部分相干光学成像系统的光学传递函数和像质评价准则

根据光学成像理论，建立了部分相干成像光学系统的光学传递函数。该函数与非相干成像光学系统传递函数相同，因而部分相干成像和非相干成像两者的光学系统波面像差公差标准也是相同的。这一点解释了显微镜光学系统的光学设计惯用法则：镜头像差公差标准的选择，并不因为采用成像照明方式的不同而有所差异。     

运动涡旋脉冲引起的光学畸变

 主要研究了气动噪声对光传输和成像的影响。流场求解采用法福尔平均N-S方程，并分别利用基于MUSCL格式的AUSMPW+分裂和二阶中心格式对流通量和粘性通量进行离散处理；用四步四阶Runge-Kutta格式对方程进行时间推进求解，采用J-B两方程模型并经Sarkar方法进行可压缩修正后用于湍流的数值模拟。采用基于光学传递函数的物理光学方法分析平均流动和湍流对光质的影响。研究表明：涡脉冲在运动过程中会引起光束沿涡脉冲运动方向产生较大的整体偏折，偏折幅度随时间而变，最大偏折幅度可以达到1.7 μrad；在与涡脉冲运动的垂直方向，整体偏折基本可以忽略不记。在涡脉冲横穿光束的过程中，平均流动会导致焦平面光强峰值有两次下降，平均流动对光强重新分布的影响比湍流脉动影响更强。涡脉冲在运动过程中，先导致光束能量在与涡脉冲运动垂直的方向上扩散，随后使之在涡脉冲运动方向上向外转移。因能量向外扩散，导致Strehl比在0.9 s时刻降低到0.60左右。     

用于全光缓存的光阈值门理论和实验研究

提出了一种基于光阈值门的全光缓存方案,采用两个非对称的SOA环形腔激光器耦合构成光阈值门,其输出光可以在两种波长上切换,可控制波长转换器实现光包路由,从而将需缓存的数据包路由到缓存端口,避免了复杂的包头处理.建立了光阈值门的理论模型,对10 Gbit/s的光阈值门的动态特性进行了数值模拟和实验研究,实验结果和理论计算结果相符合,实验也表明光阈值门两种输出状态的消光比可达30dB.     

Optimal Incoherent Filtering for Distortion-Invariant Image Recognition

An optimal incoherent filter is proposed for distortion-invariant correlation. The optical transfer function (OTF) of the correlator is specified as a realizable phase-only term which is optimized by the simulated annealing algorithm. The phase-only OTF is used in image recognition to produce a sharp peak response and can be generated by dual-filter synthesis. Image recognition is achieved by subtracting two spatially incoherent correlation outputs produced from a positive and negative filters with an input image. Computer simulations show that the proposed correlator can yield a sharp correlation peak with excellent distortion tolerance.Presented at 1996 International Topical Meeting on Optical Computing (OC ‘96), April 21–25, Sendai, Japan     

消随机媒质退化的复原处理

对于遭受随机媒质退化的成像,需要用统计方法和功率谱模型实施复原处理.首先探讨了统计模型的大气光学传递函数(OTF);其次,在等功率谱的假定下,用功率谱维纳(Wiener)滤波器进行复原处理;然后,使用局部统计算法作乘法性噪声滤波的复原,获得了满意的图像复原结果.     

泽尼克多项式校正全息阵列光镊像差的实验研究

像差会影响光镊对粒子的捕获效果. 全息阵列光镊中, 像差不仅来自光学元件, 由特定算法设计的光阱相位片也会在光路中引入像差. 本文通过液晶空间光调制器加载泽尼克多项式相位图, 对全息阵列光镊中由光栅透镜组型算法引起的像差进行校正. 结果显示: 利用三阶泽尼克多项式可有效消除光路中由光栅透镜组型算法引 起的慧差, 使得捕获2 μm聚苯乙烯小球的阵列光阱刚度提高了约40%; 对比不同项的像差校正结果发现, 全息阵列光镊中由算法引起的慧差 与光学元件引起的像差一样, 也会对阵列光阱的捕获效果产生较大影响; 同时根据一阶像差校正结果可得光栅透镜 组型算法对于一阶泽尼克像差具有鲁棒性. 实验结果表明, 对全息阵列光镊中由 算法引起的像差进行校正, 对于提高光阱的捕获效果和深化对算法特性的认识都具有重要意义.     

荧光共焦扫描系统成像特性的优化

对荧光共焦扫描系统用光强点扩散函数进行傅里变换得到系统三维传递函数的数学模型，并由此求得环形透镜和各种有限大小探测器系统的光学传递函数。用计算机模拟和光学传递九数值计算，分析了采用不同环形透镜及探测器对系统成像特性的影响     

彩色图像的非相干光相关识别

提出一种用非相干光系统识别彩色图像的方法,将脸色图像分解成三个单色像处理,设计一可实现的仅相位光学传递函数,对其进行带能优化,人而提高信噪比并使相关峰锐化,通过一对滤波器来合成该光学传递函数,获得了采色图像相关识别的实验结果。     

紫外光学传递函数测量装置研究

光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标,针对目前光学传递函数测量只能覆盖可见光和红外波段,自行研制了紫外波段(260 nm～400 nm)光学传递函数（OTF）测量装置。介绍了装置的原理及组成,采用中心波长为0=300 nm和0=380 nm 2种OTF标准镜头在2个光谱范围内对OTF测量装置进行了标定和测试,结果表明:调制传递函数（MTF）的测量值与理论值的偏差:0.03（轴上）;0.05（轴外）。最后,对装置的测量不确定度进行了评估。     

相干场成像技术接收镜精度对传递函数的影响

根据相干场成像技术(又称傅里叶望远镜)接收镜的特点, 研究了接收镜偏差对相干场成像技术光学传递函数的影响, 推导了光学传递函数与接收光路光程均方差的关系式. 该式表明相干场成像技术的光学传递函数是接收光路光程均方差与频差乘积的平方的负指数函数. 为确定接收系统精度提供了理论依据. 关键词： 相干场成像 傅里叶望远镜 误差 光学传递函数     

光锥的光学传递函数测试方法研究

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm) .从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.     

Decomposition of the optical transfer function: wavefront coding imaging systems

We describe the mapping of the optical transfer function (OTF) of an incoherent imaging system into a geometrical representation. We show that for defocused traditional and wavefront-coded systems the OTF can be represented as a generalized Cornu spiral. This representation provides a physical insight into the way in which wavefront coding can increase the depth of field of an imaging system and permits analytical quantification of salient OTF parameters, such as the depth of focus, the location of nulls, and amplitude and phase modulation of the wavefront-coding OTF.     

含非球面光学系统多功能光学设计程序

本FORTRAN程序普适于球面和含有非球面的光学系统.用它可在微机上完成包括自动设计和OTF计算在内的全部设计过程.自动设计子程序贯穿了复合优化思想;提出了新的病态处理方法;实现了自动设计与OTF评价的方便结合,与传统设计手段的方便结合.     

一种基于OTF稳定性的波前编码相位板优化方法

提出了一种简单的可用于光学系统中子午弧矢方向白光OTF稳定性评价的波前编码相位板参量优化方法.该方法仅以标准偏差来评价OTF在目标景深范围内的稳定性,并且结合自适应模拟退火算法在参量空间内优化得到相位板的最佳参量.使用该方法优化得到的相位板参量,可以大幅度提高光学系统的景深,并且可以获得更为清晰、稳定的成像.对应用波前编码技术前后光学系统的成像性能作了比较,并且考察了优化参量的容差性.     

JMCT程序在线多普勒展宽研究

在核反应堆堆芯物理分析中, 考虑燃料核素的多普勒效应对反应性的影响是必要的. 基于最小二乘拟合法, 在自主蒙特卡罗粒子输运程序JMCT中开发了在线多普勒展宽功能. 在300-3000 K的温度范围内, 利用核数据处理程序(NJOY)制作了系列温度点下的连续能量核数据. 在统一的能量网格上, 进行最小二乘拟合, 得到拟合参数. JMCT利用这些拟合参数, 快速计算得到任意温度的核数据, 用于输运计算. 计算结果表明, 拟合得到的核数据与NJOY制作的核数据符合很好, 满足精度要求. JMCT临界模型计算结果表明, 拟合参数计算有效增殖因数k_eff与直接采用NJOY加工得到核数据的计算结果吻合.     

Solving the atmospheric scattering optical transfer function using the multi-coupled single scattering method

The atmospheric scattering optical transfer function （OTF） is solved by applying the multi-coupled single scattering （MCSS） method to the three-dimensional radiative transfer equation （RTE） under the periodic ground condition. This approach is a direct hit to the atmospheric scattering OTF using the same original context of modulation transfer function （MTF） measurement, i.e., images of sinusoidal grating at different spatial frequencies. Both the amplitude and phase shift of the OTF at various zenith and azimuth angles can be obtained at an arbitrary spatial frequency.     

X射线成像积分滤波模型与实验

X射线数字化成像系统的不足主要表现在成像末端耦合约束、微焦点约束瓶颈以及单光子成像缺陷与量子噪声约束等方面,利用传统的数字图像处理手段很难实现有效的图像滤波,而复杂的滤波算法进一步限制了其工程使用效果。为了提高X射线成像系统的光学传递能力与系统抗噪声能力,本文首先以热激发X辐射源与X射线像增强器为例,从系统层面探索成像遇到的诸多技术瓶颈,并在此基础上提出了一种针对X射线成像的积分滤波方法。然后,将空间频率固定的铅制光栅作为被测目标,通过改变中继光学耦合系统的物像关系使得像方空间频率在一定区间内连续改变,进而通过大量的实验数据实现在不同积分时间条件下的光学传递函数精确拟合。接着,分别从光学传递函数积分效果与归一化后的基频传递特性的角度验证了该滤波方法可以有效压制热触发源引入的量子噪声,避免图像产生单光子成像缺陷。实验数据表明:该方法可以提升系统成像的光学传递能力。最后,通过帧叠加与积分滤波的对比效果验证了该滤波方法的优越性。     

OTF-based optimization criteria for automatic optical design

Optimization techniques for lens design require that some criterion, or figure of merit, is chosen to describe the performance of the optical system. This study is concerned with systems where the true criterion is the diffraction optical transfer function (OTF). Recent investigations [1] have shown that the geometrical approximation to the diffraction OTF is a valid criterion for OTF optimization for all practical ranges of aberration size and spatial frequency. This paper gives details of these investigations, and compares the geometric criterion with other optimization criteria. It will be shown that in most cases the geometric criterion is markedly superior.     

Relevance of continuously self-imaging gratings for noise robust imagery

We have designed miniaturized, simple, and robust cameras composed of a single diffractive optical element (DOE) that generates a continuously self-imaging (CSI) beam. Two different DOEs are explored: the J₀ Bessel transmittance, characterized by a continuous optical transfer function (OTF) and the CSI grating (CSIG), characterized by a sparse OTF. In this Letter, we will analyze the properties of both DOEs in terms of radiometric performances. We will demonstrate that the noise robustness is enhanced for a CSIG, thanks to the sparsity of its OTF. A camera using this DOE has been made and experimental images are presented to illustrate the noise robustness.