微扫描减少光电成像系统频谱混淆的数学原理及实现

光电成像系统由于欠抽样引起谱混淆,推导分析了包括均匀微扫描在内的非均匀微扫描在减少混淆贩数学原理以及与亚像素位移之间的关系,同时用计算机模拟实现了微扫描的一维和二维过程。     

微扫描对空间分辨率的影响

在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上，给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数（PTF）方法，并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明，在焦平面阵列给定的情况下，微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率，有效减小图像混淆，明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下，利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。     

微通道板噪声因子与工作电压关系研究

为了解决微通道板噪声因子的测量问题,提出了一种测量像增强器光电阴极灵敏度和信噪比,从而测量出微通道板噪声因子的方法 .根据该方法,分别在不同阴极电压、微通道板电压以及阳极电压条件下测量了微通道板的噪声因子.测量结果表明,当阴极电压、微通道板电压以及阳极电压分别变化时,微通道板的噪声因子会随之变化.微通道板电压对噪声因子的影响最大,阳极电压的影响最小.微通道板电压每增加100 V,噪声因子大约增加0.11,而阳极电压每增加100 V,噪声因子大约增加3.3×10-4.微通道板工作电压提高,意味着电子碰撞能量提高,同时也意味着二次电子发射系数提高,而根据现有微通道板噪声理论,微通道板的噪声因子会减小,但实测结果却相反.造成这一矛盾的原因是在现有微通道板噪声理论中,仅仅考虑了二次电子发射系数、探测率、电子碰撞几率的因数,而未考虑到电子碰撞能量的因数,因此噪声理论需要进行修正.     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差

以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中,分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差,并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。     

微通道板固定图案噪音及测试研究

叙述了微通道板的噪声,着重介绍了微通道板固定图案噪声及其简便新颖而又实用的一种测试方法,给出测试结果并进行了分析。     

基于填充因子的微透镜阵列扫描光学系统性能分析

针对通过微透镜阵列通光孔径的光束在不同条件下的填充问题,利用填充因子来表征微透镜阵列系统光瞳位置处光束的填充率,并分析其对系统探测距离、点扩散函数和光学传递函数的影响。基于近轴光学模型,构建了快速计算微透镜阵列扫描光学系统填充因子的数学模型,并提出一种系统设计方法。利用该方法设计了微透镜阵列扫描光学系统,所设计系统的实验结果与理论计算结果吻合,表明该系统的性能良好。     

边界扫描测试算法的分析与优化

伴随着电子技术和边界扫描测试技术的飞速发展,新的边界扫描测试算法也在不断涌现;而边界扫描测试的算法,一般都是指在互联模型的基础上,边界扫描测试向量的生成算法;生成合理的测试向量集可以以最短的测试时间来覆盖尽可能多的故障;从对一些常用的边界扫描测试算法进行了粗略的分析,到后来对等权值算法和二进制计数算法进行了详细的分析,通过引入和分析边界扫描测试算法的定理、公式以及推论等,分别提出了等权值优化算法和权值递加算法;与优化前的算法作为比较,等权值优化算法降低了征兆混淆出现的概率,而权值递加算法同时降低了征兆误判率和征兆混淆率;综合分析,新的算法更好的权衡了测试向量集的完备性指标和紧凑型指标。     

基于小波降噪的偏振耦合检测分析

理论分析了基于白光干涉的保偏光纤偏振模式耦合检测原理,并以迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振耦合的耦合强度和耦合点的位置进行了测试.由于机械式扫描干涉仪和信号处理电路会受到环境干扰和各种噪声的影响,限制了系统偏振耦合检测的灵敏度,应用小波变换对检测信号进行了分析,采用软阈值方法降噪处理,有效地去除了各种干扰和噪声,提高了干...     

LD泵浦Nd∶YAG微片激光器异常强度噪声研究

针对实验中发现LD泵浦Nd∶YAG微片激光器的三类异常强度噪声,其强度波动幅度达20%~30%,严重影响了系统的稳定性,从理论和实验上对这三类强度噪声的特性进行了研究,包括外部光回馈引入的功率波动,LD异常噪声向固体激光器的传递,端泵浦偏离引起的模式耦合等。就各类噪声来源分别提出了相应的消除方法,抑制了微片Nd∶YAG激光器输出功率噪声,改善了激光输出特性,满足了频差精密测量的需要。     

Assessment of the Performance of Staring Infrared Imaging Array Based on Microscanning Modes

Staring infrared detector arrays, which sample a scene with pixels of finite size, generate images that are affected by aliasing and blurring caused by the sampling process. One potential method to reduce the effects of sampling is microscanning. In this paper, the sampling-averaging modulation transfer function at half the detector spatial cutoff frequency is introduced to be as a figure of merit to quantitatively assess microscanning image quality for selected cases of fill factor. Analytical results show that microscanning process can significantly reduce aliasing in the reconstructed image, and that the improvement of different modes of microscanning process to the reconstructed image quality is different, which is closely associated with fill factor. The microscan sampling and restoration imagery are also simulated with pixel interpolation method to qualitatively verify the reduction in aliasing with respect to typical microscanning mode (2×2, 3×3, 4×4 microscan) for the detector array of 100% and 50% fill factor respectively. And, the determining method of the optimum step number of microscanning needed is discussed for the staring imaging array with certain fill factor.     

基于局部梯度特征的红外微扫描成像技术研究

从空间邻近度和像素相似性角度出发,提出了微扫描和基于梯度特征加权插值技术相结合的方法.该方法利用320×240凝视型红外焦平面探测器,在DSP+FPGA硬件平台上得以实现.实验证明：与经典微扫描技术相比,它既能提高图像空间分辨率,抑制噪音,又能较好地增强红外图像的边缘.     

Theoretical analysis for integral imaging performance based on microscanning of a microlens array

An integral imaging method based on microscanning of a microlens array is proposed. The effects of microscanning on the depth resolution and the product of depth of focus and lateral resolution squared (PDLRS) of an integral imaging system are quantitatively analyzed. Calculation results show that microscanning can improve not only the depth resolution, but the PDLRS can be increased. The amount of improvement of different microscanning modes to the performance of integral imaging is closely related to the fill factor of the detector and the diffraction factor of the microlens.     

基于灰度相关的高分辨率红外图像重建

介绍了提高空间分辨率的受控和不受控的微扫描法。基于空间灰度相关分布特性,提出了一种微扫描误差修正算法,该算法利用灰度相关特性匹配低分辨率图像的位置关系。为准确评估成像质量,利用高精度METS-L型红外测试系统对MTF进行了测试。测试结果显示,该算法能较好抑制微扫描位移误差引起的图像模糊,有效提高了空间分辨率。     

Influencing factors of microscanning performance based on flat optical component

To decrease the performance difference between the actual microscanning thermal imager and the theoretical value, a germanium lens (placed at a certain angle between the infrared focal plane array and infrared lens) dip angle model of flat optical component microscanning is introduced in this letter. The model is the basis for choosing the dip angle of the germanium lens, which is used in the microscanning thermal imager. In addition, the actual dip angle of the germanium lens is chosen according to the model, the infrared lens parameters of the thermal imager, and the germanium lens parameters of manufacture and installation. Only in this manner can the optimal performance of the microscanning thermal imager based on the flat optical component be obtained. Results of the experiments confirm the accuracy of the conclusions above.     

光电成像系统中的微扫描技术

在介绍微扫描成像原理的基础上,介绍了目前国际上流行的各种微扫描技术,分析了它们各自的特点和利弊因素,以及在关键技术上有望取得的突破。     

扫描型亚像元成像处理对热成像系统性能改善的模拟分析

基于光学微扫描的亚像元成像技术是当前国内外迅速发展的一种高性能成像技术,它对探测器单元数较少且探测器单元尺寸较大的热成像系统更为有效。以扫描型焦平面探测器热成像系统FC和GP为研究对象,采用热成像系统性能模拟软件包CFLIR4.0,分析了光学系统的相对孔径、过采样和亚像元成像等对热成像系统性能的影响,包括传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD以及系统的探测和识别距离。模拟分析表明:过采样成像可提高热成像系统的性能,亚像元成像处理可进一步提高热成像系统的性能,可明显地提高系统的作用距离。研究结果对亚像元热成像技术的发展具有参考意义。     

Terahertz single pixel imaging based on a Nipkow disk

We describe a terahertz single pixel imaging system based on a Nipkow disk. Nipkow disks have been used for fast scanning imaging systems since the first experimental television was invented in 1926. In our work, a Nipkow disk with 24 scanning lines was used to provide an axial resolution of 2 mm/pixel. We also show that by implementing a microscanning technique the axial resolution can be further improved to 0.5 mm/pixel. Imaging of several objects was demonstrated to show that this simple scanning system is promising for fast or real time terahertz imaging applications.     

国外红外光谱连续变焦成像系统的研究进展

相比红外光谱定焦成像系统和红外光谱两档成像系统而言,红外光谱连续变焦成像系统具有连续变化的视场,可对目标进行连续成像,是未来红外光谱成像技术的发展方向。为了提高红外光谱连续变焦成像系统的探测性能、实现低成本、良好的消热差性能,近年来国外开发了一些新技术。概述了国外红外材料、红外探测器、冷光阑等方面的新技术,及这些新技术在红外光谱变焦成像系统中的具体应用,列举了使用新型红外材料实现消热差的红外目标探测连续变焦系统,中波红外、长波红外光谱双波段连续变焦系统,高变焦比红外光谱连续变焦系统,应用可变冷光阑技术的红外光谱连续变焦系统设计实例,作为国内红外光谱变焦成像系统发展的借鉴。