低阶模式校正自适应光学系统的非等晕限制

分析了非科尔莫戈罗夫湍流情况下,自适应光学系统低阶模式校正时的非等晕误差、泽尼克系数角相关函数、残余相位结构函数以及长曝光光学传递函数,并定义了一个新变量－－模式校正因子,用来有效评价目标非等晕误差对低阶模式校正自适应光学系统补偿效果的影响。此外还给出了光波水平大气传输时模式校正因子以及低阶模式校正系统长曝光光学传递函数的数值计算结果。     

自适应光学对大气扰动波前的补偿效果研究：I.理论推导

在采用冻结湍流假设和几何光学近似的条件下，得到了经自适应光学系统校正后的剩余波前相位扰动的结构函数，进而根据剩余相位结构函数与系统Ｓｔｒｅｈｌ比的关系，求出自适应光学系统的补偿效果受系统的时空传递函数，大气湍流，光波传播路径上的横向风，观察目标的旋转角速度以及系统时间延迟影响情况的解析表达式。     

湍流大气成像系统分辨率的研究

采用基于Kolmogorov 1941串级湍流模型建立的调制湍流折射率谱模型、简单透镜成像系统传递函数的高斯函数近似和平方近似,从理论上分析了大气成像系统的光学传递函数,研究了有限湍流尺度(湍流内、外尺度)对湍流大气中成像系统光学分辨率的影响。给出了成像系统长曝光光学传递函数和积分分辨率的近似解析关系。结果表明在采用大孔径成像系统成像时,应该考虑湍流尺度对大气系统成像的作用。     

湍流大气成像系统长曝光传递函数的研究

采用傅里叶变换法对在Kolmogorov谱大气湍流下望远镜的长曝光成像进行了模拟,给出了湍流大气成像系统长曝光传递函数的数值模拟方法,求出了在此情况下的长曝光传递函数。给出了大气湍流在Kolmogorov谱假设下成像系统长曝光传递函数的理论值。基于空间目标为点目标的假设,提出了一种湍流大气成像系统长曝光传递函数的测量方法。对由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数进行了比对分析。结果表明,由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数基本上是一致的,由傅里叶变换法模拟和实际测量得到的传递函数是合理的。     

自适应光学系统控制效果分析的功率谱方法

 用H-S 波前探测器得到校正前后波前相位时间功率谱, 分析了自适应光学控制系统对大气湍流扰动波前的时域校正效果。用这种方法比较了61单元自适应光学系统分别采用P-I 控制算法和Smith 纯滞后补偿控制算法对实际大气湍流扰动波前进行补偿实验时的校正效果。     

基于畸变相位波前分形特征产生矩形湍流相屏

在包含时间进程的光波大气传输及其自适应光学相位校正的数值模拟研究中,如长曝光成像和自适应光学系统的动态控制过程,矩形湍流相屏的产生和应用尤为重要.而现在通常使用的功率谱反演法产生的是正方形的湍流相屏,只采用其中的矩形部分显然造成计算机资源的浪费;并且谱反演法产生的湍流相屏需要进行低频补偿,从而明显地增加计算量.基于大气湍流所造成的畸变相位波前的分形特征,提出了一种产生矩形湍流相屏的新方法,并与解析理论结果进行对比,验证了这种矩形相屏产生方法的正确性.与已有的方法相比,此算法具有两个明显的优点:算法简单、计算效率高,节省计算机资源;与大气湍流介质统计特性无论在高频部分还是在低频部分均符合得较好.     

应用哈特曼-夏克波前传感器测量大气湍流参数

对非科尔莫戈罗夫（Kolmogorov）湍流情况,在利用哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器的波前斜率测量原理并结合其时空结构及相关分析的基础上,提出了一种应用斜率结构－相关函数和斜率归一化相关系数测量大气湍流参数β（归一化相位空间功率谱指数下降因子）和ρ0（大气湍流强度）的新方法。利用这种方法对1km激光水平大气传输实验数据进行了分析。     

一种机载合成孔径激光雷达相位误差补偿方法

准确理解大气湍流扰动相位对光束传输特性的影响机制,并以此为基础发展有效的相位误差补偿算法是实现合成孔径激光雷达(SAL)高质量成像的关键之一.从激光光束的相位结构函数入手,提出了一种新的大气湍流相位屏产生方法--结构函数法,建立了满足Kolmogorov统计规律的大气湍流数值模型,计算了不同强度湍流作用下机载SAL的成像结果.通过将其与秩一相位估计法联合使用,克服了秩一法对初始值敏感的缺点,提高了补偿算法的精度和效率.实验表明,与谱反演法相比,结构函数法的计算结果更接近于理论值,同时计箅复杂度由O(N2)降至O(N).改进的秩一法能够较为有效地改善一定强度范围内大气湍流引起的SAL图像失真,而且补偿后图像的信噪比相比传统的秩一法提高了大约5 dB,计算时间也缩短了约30%.     

大气湍流波前低阶模式的时间功率谱分析

引入规格化的相位谱,推导了大气湍流波前低阶模式（Ｚ－倾斜和Ｇ－倾斜、离焦、像散以及彗差）的时间功率谱,并就水平大气传输、星体目标观测、空间目标监测等几种情况作了实际的数值计算及分析,此外还给出实验结果,分析结果表明：对于水平大气传输模式,倾斜功率谱曲线的低频阶段的指数下降因子为４／３－６β／１１（β为相位谱空间频率的指数下降因子）,离焦、像散和彗差项的功率谱低频段指数下降因子为０;水平大气传输工作     

采用分区法生成稀疏谱湍流相位屏

为了更好地研究光束在大气湍流中的传播特性,提出了基于稀疏谱模型的湍流相位屏模拟方法,对生成相位屏的灰度图、结构函数和光束漂移量进行了研究分析。首先采用数学方法分析光波的方向、大小和振幅,并由此得到稀疏谱相位屏;然后分别在不同相干半径下,与功率谱反演法生成的相位屏灰度图进行对比,并分析稀疏谱模型下的结构函数和光斑位置拟合度。仿真和实验测试结果表明,实验结构函数的平均误差为6.1%,该模拟方法下的相位屏细节信息更为丰富,大气湍流光斑质心的均方根误差为1.013×10?7 m,具有精度高、运行速度快、模拟周期长等优点,能够较好地模拟真实大气湍流。     

Phase compensation in non-Kolmogorov atmospheric turbulence

Zernike polynomial decompositions are used for investigating phase distortion induced by atmospheric turbulence in optical systems. Closed-form expression of the Zernike-coefficient variances is derived. The finite size of the receiver aperture is analyzed using the filter function which is also particularly effective in the theoretical analysis of lower-order aberrations like tilt terms and piston-removed phase variance. The outer scale of the non-Kolmogorov turbulence is considered. The result shows that the effect of finite outer scale attenuates low-order Zernike mode of optical distortion and longer outer scale can lead to more energy in the tilt terms. The generalized exponent can only enhance tilt terms and attenuate other Zernike modes of optical distortion. Further, for different outer scale and generalized exponent, the residual phase variance decreases with more modes of phase compensation.     

Solving the atmospheric scattering optical transfer function using the multi-coupled single scattering method

The atmospheric scattering optical transfer function （OTF） is solved by applying the multi-coupled single scattering （MCSS） method to the three-dimensional radiative transfer equation （RTE） under the periodic ground condition. This approach is a direct hit to the atmospheric scattering OTF using the same original context of modulation transfer function （MTF） measurement, i.e., images of sinusoidal grating at different spatial frequencies. Both the amplitude and phase shift of the OTF at various zenith and azimuth angles can be obtained at an arbitrary spatial frequency.     

彩色图像的非相干光相关识别

提出一种用非相干光系统识别彩色图像的方法,将脸色图像分解成三个单色像处理,设计一可实现的仅相位光学传递函数,对其进行带能优化,人而提高信噪比并使相关峰锐化,通过一对滤波器来合成该光学传递函数,获得了采色图像相关识别的实验结果。     

荧光共焦扫描系统成像特性的优化

对荧光共焦扫描系统用光强点扩散函数进行傅里变换得到系统三维传递函数的数学模型，并由此求得环形透镜和各种有限大小探测器系统的光学传递函数。用计算机模拟和光学传递九数值计算，分析了采用不同环形透镜及探测器对系统成像特性的影响     

相干场成像技术接收镜精度对传递函数的影响

根据相干场成像技术(又称傅里叶望远镜)接收镜的特点, 研究了接收镜偏差对相干场成像技术光学传递函数的影响, 推导了光学传递函数与接收光路光程均方差的关系式. 该式表明相干场成像技术的光学传递函数是接收光路光程均方差与频差乘积的平方的负指数函数. 为确定接收系统精度提供了理论依据. 关键词： 相干场成像 傅里叶望远镜 误差 光学传递函数     

The modeling and the optimization of a grating optical low-pass filter

Through the one-dimensional analysis of the diffraction of a phase grating, we calculated the optical transfer function (OTF) of a phase grating. By a 0th-order approximation of the optical transfer function, we analyzed the feasibility of using it as a spatial frequency filter and obtained the structure of a grating for the optimum-filtering characteristics. The OTF of a phase grating as an optical low-pass filter is optimal when the incoming light is equally divided into three beams. The distance of those beams must be equal to the pixel size. The theoretical development was verified through an experiment. Received: 21 May 2001 / Revised version: 16 July 2001 / Published online: 15 October 2001     

消随机媒质退化的复原处理

对于遭受随机媒质退化的成像,需要用统计方法和功率谱模型实施复原处理.首先探讨了统计模型的大气光学传递函数(OTF);其次,在等功率谱的假定下,用功率谱维纳(Wiener)滤波器进行复原处理;然后,使用局部统计算法作乘法性噪声滤波的复原,获得了满意的图像复原结果.     

紫外光学传递函数测量装置研究

光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标,针对目前光学传递函数测量只能覆盖可见光和红外波段,自行研制了紫外波段(260 nm～400 nm)光学传递函数（OTF）测量装置。介绍了装置的原理及组成,采用中心波长为0=300 nm和0=380 nm 2种OTF标准镜头在2个光谱范围内对OTF测量装置进行了标定和测试,结果表明:调制传递函数（MTF）的测量值与理论值的偏差:0.03（轴上）;0.05（轴外）。最后,对装置的测量不确定度进行了评估。