探测器采样频率与光学系统衍射截止频率比值对航空图像质量的影响

以Q值作为参照指标,考虑光学系统分辨率和探测器分辨率,通过图像仿真效果的对比讨论了不同Q值成像系统的成像质量.结果表明:成像系统设计过程中需在光学系统分辨率和探测器分辨率之间进行权衡,Q=2时成像系统的成像质量最好,但实际设计过程中考虑到其他因素(系统信噪比、场景大小、运动模糊等),往往取Q<2可获得高品质图像.因此,Q值可作为参考指标为光电成像系统设计提供一定指导.     

探测器采样频率与光学系统衍射截止频率比值对航空图像质量的影响

以Q值作为参照指标,考虑光学系统分辨率和探测器分辨率,通过图像仿真效果的对比讨论了不同Q值成像系统的成像质量.结果表明:成像系统设计过程中需在光学系统分辨率和探测器分辨率之间进行权衡,Q=2时成像系统的成像质量最好,但实际设计过程中考虑到其他因素(系统信噪比、场景大小、运动模糊等),往往取Q＜2可获得高品质图像.因此,Q值可作为参考指标为光电成像系统设计提供一定指导.     

基于信息失真的光电成像系统优化方法

提出了一种利用信息失真参数研究光电成像系统优化匹配的新方法。分析了光电成像系统频谱混叠问题,将物光强函数分解为一系列非负谐波函数,并对谐波的成像结果进行了求解。在此基础上,建立了物、像与光电系统的信息模型,进而对不同光学系统截止频率下的信息失真度进行了数值计算,阐述了基于信息失真的光学系统与探测器的匹配关系。结果表明,当探测器像元边长为10 μm时,高斯物频谱应选择截止频率为100 mm-1的衍射受限光学系统才能获得最小失真度0.144 1。     

基于信噪比通道宽度的光电成像系统匹配方法的研究

将光电成像系统中的光学系统和探测器视为线性系统,应用匹配滤波和等效平方带宽理论,综合考虑了系统的信噪比和带宽,建立了基于信噪比通道宽度的系统性能评价模型。利用评价模型进行计算机仿真。根据仿真结果分析,得出了光学系统与探测器的匹配特性和最佳匹配条件。     

软性亲水性接触镜几何参量的光电成像测量方法

提出了对软性亲水性接触镜采用非接触的光电成像检测方法.将浸于液体中的软性亲水性接触镜置于高准确度的标准环上，采用投影光学系统将其投影放大，并用光电图像探测器接收软性亲水性接触镜的放大图像.通过计算机图像处理、计算出放大后的图像尺寸，然后利用成像公式、标准环的尺寸等相关参量，最终计算出软性亲水性接触镜的实际几何参量.采用放大倍率为20倍的投影成像光学系统，像元中心距为50 μm、像元数为512位的CCD线阵， 51系列单片机进行数据处理.经计算，该光电成像测量系统对软性亲水性接触镜的中心厚度、曲率半径的测量分辨力达到了0.005 mm,远高于系统0.01 mm的准确度要求.     

探测器像元尺寸对航空光电系统成像性能影响分析

针对航空光电系统成像性能要求,从探测器像元尺寸出发,研究了探测器像元尺寸对探测器动态范围、信噪比、调制传递函数等性能参数的影响,并分析了探测器像元尺寸对光电系统分辨率、信噪比、探测识别作用距离等总体性能参数的影响,最后列举了国外典型航空光电系统参数及其选用的探测器参数。通过分析探测器性能参数与系统总体性能参数之间的关系,给出探测器像元尺寸选型及航空光电系统Fλ/d典型值的建议,即一般情况下航空光电系统为了获得远距离高像质图像,优先选用大像元探测器,并综合权衡探测器像元尺寸与系统Fλ/d之间的关系,将Fλ/d控制在2以内。     

水下成像光学系统设计1长春理工大学光电信息学院，吉林长春1300122中国中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062

在对目前水下成像系统现状进行调研后,分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素,即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式,利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器,波长486 nm~656 nm,相对孔径1/1.8,视场角120°,采用9片透镜,无非球面,简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3 μm,在奈奎斯特频率60 lp/mm,时,各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时,对大视场系统产生的高畸变进行校正,畸变小于5%,成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。     

基于衍射元件的两档轴向移动式红外变焦光学系统设计

设计了一种基于衍射元件的两档轴向移动式红外变焦光学系统.系统工作波段为3.7～4.8μm,焦距为80/240mm,F#为4,探测器采用640×512的中波制冷红外探测器,探测器的像元尺寸为15μm×15 μm,该系统具有100％冷光阑效率.在光学设计中采用了衍射元件,大大提高了光学系统的像质,有效减小了系统的体积和重量.对光学系统进行了合理的公差分配和冷反射分析.仿真结果表明,该系统结构紧凑、变倍时间较短、成像质量优异.     

航天太阳敏感器的应用与发展

综述了当前广泛应用的数字太阳敏感器的原理、系统设计、应用领域和发展现状。首先,叙述了太阳敏感器的工作原理;数字太阳敏感器一般采用小孔成像的原理,包括光学系统、光电探测器和信息处理单元3个部分。其次,介绍了太阳敏感器的光学系统,包括单光孔、单狭缝、多光孔和多狭缝等多种入光形式。然后,从常规光电探测器件和集成了光学系统、图像传感器和信息处理单元的探测器两个层面,说明了太阳敏感器涉及的光电探测器的发展,并介绍了相应的太阳像点中心提取算法。最后,给出了航天太阳敏感器的现有产品及应用现状,讨论了未来航天太阳敏感器面临的挑战和发展趋势。     

水下成像光学系统设计

在对目前水下成像系统现状进行调研后,分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素,即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式,利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器,波长486 nm～656 nm,相对孔径1/1.8,视场角120°,采用9片透镜,无非球面,简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3μm,在奈奎斯特频率60 lp/mm,时,各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时,对大视场系统产生的高畸变进行校正,畸变小于5%,成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。     

远场光电探测器系统受激光干扰与损伤效果估计

空间光电探测器与地面距离较远 ,用脉冲或连续式激光直接损伤远场探测器非常困难。但光电探测器的光学接收系统对激光照射而言具有巨大的光学天线增益 ,实现激光对光电探测器的干扰与损伤是有可能的。通过计算 ,比较了脉冲激光与连续激光对远场光电探测器的作用效果 ,并在实验中验证了激光轴外干扰光电探测器系统的可行性     

基于PC的光电探测器设计平台

提出了一种光电探测器设计平台,它基于VB工具,在PC机基础上整合了光电探测器光谱灵敏度测试系统与滤色片组匹配设计系统,具有对光电池光谱灵敏度、有色玻璃的光谱透过率、滤色片组与光电池构成的光电探测器的光谱灵敏度等参数的测试功能,可对光电探测器滤色片(组)进行设计,提供了光电探测器设计与测试的一体化平台。     

双四象限探测器弥散斑测量方法研究

讨论一种利用双四象限探测器本身光机结构、输出电信号特性,对其接收的微小光斑进行精确测量,并可实时调整的方法.所组建的测量系统利用测量测定可旋转反射镜在特定位置的偏转角来计算弥散斑的半径,经实验,弥散斑在0.5mm±0.1mm测量范围内,分辨率可达0.0096mm (角度分辨率为1’).     

用于激光定向红外对抗的光学系统设计

依据机载光电武器小型化、轻量化的发展需求,设计了一套激光红外共光路光学系统。其中红外系统波段为3 μm～5 μm, F数为2,采用中波640×512 pixel的面阵探测器, 像元尺寸为15 μm×15 μm,激光发射与红外光路共用望远系统,光学系统利用立方棱镜实现方位360°和俯仰0°～90°范围的扫描,采用共光路设计可减小光路中反射镜和透镜等零件的尺寸,具有结构紧凑、质量小等特点。重点针对共光路中光学元件引入激光后向散射的问题,采用CODE V和LightTools联合优化的方法避免其影响,保证光学系统成像性能优良。     

一种基于ＰＩＮ型光电二极管频率响应的测试方法

根据信号系统相关理论,提出了一种针对该类光电探测器频率响应的测试方法。该方法实现的测试系统主要包括窄带脉冲激光光源、光强衰减装置和光电探测器等。由光电探测器接收经过光强衰减后的窄带激光脉冲信号,同时利用数字示波器获得相应信号波形的上升时间;根据相关的计算公式,得到光电探测器的频率响应;对所得测试结果进行误差分析。实验结果表明:对理论频率响应带宽为１０．６ ＭＨｚ的探测器,利用该方法测得的相对误差为６％左右, 该测试方法简单、可行,适用范围广。     

应用无衍射贝塞尔光束的固体线膨胀系数测量系统

测量固体线膨胀系数是工程设计中的一项重要工作。这套非接触固体线膨胀系数测量系统利用激光三角法进行了设计。通过采用线阵CCD作为信号传感器来实现自动化测量。通过采用无衍射贝塞尔光束来提高测量精度和增大测量范围。     

一种高精度绝对式光电轴角编码器的照明系统

介绍了一种高精度、高分辨率绝对式光电轴角编码器的照明系统,照明系统采用了非球面光学系统和温度补偿方法。与以往采用白炽灯作为光源的照明系统相比具有体积小,使用寿命长,抗冲击,抗震动强,装调方便,光电转换效率高,利于多头读数等优点。采用这种照明系统的27位绝对式光电轴角编码器测角精度优于0 3″。     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

CCD成像电子学单元光电参量测试系统

针对空间光学相机重要组成部分的CCD成像电子学单元的光电参量测试需求,介绍了CCD成像电子学单元光电参量测试必要性,提出了对CCD成像电子学单元光电参量进行系统测试的试验方案,并设计、研制了测试装置。对于该装置进行了系统调试与标定,得到单色仪波长定标系数为1.003 29,并对CCD成像电子学单元辐射性能测试中积分球的稳定性及均匀性进行了测试,测试结果满足要求。通过标准探测器标定待测探测器,得到待测探测器的相对光谱响应度。整套装置满足测试要求。