基于像清晰化函数最优化的高速机载相机动态像质补偿技术

为满足高速飞行器对目标快速识别和打击的需求,针对大观测场高速机载光电探测系统像质退化严重、像质补偿元件机构复杂、像差校正实时性较差的问题,提出采用可变形反射镜作为动态像质补偿器对传统高速动态成像光学系统像质进行补偿和改进.利用基于像清晰化函数最优化的自适应光学动态像质补偿技术的优化算法对系统动态像差进行闭环实时校正,通过仿真对所提出的方法进行可行性分析和验证.仿真结果表明:与校正前相比,该校正方法使光学系统在60°大角度观测场内泽尼克动态像差变化量的峰谷值最大下降17.5%,点列图弥散斑均方根半径降低至10.61%,校正后的系统残余像差小,在整个观测场内,像质均接近光学衍射极限.     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

电子稳像技术中的坐标变换及像偏移函数分析

为了进行图像偏移的数字补偿 ,需要分析图像的偏移函数 ,要对定坐标系O0 X0 Y0 Z0 ,CCD摄像机载体坐标系O1X1Y1Z1和像空间坐标系O2 X2 Y2 Z2 进行坐标变换 ,从而得出图像偏移与载体运动速度的关系 ,为数字电子稳像奠定基础。     

基于局部线性关系的扇束X射线荧光CT几何校正研究

基于X射线管的X射线荧光计算机断层扫描术(CT)受多种因素影响,成像质量不佳,几何参数误差是制约其高质量图像重建的重要因素之一.本文分析成像二维平面模体与探测器相对位置偏移对投影数据的影响,并基于原始投影数据和原始重建图像再投影数据的局部线性关系实现几何偏移参数校正;利用Geant4模拟存在偏移参数的扇束X射线荧光CT系统,使用模拟投影数据验证校正方法.研究结果表明:该方法能计算出相对精确的几何偏移量,有效消除几何参数误差对重建图像的影响,校正后的重建图像信息熵降低,平均梯度和标准差提高,图像质量提升.     

光刻机投影物镜的像差原位检测新技术

提出了一种新的光刻机投影物镜像差原位检测(AMF)技术。详细分析了该技术利用特殊测试标记检测投影物镜球差、像散、彗差的基本原理,论述了该技术利用对准位置坐标计算像差引起的成像位置偏移量的方法。实验结果表明AMF技术可实现球差、彗差、像散等像差参量的精确测量。AMF技术考虑了光刻胶等工艺因素对像差引起的成像位置偏移量的影响,有效避免了目前基于硅片曝光方式的彗差原位检测技术对离焦量、像面倾斜等像质参量限制的依赖。     

三次相位掩模板波前编码系统非轴向斯特雷尔比

传统成像光学系统的点扩展函数(PSF)峰值位置在其光轴上,斯特雷尔比(SR)定义为有无像差轴向PSF强度之比,而波前编码系统在光瞳处相位变化为非旋转对称式,其PSF在像面上将产生偏移,利用PSF的轴向强度计算光学系统斯特雷尔比将不再适用.分析了三次相位掩模板PSF的位置偏移量,其是以焦面为对称轴的抛物线族.并在此基础上...     

星模拟器星点能量中心修正方法的研究

对星模光学系统中各种像差对几何中心位置的影响及像差对显示星点能量中心位置造成的偏差进行了分析与综合评估.分析结果表明,视场位置越大的星点产生的像点能量越不均匀,重心偏移越明显,系统中慧差和畸变对于星点能量中心影响较大.根据球面镜组成的共轴光学系统性质可知,能量中心的偏移发生在星点所在极半径方向上,因此提出了一种基于极坐标的星点位置修正方法,只需在星点所在方向对极半径进行修正.该方法简化了基于二维坐标轴分区修正的过程,减少了数据计算量.利用极坐标修正方法对星模拟器修正前后的单星位置误差进行了测试,实验结果表明极坐标修正过程较以往修正方法简单快捷,且修正结果更加准确.     

批产化空间透射镜头自动装校系统的设计和验证

针对批产化空间透射镜头短周期、高精度和高像质一致性的研制需求,研发了一种自动调整、在线检测、自主分析和自动校正波像差的自动装校系统。首先,设计了透镜自动调整方式和悬浮胶粘的结构形式,采用坐标投影将透镜失调量的测量值转换为调整装置的线性调整量,利用电机驱动调整装置的组合运动实现透镜自动调整。然后,设计了镜头调整检测集成平台和波像差校正模块,根据系统波像差测试结果自主分析透镜自由度调整量,并驱动调整装置运动实现透镜位置的补偿调整,通过均衡校正残留波像差的方式保证批次间像质的高一致性。最后,对20套批产化镜头进行自动装校实验,镜头研制周期为3天/套,透镜失调量控制精度优于10″和5μm,批次间相应视场调制传递函数最大偏差为0.026。实验结果表明,本系统可为批产化空间透射镜头装校提供一种高效的自动化研制途径。     

航天时间延迟积分CCD相机摆扫成像快速几何校正设计与分析

为实现在轨卫星机动成像条带的快速准确拼接和应用,针对高分辨力卫星在轨推摆扫相结合的机动成像模式,提出了一种光线追迹像移匹配数学建模方法。通过对卫星机动过程中的摆角变化、地球表面面型的影响分析,利用摆扫过程中姿态对地指向不断改变导致的交轨方向速度失配量和成像变形量,补偿相机像面各点处的像移量从而进行快速几何校正。利用小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对成像进行了仿真分析。分析结果表明,成像过程中随着扫描角的增加,像面上的像移量增大,成像变形情况也变严重。利用均方误差分析仿真成像与实验成像质量,仿真成像与实验成像相差-0.000011左右,较好地满足地面卫星相机成像仿真需求。对不同扫描角下存在速度失配的图像进行快速几何校正,该校正后图像的均方误差变小。该校正方法具有效率高,便于拼接应用的优点。     

基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法

提出了一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法。通过对空间像进行统计分析,获取空间像的噪声模型和噪声标准差模型。以噪声标准差为权重因子,利用加权最小二乘法对空间像进行主成分分解,可以实现对空间像的自适应、无损降噪,从而得到更为精确的主成分系数和泽尼克系数。使用光刻仿真软件PROLITH的仿真结果表明,在相同的噪声水平下,0.1λ像差幅值内,与基于空间像主成分分析的波像差检测技术相比,精度提高30%以上。在使用光刻实验平台测量Z8调整量的实验中,该方法的精度更高。     

一种超宽视场光学系统的畸变测量方法及畸变校正

超宽视场光学系统的畸变直接影响着成像的几何位置精度,且误差随视场的加大而陡升。对精密测量及复制等工作造成很大影响。提出了一种基于面阵CCD和PC机的畸变测量方法,以面阵CCD光敏元的几何位置作为目标板,通过相关图像处理进行尺寸测量,避免了人为因素的影响,并且可以多人同时观测,结果可以以图片形式保存以备以后查验,且为畸变的校正提供了原始数据。采用数据拟合的畸变校正方法,可以获得较高的精度。     

用干涉仪恢复漫散射光中的几何影像

如果物体藏在强散射介质后，我们不能用几何光学方法对其成像．本文提供一种恢复散射光中几何像的干涉方法．     

一种基于图像融合和卷积神经网络的相位恢复方法

相位恢复法利用光波传输中某一(或某些)截面上的光强分布来传感系统波前,其结构简单,不易受震动及环境干扰,被广泛应用于光学遥感和像差检测等领域.传统相位恢复法采用迭代计算,很难满足实时性要求,且在一定程度上依赖于迭代转换或迭代优化初值.为克服上述问题,本文提出了一种基于卷积神经网络的相位恢复方法,该方法采用基于小波变换的图像融合技术对焦面和离焦面图像进行融合处理,可在不损失图像信息的同时简化卷积神经网络的输入.网络模型训练完成后可依据输入的融合图像直接输出表征波前相位的4-9阶Zernike系数,且波前传感精度均方根(root-mean-square,RMS)可达0.015λ,λ=632.8 nm.研究了噪声、离焦量误差和图像采样分辨率等因素对波前传感精度的影响,验证了该方法对噪声具有一定鲁棒性,相对离焦量误差在7.5%内时,波前传感精度RMS仍可达0.05λ,且随着图像采样分辨率的提升,波前传感精度有所改善,但训练时间成本随之增加.此外,分析了实际应用中,当系统像差阶数与网络训练阶数略有差异时,本方法所能实现的传感精度,并给出了解决方案.     

面对称光学系统的初级波像差理论研究

非旋转轴对称光学系统波像差理论的建立有利于理解旋转 轴对称光学系统的装调误差和离轴三反射光学系统等非旋转轴对称光学系统的选型设计. 本文利用旋转轴对称球面光学系统的全口径初级波像差理论推导了子孔径面对称光学系统的初级波像差分布公式, 证明了面对称光学系统中的节点像差理论, 即除球差外的所有初级像差的零值节点偏离视场中心, 而不再是视场的旋转对称函数; 并首次阐述了多零值节点初级非对称像差产生的根源和变化特性. 该理论可以有效指导非对称光学系统初始结构的选择和优化设计过程. 关键词： 面对称 像差 几何光学     

Synthetic dynamic test of base line popping noise in recording heads

This paper examines the Base Line Popping Noise (BLPN) test that is used for inspection of instability and electrostatic discharge (ESD) related parameters. The conventional BLPN measurement is performed only by a dynamic tester and shown numerically. A novel BLPN method which is characterized by a synthetic dynamic test under static control is proposed. The results, compared with a conventional one, show that BLPN is thoroughly sensitive to examined parameters such as bias current, operating frequency and ESD zapping voltage. Some hysteresis loop clearly shows the occurrence of BLPN due to Barkhausen jumps which are undetectable by using a typical dynamic tester.     

The study of the effects of higher-order aberrations on human contrast sensitivity with white-light retinal aerial image modulation (AIM)

The impact of higher-order aberrations on contrast sensitivity function (CSF) is calculated using individual white-light retinal aerial image modulation (AIM). Wavefront aberrations of 26 eyes are measured with Hartmann-Shack sensor, and the CSFs in natural light are acquired through a range of 2-48 c/deg. The white-light AIM is computed as the ratio of modulation transfer function (MTF) in white-light to CSF. Through manipulating the higher-order aberrations, the affected CSF is predicted by employing the white-light AIM. We find that coma aberration mainly influences CSF at higher spatial frequency and spherical aberration affects CSF in the whole spatial frequency range non-selectively. Additionally, it is spherical aberration rather than coma that impacts the CSF more substantially. Furthermore, the maximum value of area under CSF (AUCSF) is obtained without full correction of higher-order aberration, which indicates that there is compensatory mechanism among aberrations.     

两电极静电同心球系统的近轴电子光学及其空间-时间像差

将从近轴解出发研究两电极静电同心球系统的空-时轨迹及其像差.由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发,先求解两电极静电同心球系统中自光阴极逸出的运动电子的近轴空间-时间轨迹,然后讨论此系统的静动态电子光学及其空间-时间像差,揭示近轴光学系统成像的一般规律.文中定义和推导了各级近轴空间像差和近轴时间像差,得到了与关于近轴空间-时间像差同样的结论,表明完全可以直接由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发来研究理想成像及其空间-时间像差.     

两电极静电同心球系统的成像电子光学及其空间-时间像差

基于实际轨迹方程和电子运动方程对两电极静电同心球系统求解由光阴极逸出的运动电子的空间和时间轨迹,推导成像位置和电子飞行时间的精确和近似表达式,并由空间和时间轨迹的解析解出发讨论系统的空间-时间特性.对空间像差和时间像差给出统一的定义,即横向像差可视为近轴横向像差和几何横向像差的合成,时间像差可视为近轴时间像差和几何时间像差的合成,并导出了所有相应的像差表示式.     

星载宽波段远紫外高光谱成像仪光学系统设计

根据高层大气遥感的应用要求,设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统,该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法,根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数,然后利用光学设计软件Zemax进行优化,完成了超环面光栅光谱仪的设计,在工作波段内,点列图半径的方均根均小于16 μm,实现了宽波段像差同时校正,满足光谱分辨率0.6 nm的指标要求,也证明了提出的像差校正方法是可行的。运用光学设计软件Zemax对远紫外高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,各波长的光学传递函数均达到0.8以上,完全满足设计指标要求,且结构紧凑,适合空间遥感应用。     

基于机器视觉的锯条自动化装盒系统设计

以VS2010为软件平台,以Staubli TP80机器人,康耐视摄像机和传送带为硬件基础,对锯条进行识别,定位和动态抓取,搭建了一个基于机器视觉的工业机器人智能抓取系统,其中Staubli-TP80机器人为操作手臂,利用康耐视摄像机和工控机搭建视觉检测平台,通过抓取系统的参数化建模实现图像坐标到机器人坐标的转换,利用OpenCV函数库实现锯条的图像处理和模式匹配,最后控制机器人对动态目标进行抓取。