移动刀刃法检测垂直扫描方向成像光谱仪像方MTF探讨

描述成像光谱仪系统空间分辩率优劣的关键参数是系统的调制传递函数-MTF,MTF的检测是一个古老而又困难的课题。首次在有限视场的输入景物下通过移动刀刃法对扫描成像过程中垂直扫描方向系统像方MTF的检测进行了分析和模拟计算。     

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。     

红外动态图像生成技术概念研究

红外动态图像生成技术的基本概念包括基本术语及其定义。为了描述红外动态图像生成技术的特性,通常采用如光源类型、光谱波段、阵列规模、空间分辨率、填充因子、时间常数、帧频、闪烁、温度范围、串扰、均匀性、发射率、辐射对比度、动态范围、温度分辨率、调制传递函数、几何畸变及最大温度和最大辐射强度等概念。介绍了描述红外动态图像生成系统性能的基本概念的定义。转换器的指标定义对于转换器的设计和性能指标的测试都有重要的意义。     

具有二次像面的三反射光学系统的研究

论述了一种具有二次像面的偏视场三反射光学系统的设计方法,定性地讨论了设计参量β1,Δ,f’1对系统传递函数的影响给出两种结构型式,两个设计结果,并从系统成像质量的好坏、加工的难易程度及结构的可实现性分析了两种结构型式的优缺点.     

多光束扫描成像系统的像差分析

根据几何光学理论,志出多光束扫描成 综合像差方程,分析了导致离轴扫描线像差的入射光线与成像系统光轴夹角、转镜面数等因素,并研究了各单项偈关工的权重因子。基于上述多光束扫描成像的综合像差方程,分析并给出了校正离轴扫描线像差的特殊透镜所应具备的预畸变因子。     

红外扫描成像系统中冷像的分析和控制

提出了一种基于准近轴光线追迹的冷像噪声的快速分析方法，给出了适用于这类非对称光学系统的准近轴光线追迹公式，介绍了在光学系统自动设计阶段控制或消除冷像噪声影响的方法。这些分析和控制已全部在北京理工大学研制的ＧＯＳＡ软件中实现。     

光学扫描全息术中的孪生像噪音及消除

阐述了光学扫描全息术的基本原理,分析了孪生像噪音的来源,提出了一种新的数字滤波方法.计算机仿真结果表明:孪生像噪音以振荡形式传播,降低了重构图像的信噪比,影响了重构图像的分辨率;用电子复用技术,即用复全息图函数代替实全息图函数的方法可以有效地消除孪生像噪音;采用单一通道对信号进行处理,即只用一个实全息图函数,通过数字滤波方法同样可以消除孪生像噪音,该方法简便、实用而有效.     

扫描成像系统的动像传递特性分析

在扫描成像系统为线性不变系统的条件和光电成像系统动像光学传递函数的数学物理模型的基础上,给出了理想的动像光学传递函数的积分公式,分析了扫描成像系统的匀速动像传递特性。     

三视场红外搜索光学系统的设计

设计一款实际工程应用的红外三视场光学系统,其中大中视场利用透镜组切换变倍,小视场和大视场利用反射镜切换变倍。设计中采用二次成像的方式,3个视场共用二次成像透镜组,保证100％冷屏效率,减小第1片透镜的过口径。同时,采用非球面技术校正系统的球差和彗差,通过光学设计软件CODE V仿真,得出最大的点列斑为11 m左右,并且MTF接近衍射极限,成像质量完全满足使用要求。最后,该系统利用反射镜折叠光路实现了系统结构紧凑、体积小的特点。     

利用可变形镜进行像差校正研究

利用可变形镜对光学系统某一视场角像差进行单独动态校正．系统中使用可变形镜将全视场内某一特定视场角的像差校正到衍射极限水平,该区域在整个视场内动态高速地改变来对视场内任意区域进行高分辨率成像．利用这种技术可实现光学系统的小型化、轻型化,减小系统的体积,同时由于实现变分辨率成像,数据量大大减少,降低了数据传输对带宽的要求．     

红外双焦无热化空间相机光学镜头设计

针对空间碎片探测相机光学镜头的设计要求,提出了一种全新的紧凑型、小型化、轻量化、高像质、可全天候工作、使用环境恶劣的光学镜头,突破了以往该类系统结构复杂、体积大、重量重、仅有一个焦距的瓶颈。利用衍射光学元件特殊的特性进行消色差和消热差设计,并利用锗和硅混合来校正系统色球差,最终设计镜头的焦距为30, 120 mm,相对孔径为1/4。设计结果表明,在空间频率16 lp/mm处,－40～60 ℃温度范围内,短焦距、长焦距的传递函数值分别优于0.45和0.55,接近衍射极限;短焦距、长焦距的最大RMS弥散斑直径分别为15.8, 7.2 m,远小于探测器像元尺寸30 m,表明该系统在实际使用温度环境下具有良好的成像质量。     

红外图像空间噪声分析和预处理方法改进

讨论了基于天空背景下红外图像空间噪声组成，分析了各种空间噪声的形成原因,给出了红外图像噪声类型及其对图像质量的不同影响。分析结果认为红外图像空间噪声主要为高斯噪声和椒盐噪声。综合考虑均值法和中值法在处理噪声类型上的不同，提出了一种基于简单阈值的改进型中值法。对于不同的阈值，其算子有所不同。而M×N处理区域内每一点算子的权值取决于区域灰度中值，该点灰度越接近中值权值越大。处理后的图像背景更平滑，信噪比和改进的峰值信噪比提高了1.2dB以上，表明改进型中值法优于传统滤波方法。     

双波段光纤内窥镜物镜设计

为适应昼夜侦查、探测目标的需要,设计了可见与近红外双波段光纤内窥镜物镜。在分析其基本原理的基础上,采用反远距形式的像方远心光路结构作为初始结构,通过Zemax软件进行优化设计,给出了一个工作波长0.486 m～0.656 m/0.7 m～1.1 m,焦距1.21 mm/1.22 mm,F数为4,视场角为80,光学长度为8.45 mm/8.47 mm的设计实例。传像束单丝直径16 m,并按正方形排列,据此要求在31 lp/mm处评价像质。设计结果表明,系统满足像方远心光路要求,轴上和轴外像面照度均匀,该镜头可见光部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.81,近红外部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.80。该双波段内窥镜的设计在实现已有内窥镜功能的同时,又提升了探测范围和信息量,能够实现全天候的检测与侦查。     

共口径双通道红外扫描成像光学系统

对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究,结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术,设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道（3 m～5 m）和长波红外通道（10 m～12 m）,经准直镜组及成像镜组会聚探测器上,实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明,长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上,中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上,满足实际应用的要求。     

两种单像空间后方交会模型分析

共线条件方程是近景摄影测量的核心。分析了基于共线条件方程的单像空间后方交会方法的两种数学模型的相互关系,并对两种模型法方程的病态性进行了分析比较。基于三个控制点的情况,对两种模型解算外方位元素的精度,以及控制点分布对模型的影响进行了仿真和分析,结果显示像方模型在解算精度和稳定性方面要优于物方模型。根据误差的协方差传递原理,提出了一种基于像方模型,依据测量精度要求对相机的分辨率和焦距等参数设计的方法。     

红外动态图像投影系统设计

提出了一种二维大视场红外动态图像投影系统的结构设计。采用一个X_Z平移台和一个二维摆镜实现了红外图像的投影。结果是,在垂直和水平方向上的视场角可达到±30°,系统的瞬时空间分辨率为5对线/mm,瞬时投射视场角为3.3°,角精度在1′以下,动态响应特性为2.4Hz。     

基于感知颜色空间的灰度图像伪彩色编码

提出了一种基于感知颜色空间的灰度图像伪彩色编码的新方法。首先建立了灰度级和色调、饱和度和亮度等与人的感知颜色特征之间的函数关系。然后通过感知颜色空间到RGB空间的矩阵变换 ,得到相应的RGB值。最后将其分别送入彩色显示器的红、绿、蓝枪即可得到伪彩色图像。建立了相应的数学模型 ,给出了分析和实验结果 ,并对如何获得符合人们视觉习惯的伪彩色图像等问题进行了讨论。根据不同的实际需要 ,可以方便地建立灰度级与颜色的色调、饱和度与亮度的不同对应关系 ,使产生的伪彩色图像符合人们的感知习惯。用该方法得到的伪彩色是近似均匀的 ,即在不同的灰度级上 ,相邻两灰度级对应的色差近似相等     

光电成像检测系统像面照度均匀性分析

非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降。研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响。实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象。研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据。     

热变形对低轨空间望远镜像质的影响分析

为了用空间望远镜实现衍射极限成像,有待解决的基本问题之一是光学表面热变形所引起的像质下降。热效应可以分为热浸泡和热梯度两类。一般来说,热浸泡主要引起焦距变化,且通常处于所允许的范围内;而热梯度则难以控制。重点分析了望远镜主镜轴向热梯度的影响,并给出了一些数值计算结果。