线阵CCD遥感侦察系统中CCD焦平面的光学拼接

本文阐述了CCD图象传感器的焦平面光学拼接的原理、拼接的技术要求以及几种拼接方案的选择,介绍了本拼接方案的特点、检测、装调方法和拼接结果,完成了两片TCD106C线阵CCD传感器的光学拼接。     

反射式光学像面拼接方法研究

目前,电荷耦合图像传感器的像面尺寸不足以满足现代空间光学系统的需求,本文采用反射式光学系统拼接的方法来扩大光学系统的视场.针对光学拼接带来的渐晕和使调制传递函数变小的问题,研究了一种带有6个反射面的反射镜光学拼接系统,分析了反射镜拼接系统渐晕的特点,提出采用子子像面间渐晕补偿法消除子像面交界处的渐晕,并对像面边缘的渐晕进行补偿.另外,通过合成点扩散函数法来改善光学拼接系统的调制传递函数,结果表明:合成图像的调制传递函数与子图像的调制传递函数相比,虽然截止频率没有提高,但在同一频率处的值有明显的提高.     

基于子孔径拼接原理检测大口径光学元件

 为了实现小口径干涉仪对大口径光学元件的低成本、高分辨力检测,可采用子孔径拼接方法。在对拼接算法进行改进的基础上,开发了拼接检测软件;建立了一套拼接检测系统,开展了大口径平面光学元件的子孔径拼接检测实验研究。利用9个60 mm×60 mm子孔径拼接来检测120 mm×120 mm的光学元件,检测结果表明:峰谷值误差为2.37%,均方根值误差仅为0.27%。     

基于同心球透镜的四镜头探测器阵列拼接成像系统

为了同时实现成像系统的大视场、长焦距和高分辨率,设计了基于同心球透镜的四镜头探测器阵列拼接成像系统.首先,阐述了四镜头探测器阵列拼接方案的原理;介绍了同心球透镜的结构特点,阐述了其成像优点.然后,完成了满足实际拼接应用的同心球广角、长焦成像系统(拼接子系统)的光学设计.最后,给出了拼接子系统的像质评价并对其进行公差分析.结果表明:拼接后的系统可实现100 mm焦距和120°视场成像.该系统解决了大视场和长焦距之间的矛盾,可实现超高像素成像,相对于传统光电成像系统具有巨大的优势.     

基于权重的子孔径拼接优化算法研究

为了提高大口径光学元件面形拼接检测准确度,减少传统子孔径拼接算法带来的误差传递和积累,并在原有全局优化拼接算法的基础上引入权重系数,使全口径内各相邻子孔径之间的重叠区域达到最优匹配,使拼接误差最小化.利用该优化算法对平面进行了多孔径拼接仿真模拟,在此基础上对150mm口径的平面镜进行了实验,并提出基于图像边缘轮廓特征提取的子孔径定位新方法,分析了影响拼接误差的因素.仿真和实验结果均证明了基于权重的全局优化拼接算法的有效性和可行性.     

脉冲压缩光栅光学拼接方法研究

脉冲压缩光栅是激光约束核聚变系统中的重要光学元件.随着激光约束核聚变工程的快速发展,对光栅的口径要求越来越大.全息技术是制造大口径脉冲压缩光栅的重要手段,其制作的光栅大小受限于记录光学系统口径.为了制造出超大口径的脉冲压缩光栅,提出了一种采用多次曝光拼接技术制作大口径脉冲压缩光栅的方法.该方法采用参考光栅作为检测元件,利用其再现的光学特性,以检测记录干涉光场与已记录光栅之间位相匹配情况,并利用条纹锁定系统控制记录干涉光场的相位,实现光学拼接制作大口径脉冲压缩光栅的目的.开展了1740lp/mm光栅拼接实验研究.拼接对准精度优于30 nm.     

高分辨率波前检测技术

针对“神光”Ⅲ原型装置的要求，开展了高分辨率波前检测总体设计及制造关键技术的研究，研究内容包括高分辨率波前检测设备总体方案设计、高分辨率子干涉仪光学总体方案设计和光学设计结果、拼接算法研究及精度分析，以及拼接试验结果和提高检测精度的改进方案等。本报告重点阐述了高分辨率波前检测设备总体设计方案、子干涉仪光学设计结果、初步拼接试验及结果分析。     

子孔径光学检测拼接准确度实验研究

实验研究了子孔径光学检测的拼接准确度.实验选取9个子孔径进行拼接,同时利用ZYGO干涉仪来测量子孔径和整个被检面的表面面形.实验发现,测量基准子孔径和整个被检面的时间间隔对子孔径拼接准确度的评价存在严重影响.为此,重点研究了产生影响的原因并提出了消除测量基准子孔径和整个被测面时间间隙影响的方法.最后,利用该方法研究了子孔径重叠面积对拼接准确度的影响.结果显示,当重叠面积比为7%时,PV和RMS的拼接误差分别为0.03λ(λ=632.8 nm) 和 0.01λ,并且重叠面积比和拼接准确度呈近似线性关系.     

子孔径拼接干涉检测离轴非球面研究

将子孔径拼接技术与干涉技术相结合提出了一种新的检测离轴非球面的方法,该方法无需其他辅助光学元件就可以实现对大口径、离轴非球面的测量.对其基本原理进行了分析和研究;并基于齐次坐标变换、最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型;开发了子孔径拼接检测非球面的算法软件,并设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置;利用综合优...     

目标函数拼接技术精度研究

在较大孔径放大系数(＞4)的情况下,结合实验结果,从拼接模式、被测面形、测量误差和不同孔径放大系数的角度出发,分析了各种因素对目标函数拼接技术精度的影响,为高精度检测和控制大口径光学元件表面面形(波前)提供了依据.     

利用Offner光学系统进行图像恢复和光学检测

设计了一种Offner光学系统,用于基于相位差异技术的图像恢复和光学系统波像差的辅助检测。该Offner光学系统采用同轴抛物面反射镜作为Offner反射镜,以高速CCD相机和Shack—Hartmann波前探测器作为接收元件,能完好地消除复色光源在图像恢复过程中带来的色差;设计的RMS波像差小于a／50（A=632．8nm）,结构简单,容易实现。利用该系统分别以分辨率板和光纤光源为目标进行了图像恢复实验,经过恢复后的图像分辨率提高了19％。此外,利用该系统,采用相位差异算法解算了系统波像差,并与Shack—Hartmann波前探测器的测量结果进行了比较。比较显示两者的RMS波像差测量值相差5％,证明该系统同样能够进行光学波前检测。     

单目视觉目标距离测量方法研究

提出了一种利用单目视觉测量目标距离的方法.当目标与光学系统的距离变化时,其共轭像面的位置也发生相应的变化,而摄像头的CCD是固定的,因此在CCD上得到的是模糊度不同的图像.利用小波变换对得到的图像进行处理,检测模糊图像边缘的宽度,再利用三次样条插值运算计算出目标至光学系统的实际距离.实验结果表明该方法是可行的.     

光锥与CCD耦合效率的理论分析

光锥与CCD的耦合技术是研制ICCD图像传感器的关键技术,本文主要从理论上分析并讨论了光锥与CCD耦合器件的耦合效率及其影响因素,进一步分析讨论了耦合效率对耦合器件信噪比的影响.证明了光锥与CCD的耦合效率不仅降低ICCD探测效率而且降低ICCD信噪比,并提出了提高光锥与CCD耦合效率的方法和途径.     

Holography based super resolution

This paper describes the simulation of a simple technique of superresolution based on holographic imaging in spectral domain. The input beam assembly containing 25 optical fibers with different orientations and positions is placed to illuminate the object in the 4f optical system. The position and orientation of each fiber is calculated with respect to the central fiber in the array. The positions and orientations of the fibers are related to the shift of object spectrum at aperture plane. During the imaging process each fiber is operated once in the whole procedure to illuminate the input object transparency which gives shift to the object spectrum in the spectral domain. This shift of the spectrum is equal to the integral multiple of the pass band aperture width. During the operation of single fiber (ON-state) all other fibers are in OFF-state at that time. The hologram recorded by each fiber at the CCD plane is stored in computer memory. At the end of illumination process total 25 holograms are recorded by the whole fiber array and by applying some post processing and specific algorithm single super resolved image is obtained. The superresolved image is five times better than the band-limited image. The work is demonstrated using computer simulation only.     

利用DMD获取高动态范围图像技术

高动态范围的图像可用于同时探测具有较大对比度的亮暗目标,利用数字微镜(DMD)获取高动态范围图像是目前最为先进的一种技术。本文在分析DMD工作原理的基础上,设计了一种像素级的高动态范围图像获取系统,该系统由光学系统、机械系统、DMD像素级调光算法及成像单元组成。光学系统采用二次成像光路,其中第一次成像物镜采用像方远心光路,第二次成像的转置镜头采用放大倍率近似1: 1的准对称结构,机械系统采用光学元件的包边设计和定心车工艺,达到秒级的光学装配精度;DMD像素级调光算法采用搜索单个微镜像素在图像帧周期间的控制权值实现,成像单元可同时兼顾科学级12 bit sCMOS和8 bit CCD,设计完成的原理样机验证了系统设计的正确性,其获取的图像动态范围可达140 dB以上,远高于传统摄像机78 dB的动态范围。     

紫外告警系统探测距离的估算

介绍了紫外告警原理及紫外告警系统的结构组成。基于典型目标(导弹)的紫外辐射特征和紫外辐射的大气传输特性,结合紫外告警系统探测器件的性能参数,根据像平面照度公式,提出了紫外告警系统探测距离的估算方法及模型,实例计算并验证了紫外告警系统在不同观察方位角对固体推进剂导弹的探测距离。分析研究表明,改变CCD最小照度值,像管的增益,光学系统的透过率和相对孔径等探测传感器的性能参数,可以提高紫外告警系统的探测距离。     

The optimum image plane in an optical system with chromatic aberration

On the basis of the contrast transfer theory of optical systems, a method for calculating the optimum image plane position at image formation in white light was elaborated by a system having only a chromatic aberration so that in monochromatic light it can be regarded as perfect. The results were applied to image formation with a simple thin converging lens. The influence of the different parameters of this system on the optimum image plane position is studied and it is shown how the position of the optimum image plane also depends on the imaged spatial frequency and thus also on the structure of the imaged object.     

微面形貌观测物镜的光学系统误差分析

提出了一种非接触内窥式微面形貌探测镜,分析了其光学系统的装配误差对实际成像位置的影响.利用几何光学原理,计算了三种装配误差与实际成像位移之间的关系.给出了满足CCD成像分辨率要求的位置调整范围,推导出透镜的装配误差范围,达到成像清晰、系统分辨率高的目的.     

The Detection of Defects in Optical Fibers Using a Hybrid Opto-electronic Correlator

A hybrid opto-electronic correlator for detecting defects in optical fibers is proposed. After the light from a He-Ne laser being expanded and filtered it is not collimated but directly passes a Fourier transform lens and illuminates a reference fiber and a test fiber at the same input plane. The Fourier transform spectrum of the two fibers is therefore obtained at the rear focal plane of the lens, where it is sampled via a CCD array connected with a computer through a frame grabber. The computer performs filter, inverse Fourier transform and setting threshold operation on classification. The system is an equivalent of joint transform correlator with a Fourier lens of long focal length. The experiment results for optical fibers having incoordinate defects are presented. The results indicate that the system can be used for fiber defect detection, and has the advantages of high identification, compact configuration, easy adjustment and flexible manipulation.