基于坐标变换的动态光学成像性质研究

利用齐次线性坐标变换，将光学系统的高斯物像共轭理论用齐次坐标变换的方法来描述，并与动态光学理论中的作用矩阵相比较，阐述坐标变换方法与动态光学理论的关系。利用坐标变换方法推导一些重要的动态光学系统的成像性质，验证动态光学的一系列结论。通过本文的研究，证明坐标变换方法与动态光学理论的一致性，也明确在动态光学系统内坐标变换方法的应用。     

基于坐标变换的动态光学成象性质研究

本文利用齐次线性坐标变换,将光学系统的高斯物象共轭理论用齐次坐标变换的方法来描述,并与动态光学理论中的作用矩阵相比较,阐述了坐标变换方法与动态光学理论的关系;推导了一些重要的动态光学系统的成象性质,验证了动态光学的一系列结论.通过本文的研究,证明了坐标变换方法与动态光学理论的一致性,也明确了在动态光学系统内坐标变换方法的应用方法.     

高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正.传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正.无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率...     

离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证

遮光罩是空间光学遥感器的重要组成部分,是抑制空间光学遥感器杂散光的首要措施。遮光罩削弱杂散光效果的好坏直接影响到光学遥感器光学系统的成像品质。本文设计了一种满足离轴三反空间光学遥感器要求的大尺寸碳纤维/环氧复合材料遮光罩,并结合有限元分析、杂散光分析及力学试验、光学系统传递函数检测手段来验证该遮光罩是否满足航天使用要求。结果显示,各视场光学系统传递函数检测结果基本一致,均在0.2以上。表明该大尺寸遮光罩具备良好的结构的稳定性、可靠性,能够满足空间应用要求。     

天基光学成像系统像移研究及补偿技术发展现状及趋势（特邀）

天基各类光学系统在成像过程中，受卫星轨道变化、姿态角变化等因素以及跟踪速度误差、平台及各运动部件颤振的影响会造成像移。像移会导致图像分辨率降低，图像模糊，严重影响最终的图像质量，因此如何抑制动态像移的影响已成为获取高分辨率清晰图像的瓶颈。目前已有的研究基本都是从单独的应用领域去分析像移的产生因素，没有系统全面的将天基光学系统像移的产生和补偿技术进行综合呈现。本文在简述像移影响机理及像移补偿技术的基础上，对天基成像按照用途分类，详细介绍近年来国内外在对地遥感、空间天文探测、火星探测和空间目标探测成像领域像移影响及补偿的研究进展。通过对国内外研究现状的跟踪分析，预测天基光学成像系统像移研究的发展方向，进一步提升对我国空间光学技术发展方向的理解，为我国航天光学技术和装备的发展提供指导。     

大口径折反射式光学系统的光机结合分析

大口径折反射式光学系统在空间遥感仪器中广泛应用，反射镜的支撑结构直接关系镜面面形变化从而影响光学遥感器的成像质量.建立了光学系统的光机结合分析方法，使得在设计阶段就能评测光学元件支撑结构是否满足要求，得到支撑结构对成像质量的影响的直观结果.这一方法也可用于光学系统的光机热结合分析.     

图像二维运动时的光学传递函数计算

随着空间科学技术的发展,空间遥感,侦察的能力日益提高,对光学成像系统的分辨率的要求也越来越高。但是这种高分辨率成像系统的成像质量要受到机械振动的影响。可用运动光学传递函数来评价存在机械振动的光学系统的成像特性,本文探讨了计算运动光学传递函数的一种新方法－统计矩法,研究了当光学系统所成的像在二维方向上存在的运动时的运动光学传递函数的解析与数值方法。该方法可以计算任何形式的图像运动导致的成像质量的下降,而且可以很方便地应用到一维运动的情况。     

《全息光学——设计、制造和应用》

内容简介：本书是一部首次系统、完整地介绍全息光学元件的成像理论、制造方法和广泛应用的专著。全书由“绪论”和十二章内容组成，分为四部分：第一部分叙述全息光学元件成像的基本原理，近轴成像理论，光线追迹的概念和必要的坐标变换。第二部分介绍全息光学系统的具体设计方法，像差理论及其补偿方法，     

《应用光学——设计、制造和应用》

内容简介：本书是一部首次系统、完整地介绍全息光学元件的成像理论、制造方法和广泛应用的专著。全书由“绪论”和十二章内容组成，分为四部分：第一部分叙述全息光学元件成像的基本原理，近轴成像理论，光线追迹的概念和必要的坐标变换。第二部分介绍全息光学系统的具体设计方法，像差理论及其补偿方法，     

薄透镜焦距测定实验中像屏的改进

运用各光学元件(如透镜、面镜……)组合成特定的光学系统成像时,要想获得优良的像质,必须保持光束的同心结构,即要求该光学系统符合或接近理想光学系统的条件.这样,物方空间的任意物点,经过该系统成像时,在像方空间必有唯一的共轭像点存在,而且符合各种理论计算公式.     

应用动态光学理论求解变焦光学系统补偿组凸轮曲线

变焦镜头在校正像差的同时,还要求像面稳定,才能保证成像质量。采用机械补偿的方法,可以保证凸轮的准确性以使像面稳定,从而保证成像质量。首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式,从而得到像移补偿组的轨迹曲线。再根据推导得出的补偿曲线加工出凸轮机构,可对光学系统变焦带来的像移实现完全补偿。此外还给出三个变焦系统的设计实例,用来验证该方法的正确性和实用性。     

航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型

随着地面影像分辨力愈来愈高的要求,航天光学遥感器实时精确补偿摄影时地物产生的像移,已成为必需解决的关键技术之一。论述了航天光学遥感器在对星下点摄影时,通过建立从地面景物到像面的七个坐标系,进行14次线性变换,获得了具有15个参量的像面位置方程、像面速度方程,推导出像面上像移速度矢的计算公式,对影响像移速度矢的11个参量进行误差分配,以及应用蒙特卡罗法(统计试验法)进行误差综合。该理论方法已得到了实际应用,从获得的遥感图像达到的分辨力、奈奎斯特(Nyquist)频率处的传递函数、信噪比和平均灰度层次均充分证明了该研究结果的正确性。     

三反射系统航空遥感器像旋转分析

像旋转是影响和限制成像质量的一个重要因素.像面反射镜不随扫描反射镜同步旋转时,就会在焦平面上产生像旋转,导致地面信息丢失和图像分辨率明显下降.为了提高航空遥感相机的动态分辨率,必须对遥感相机进行像旋转分析.根据光反射矢量理论,对具有三反射光学系统的航空遥感器的成像特性进行研究.将整个遥感相机抽象为一个简单数学模型.在笛...     

应用波分复用改善像束传像系统像质的研究

本文通过分析空间波分复用系统中包散元件的色散平均效应,用线扩散传递函数研究了像束传像性质,由光学成像的本征理论用像束成像信息量分析了波分复用改善像束传像像质的机制,并从实验上验证了上述分析结论.     

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

A novel method of fast dynamic optical image stabilization precision measurement based on CCD

Dynamic image stabilization precision is a key technical indicator in optical image-stable device, however, the fast dynamic test is difficult to implement. A novel fast dynamic image stabilization precision testing system for optical image-stable instrument is developed. The large-aperture collimator with the designed cross divisional board is used to simulate the infinity goal. A motion simulator with six-degree of freedom is adopted to simulate the moving state of the installed image-stable instrument. Combined with the optical lens designed in accordance with the analysis of the whole optical system in detail, the high speed camera installed behind the eyepiece lens of the measured device acquires images rapidly and real-timely. The local energy maxima center of the cross light spot can be obtained accurately through the proposed fast image stabilization precision test algorithm on the basis of Hessian matrix. The actual test results show that the test error of dynamic image stabilization in the proposed method of this paper is less than 0.7″, and the time of the frame image acquisition and processing is not more than 10 ms, which demonstrates the effectiveness of the test equipment and algorithm.     

一种图像稳定程度的描述方法

提出一种数学模型描述成像系统的稳定程度，通过分析证明：当目标物体为黑白分辨率标板(只有两种亮度且为周期性结构)时，成像系统的不稳定对成像结果的影响是使图像的像素灰度值按照二项分布的规律分布，因此可以用统计参量来反映成像系统的运动速率，进而表征图像的不稳定度。为了研究在不同时刻图像稳定性的变化规律，引入了统计学中表征数据离散程度的参量“标准偏差”作为描述因子。通过实验，直观地描述了一个佩肯棱镜系统的稳像过程，得出了变化曲线。曲线的波动与所观察到的图像稳定度的变化相符，证明了本描述方法是合理且有效的。     

光学综合孔径望远镜成像分析及计算机仿真

阐述了光学综合孔径(OSA)望远镜成像原理以及综合孔径望远镜的几种实现形式；采用快速傅里叶变换(FFT)算法得到了任意子孔径综合模式下的点扩展函数(PSF)和光学传递函数(OTF)分布；从子孔径结构排列、共相位、图像恢复几个方面论述了光学综合孔径的成像特征。初步分析了稀疏率、填充因子、“实际截止频率”等因素对光学综合孔径望远镜成像的影响。分析和仿真结果表明：光学综合孔径通过相干成像不但可以突破传统单孔径系统的口径局限获得极高的成像分辨率，而且对于实现空间光学遥感系统轻量化和模块化都具有重要意义。     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

影像位移是影响航空相机分辨率的主要因素。用MTF对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是设计过程中常用的手段。为此研究了匀速运动,变速运动和正弦运动条件下的动态MTF,针对目前无法准确评价的低频正弦运动,提出了基于离散相位区间的动态MTF计算方法。分析结果表明,在像模糊斑大小相同的情况下,高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频振动最轻。根据所作分析可以针对给定的影像位移计算出相应的动态MTF,为航空相机像质评价提供了准确定量的参考。