,对负折射平板透镜景深延拓特性进行了探讨在折射率为-1时,实现了8.5333倍的景深延拓;在折射率有微小偏移的情况下,以-0.99为例,引入校正透镜后,实现了6.5862倍的景深延拓.     

分波段照明法实现单透镜大景深成像

基于透镜色散原理,提出了运用分波段照明法扩大单透镜成像景深的方法.理论推导出物距和照明光波长之间存在正相关关系,据此选择相应波段的照明光源,通过照明光学设计,使不同物距的物体均能清晰成像在同一像面上.ZEMAX软件模拟结果与理论分析吻合.采用自行设计的图像采集系统,只用一个35mm焦距普通双凸透镜进行实验测试.人眼主观和专业软件测试结果均表明:采用分波段照明方式比用白光照明景深扩大81.8%,分辨率最大提升200.3%;比只用单色光照明景深扩大了93.6%,分辨率最大提升189.7%.     

可调焦胶囊内窥镜光学系统设计

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题,将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计,在保证分辨率的同时,扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计,建立系统初始结构,构造液体透镜模型,基于液体透镜中液体的体积不变,曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点,在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据,将其导入CODE V的系统模型中,并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统,实现了系统在3~100mm景深范围内的清晰成像,视场角大于110°,全视场范围内调制传递函数在40lp/mm频率下均大于0.3.     

基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

 针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.     

基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.     

用液芯柱透镜测量液体折射率

制作了一种液芯变焦柱透镜并将其用于精确测量液体的折射率.在空心的柱透镜内注入待测折射率的液体,通过测量液芯透镜的焦距,根据焦距和折射率之间的关系,计算出液芯介质的折射率.此方法有效地提高了折射率测量的灵敏度,减小了测量系统的景深.选取×20倍显微物镜可实现液体折射率1.3～1.642范围内的精确测量,单次测量误差小于0.000 2.     

数字全息成像系统的景深和焦深分析

根据全息理论,分析了数字全息成像系统的景深和焦深.针对数字全息不同的记录光路结构,分别给出了焦深的近似表达式.结果表明：数字全息系统的景深和焦深不仅与记录波长以及记录时的数值孔径有关,还与记录时参考光波的偏置情况有关;在记录距离和CCD参量一定的条件下,离轴无透镜傅里叶变换全息对称偏置下的焦深比非对称偏置下的稍小;显微成像情况下离轴无透镜傅里叶变换全息系统的焦深大于同轴菲涅耳数字全息系统的焦深,计算机模拟表明了结果的正确性.     

基于分层级各向异性滤波的图像景深渲染算法

提出了一种基于分层级各向异性滤波的图像景深渲染算法。基于光学薄透镜的景深成像模型,分析得到了更为准确的景深弥散圈光强分布模型。对于输入的深度图,构建了深度图金字塔,修复了其中的不连续区域,结合弥散斑分布模型,确定了场景中各点的模糊半径参数。根据深度信息对深度图进行分层渲染,每层的滤波核半径与弥散圈半径一致,最终采用分离式的各向异性高斯滤波快速得到渲染结果。与典型的景深渲染算法进行了对比,实验结果表明,所提出的算法具有较高的运行效率,图像渲染结果更接近真实景深效果。算法图像景深渲染视觉质量表现优异,具有较好的适用范围和算法稳定性。     

梯度折射率透镜在口腔内窥镜中的设计与应用

作为口腔内窥镜的摄像镜头，利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点，研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜, 降低系统渐晕，减小畸变,获取口腔内部图像，经CCD光电转换装置转换成电信号，再将电信号经过数字信号处理以后，将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰, 在图像畸变、景深等方面优于现有产品，而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。     

基于微透镜阵列的光场显微镜实验研究

为了解决传统光学显微镜景深小的局限性,结合光场成像技术,搭建了基于微透镜阵列的光场显微镜试验平台.实验获取了绿光照明下碎玻璃片的光场显微镜照片,利用光场成像技术数字重聚焦得到了清晰成像与不同距离的图像序列.通过几何光学的成像原理以及物理光学相关理论,分析了传统显微镜和光场显微镜的空间分辨率和景深.结果表明,光场显微镜的景深较传统显微镜大幅度增加了38倍,而空间分辨率减小了8/9.实验得到的光场图像序列同样表明光场显微镜能够大幅度增加景深.     

渐变周期弯曲光栅的衍射和成像特性

阐述了渐变周期弯曲光栅的原理,对其衍射特性和成像特性进行了分析,结果表明:渐变周期弯曲光栅具有分束和聚焦的双重作用;其对称衍射级起到焦距相等的正透镜和负透镜的作用;它可把不同景深的的物体聚焦成像于空间分离的同一焦面上.     

微透镜阵列的制备与应用研究进展

微透镜阵列是一种多功能的微光学元件,可以对入射光进行扩散、光束整形、光线均分、光学聚焦等调制,进而实现大视角、低像差、小畸变、高时间分辨率和无限景深等,在光电器件和光学系统的微型化、智能化和集成化方面具有重要的应用潜力.介绍了微透镜阵列的光学原理和发展历程,综述了喷墨打印、激光直写、丝网印刷、光刻技术、光聚合技术、热熔回流技术和化学气相沉积法等微透镜阵列制备技术,总结了微透镜阵列在成像传感、照明光源、显示和光伏等领域的应用进展,最后对微透镜阵列的发展方向进行了展望,讨论了曲面微透镜、叠加复眼系统以及微透镜与新型光电材料结合等新方向的发展趋势和未来挑战.     

测定透镜厚度新法及其误差探讨

本文介绍利用景深短、高倍率、大口径的物镜，采用光学方法，对被测透镜上下表面调焦，从而测定其中心厚度的一种新方法，并对测量误差进行了探讨。     

波前编码景深延拓与几何光学景深的关系

波前编码成像系统将模拟编码方法与数字解码技术相结合解决景深延拓问题,可以用信息光学的方法进行分析,得到波前编码系统的景深延拓扩展率。但是这种方法使用的景深概念和几何光学的景深概念有所不同。从几何光学角度研究了信息光学导出的波前编码系统的景深延拓扩展率与几何光学景深延拓的关系。最后得出结论,在F数一定的情况下,随着探测器分辨率的提高,几何光学景深延拓扩展率与信息光学给出的波前编码光学系统的景深延拓扩展率趋于一致。     

混合仿生鱼眼-复眼的广角高清成像系统

基于多尺度成像理论,采用混合仿生鱼眼-复眼结构,实现了大视场兼具高分辨率的光学成像系统设计。前级物镜系统为大直径球透镜,收集广角目标光线并成像到与球透镜同心的球面中继像面上;次级目镜系统是关于球透镜中心球对称的小口径透镜组阵列,对中继像进行像差校正并成像到探测器阵列上。对比了物镜采用双层同心球和单个球透镜的成像性能,后者可获得更优的成像性能且避免了双胶合球透镜带来的公差控制及力学与热稳定性问题。整个成像系统的视场大于100°,全视场内角分辨率优于10″,而畸变小于5%;系统具有大景深特点,不需调焦即可同时对300 m到无穷远目标清晰成像,可广泛应用于侦查监控等领域。     

全息光学元件——全息柱面透镜、全息锥面透镜及全息象散透镜

锥面透镜和象散系统在实际中的应用日益广泛。在处理综合孔径天线数据时,为了保存有关方位角的信息,需要锥面透镜。在彩虹全息和全息立体显示技术中,为了减小散斑影响和扩大景深,需要建立象散系统来记录全息图,已有的方法是在记录系统中加入柱面透镜来实现象散系统。本文通过对柱面透镜和锥面透镜相位变换因子的分析,从理论上推证了如何用全息的方法获得起柱面透镜和全息锥面透镜作用的相位变换因子,即全息柱面透镜和全息锥面透镜,从而可以用这些全息元件代替锥面透镜和柱     

公路超速检测激光测速仪研究（英文）

为了减少公路违章超速现象的发生,使交通安全监测体制更完善,设计并研制了一种可远距离工作的便携式激光多普勒测速系统.阐述了激光多普勒测速的基本原理和光束变换的实现方法,并利用双透镜类望远系统的结构搭建了用于公路超速检测的激光测速仪.理论分析与路边测试试验表明:该激光多普勒测速系统具有长工作距离和大景深的特点,并且可以较高精度获得车辆的行进速度.相比于传统激光测速仪,便携式激光多普勒测速系统提升了中心工作距离并增大了景深.新激光测速仪的中心工作距离为10m,景深为±1m,测速精度可以达到0.1%.     

如何准确测定薄透镜的焦距

光学实验中,薄透镜焦距的测量是最基本的实验,常用的测量方法有:物距与像距法(简称为物像法),透镜二次成像法、自准直法、辅助透镜成像法、准直光管法等.除了自准直法和准直光管法外,无论使用哪种方法,都必须要直接测定像距.虽然从理论上说,物距和像距都可以近似地用从透镜光心算起的距离来代替而不必考虑透镜本身的厚度,因而测出的焦距一般较为准确,但由于视差、景深等因素的影响,使得在实验过程中难以准确地确定像的位置,故而使得实际的测量结果相当不准确.     

全景环形透镜原理与特点剖析

本文从分析传统中心投影法入手，介绍了平面圆柱投影（ＦＣＰ）的基本概念、主要特点，深入地探讨了实现ＦＣＰ的一种光学器件——全景环形透镜（ＰＡＬ）的工作原理。ＰＡＬ具有线性投影关系、方向选择性、景深无限远等重要特性。优化设计了一个口径为３４ｍｍ的ＰＡＬ，模拟计算进一步证实了ＰＡＬ的上述特性。