基于实际空间截止频率的稀疏孔径双圆周阵列的优化

提出了一种新的稀疏孔径光瞳结构-两个圆周阵内外嵌套而成的双圆周结构,并研究了该结构的调制传递函数.该结构以实际空间截止频率作为约束条件,保证调制传递函数在最小截止频率以内无零频,以阵列的u-v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,并采用这种优化方法对3-3、5-3以及6-3双圆周阵列进行了优化排列.将优化结果与相同子孔径数目的均匀圆周阵以及Golay结构进行仿真实验和比较.结果表明,优化后的双圆周阵列,具有最大的实际空间截止频率和实际等效口径.     

基于实际空间截止频率的稀疏孔径双圆周阵列的优化

提出了一种新的稀疏孔径光瞳结构—两个圆周阵内外嵌套而成的双圆周结构,并研究了该结构的调制传递函数.该结构以实际空间截止频率作为约束条件,保证调制传递函数在最小截止频率以内无零频,以阵列的u－v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,并采用这种优化方法对3-3、5-3以及6-3双圆周阵列进行了优化排列.将优化结果与相同子孔径数目的均匀圆周阵以及Golay结构进行仿真实验和比较.结果表明,优化后的双圆周阵列,具有最大的实际空间截止频率和实际等效口径.     

复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的研究

由于在截止频率区域内稀疏孔径系统的调制传递函数(MTF)比全孔径系统的调制传递函数下降,甚至调制传递函数可能出现零点而影响成像质量,通过稀疏孔径系统的结构优化可以获得调制传递函数分布比较理想的孔径结构。给出了基于实际空间截止频率ρR和子孔径直径的稀疏孔径结构优化准则,对复合三子镜稀疏孔径结构进行优化,分析了优化前后的调制传递函数变化,并对优化结构的复合三子镜稀疏孔径系统模拟成像和维纳滤波,比较优化前和优化后稀疏孔径结构的成像情况。结果表明结构优化是稀疏孔径光学系统设计的一个关键部分,应用的优化准则对稀疏孔径结构优化是合理的,通过结构优化可以使复合三子镜稀疏孔径系统的成像质量得到改善。     

辐射状多子镜阵列结构的成像特性

根据液体透镜稀疏孔径成像的特点,提出一种辐射状多子镜阵列结构;给出稀疏孔径成像的简化模型,通过多子镜结构的光瞳函数,得出调制传递函数的解析表达式;给出此多子镜阵列结构的具体分布形式,采用无量纲方法对结构参数进行约化;讨论2种辐射状多子镜阵列的结构情况,计算填充因子、冗余度、调制传递函数和其他特性参数;讨论参数扫描所表现的物理现象,并对比这2种阵列的结构特征和成像特性;对辐射状多子镜阵列结构和复合环形结构的特性指标进行比较。结果表明:在2种结构的平均调制传递函数以及调制传递函数中频特性值相接近的情况下,选择具有更大实际等效口径和实际截止频率以及更低冗余度的Ⅱ型结构;Ⅱ型结构在成像方面具有一定优势;由于基于液体透镜的多子镜阵列结构采用无量纲约化参数,因此结论普适于任意的包围圆尺寸;与复合环形结构相比,当填充因子相同时,辐射状多子镜结构有更大的实际截止频率和实际等效口径。     

基于混合算法的光学合成孔径成像系统孔径优化

结合模拟退火算法和遗传算法的优点,在遗传算法中加入模拟退火算子,运用这种混合算法对子孔径结构进行了优化。以阵列的子调制传递函数覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,实现了单圆周孔径阵列和双圆周孔径阵列的优化排列。使用仿真程序对优化阵列的光学传递函数进行了分析,将优化结果与相同子孔径数目的单圆周结构进行仿真实验和比较。结果表明,采用这种混合算法是可以很好的解决光学合成孔径结构的优化问题,优化结果接近全局最优解,优化后的双圆周阵列接近Golay阵列,具有更大的实际空间截止频率。     

分形结构稀疏孔径阵列的成像性能

根据分形的自相似性理论提出一种分形稀疏孔径阵列结构.该阵列是以Golay-3为分形结构单元,按自相似方式扩展构成的一种多层分形阵列结构.采用无量纲约化参数对其结构进行表征,给出光瞳函数和调制传递函数解析表达式.通过数值计算分形结构在不同填充因子和不同外层旋转角下的调制传递函数、实际截止频率和中频特性,比较分析了当孔径数分别为N=3,N=9,N=18阵列的MTF及特性参数.结果表明,当填充因子为0.0952F≤0.2246d0=1时,其变化对MTF曲线影响较小.外层旋转具有周期性,转角的变化对实际截止频率没有大的影响.当约化孔径参数,填充因子为22.46%时,N=18阵列的中频特性更加平稳,实际截止频率也更高.利用分形自相似性可以在相对保持中频特性的前提下有效地扩展系统孔径.由于采用约化孔径参数,数值计算结果具有标度不变性.     

一种新型稀疏孔径结构的研究

提出了一种由九个孔径组成的稀疏孔径结构。给出了该孔径结构的光瞳函数,并分析了其孔径结构的特点。具体对不同填充因子时的新结构进行了仿真,得出了新型稀疏孔径结构的调制传递函数的分布特点,以及系统的等效直径和调制传递函数的变化情况。对新型稀疏孔径结构与三臂结构进行了比较和分析,新结构的传递函数分布比较均匀,对频域有较大的覆盖面积,系统的等效直径较大。新结构在等效直径和调制传递函数的均匀性方面优于所比较的三臂稀疏孔径结构,新结构在成像性能方面具有一定的优势。     

光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法

对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析,并采用基于光学实验测量的调制传递函数（MTF）完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理.针对复杂目标成像,为了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量,不仅考虑系统的调制传递函数指标,还提出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法.数值仿真结果和光学实验结果均表明,基于相关系数的成像质量客观评价方法是可行的,实验说明光学稀疏孔径系统成像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果.     

复合三子镜的成像研究

提出一种由九个子镜构成的复合三子镜稀疏孔径结构。给出该孔径的光瞳甬数以及三种不同型的结构形式,并导出它的调制传递函数的解析表达式。对三种不同型的调制传递函数进行了分析比较,阐明复合三子镜三种结构各自的特点。通过数值计算给出复合三子镜Ⅰ型结构的最大截止频率和不同填充因子的等效直径。对不同填充因子下的复合三子镜进行模拟成像、加噪与图像重构,并用两种指标对不同情况下的图像进行像质评价。结果表明,复合三子镜像的空间分辨率,基本接近包围孔径像的分辨率,成像质量和信噪比随着填充因子的减小逐渐下降。经过维纳去卷积滤波,图像质量有所提高。复合三子镜具有结构灵活、易于装调的优点。     

基于遗传算法的光综合孔径圆周阵优化

从光综合孔径圆周阵列成像的基本原理出发,建立了圆周阵列的优化模型;采用改进的实数编码方法对子孔径阵列位置进行编码,运用遗传算法进行子孔径阵列的优化;以阵列的u-v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,实现了8~16个子孔径二维圆周阵的优化排列;分析了二维圆周光综合孔径阵列成像系统的点扩展函数、光学传递函数和衍射成像的基本原理;对优化结果与模拟退火算法的结果进行对比,使用仿真成像程序分析其点扩展函数,并与均匀排布的圆周阵列进行对比。结果表明,采用改进的实数编码的遗传算法可以很好地解决综合孔径阵列优化的问题,相对于模拟退火算法,该方法的计算时间更短,结果更优。     

二维圆周光综合孔径阵的优化排列及其成像特性研究

光综合孔径成像的原理是应用干涉原理在空间频率域中进行采样,并通过傅里叶反变换或其他数值变换方法得到空间分辨力远高于单个孔径成像系统的目标图像。由若干个相同的小孔径在二维圆周上优化排列组成的综合孔径成像系统可以在二维空间频率域中实现较为均匀分布的、具有无冗余度的采样点覆盖,为高质量实时成像提供了一个有效的途径。运用模拟退火算法对由7～16个子孔径组成的二维圆周综合孔径阵列进行优化排列。并依据光学衍射成像原理,从空域和频域两个方面详细分析了二维圆周上优化排列与均匀排列光综合孔径阵的成像特性。对7～16个子孔径组成的光综合孔径的仿真结果表明：无论是在空域还是频域上,子孔径直径增大、孔径数目增多以及综合孔径阵的优化排列都是有利于提高成像质量的。但综合后的子孔径的直径的增大,虽然能获得极高的角分辨力,却并不利于成像质量的提高。     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

影像位移是影响航空相机分辨率的主要因素。用MTF对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是设计过程中常用的手段。为此研究了匀速运动,变速运动和正弦运动条件下的动态MTF,针对目前无法准确评价的低频正弦运动,提出了基于离散相位区间的动态MTF计算方法。分析结果表明,在像模糊斑大小相同的情况下,高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频振动最轻。根据所作分析可以针对给定的影像位移计算出相应的动态MTF,为航空相机像质评价提供了准确定量的参考。     

天光背景下混浊大气中成像质量的分析方法

调制传递函数(MTF)定量描述混浊介质对图像质量的影响,它是混浊介质的固有光学特性,利用等效原理可以获得MTF从低频到高频的完整特征.在实际应用中,混浊介质中的图像质量不仅取决于介质的MTF,还与图像的背景辐射密切相关.本文从混浊大气中图像退化机理出发,理论分析了空间频域中天光背景下图像质量的退化过程.参考等效原理,提出了一种考虑天光背景的表观MTF,得到了表观MTF与介质MTF和天光背景的定量关系,从而得到了一种分析背景辐射下混浊介质中图像质量的有效便捷方法.针对图像质量优化方法,从空间频域的角度提出了一种评价原则.     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

近红外线列探测器传递函数测试系统

器件的调制传递函数(MTF)表征了光电成像器件对空间频率的对比度传递特性,可以全面地评价其成像性能。随着器件的发展,用MTF来评价器件越来越受到重视。针对近红外InGaAs焦平面器件MTF的测试需求,搭建了一套用狭缝法测试该波段线列器件MTF的系统。系统采用全反射式Offner光学结构将狭缝高质量地成像在待测器件上。成像光学结构由两块共轴的球面反射镜构成,11成像,F数为4;在芯片工作波长为1.7 μm时,在高达8 mm×30 mm的宽视场内,20 lp/mm（对应尺寸25 μm×25 μm的芯片特征频率）处的实测MTF高于0.8,接近衍射极限。利用该系统对8元InGaAs线列探测器进行MTF测试（标称光敏元尺寸为100 μm×100 μm）,6次重复测试得到的MTF数据的标准偏差与均值之比,在截止频率10 lp/mm内小于2%,测量的相对不确定度小于4.7%。