光纤成像光谱仪中谱线畸变对调制传递函数的影响

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(MTF)下降。从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数,分析了谱线畸变对系统MTF的影响,建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子,最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义,能指导光纤成像光谱仪的设计。     

Modulation transfer function measurement method for fiber optic imaging bundles

In this study a method is presented for measuring the modulation transfer function of line-array fiber optic image bundles. The measurements are performed using a designed experimental setup containing a tunable V-shape spatial filter, using three frequencies at one third of Nyquist frequency, two thirds of Nyquist frequency, and Nyquist frequency, respectively. Comparing the measured MTF curve of the fiber optic image bundles with the theoretically computed MTF curve, we have obtained good agreement.     

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。     

光纤倒像器调制传递函数测试结果的加权修正

狭缝式调制传递函数测试系统可以测试光纤倒像器的调制传递函数,但由于测试过程中较多的人工参与,使得调制传递函数测试结果的重复性较差。针对影响光纤倒像器调制传递函数测试重复性的数据采样、积分时间以及人眼疲劳特性进行了分析,给出了针对数据采样和积分时间的解决方法,针对人眼疲劳特性提出了基于人眼时间递增因子的加权修正方法。对6块光纤倒像器的调制传递函数进行了三批次测试,并对测试结果进行了直接校正和加权修正的比较,结果表明:加权修正较好地解决了测试重复性问题,被测6块光纤倒像器加权修正后的调制传递函数最大重复性偏差不超过7%。     

矩形波板法测量光锥与CCD耦合器件的光学传递函数

本文采用直接对矩形波板成像的办法,测得系统的对比传递函数,然后再利用系统对比传递函数与系统的调制传递函数的关系,得到系统的调制传递函数.该方法克服了传统刀口扫描法的缺陷,消除了由于离散型光学元件的离散性产生的空间非平移不变性的影响,减小了测量误差,提高了精确度.     

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题,设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件,对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计,并根据物镜和目镜的初始像差分布情况,利用优化函数,结合各种操作数,对系统的像差进一步优化。优化结果表明,物镜各视场的光学调制传递函数（MTF）值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85,目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3,具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点,设计并制备出系统连接的耦合器件,并搭建了一套传像系统,进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析,采用Gamma算法提高像面亮度,获得了高质量的传输图像。     

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。     

照度对测量三代微光像增强器MTF的影响分析

通过探讨像增强器MTF测试仪用光源的出射光照度对测量结果的影响,对透过测量狭缝的光强分布进行了分析.调节狭缝面的入射光照度,对不同照度作用下的调制传递函数进行了对比测量,经与微光像增强器的饱和输出亮度比较,得出:三代微光像增强器的MTF测试值随入射光照度分布呈抛物线分布,其最大值与微光像增强器的自动亮度控制特性有关.适当选择入射光照度,可确保被测像增强器既有足够的输出信噪比,而不进入饱和区域.     

推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析

 根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明：对于像元为10 μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。     

稀疏孔径双圆周阵列的成像性能研究

针对传统稀疏孔径均匀圆周阵列的调制传递甬数在截止频率区域内易出现零值而影响成像质量的问题,提出一种由两个均匀圆周阵列嵌套构成的无冗余的双圆周稀疏孔径结构.给出该阵列的光瞳函数以及调制传递函数的解析表达式.以5-3结构的双圆周阵列为例,以实际空间截止频率为像质评价准则,从子孔径直径、内环圆周半径以及内环旋转角度等几个方面详细分析了双圆周阵列的成像特性,给出不同情况下的实际截止频率值,并对双圆周阵列稀疏孔径系统进行模拟成像和图像复原.将该结构与均匀圆周阵列.Comwell优化圆周阵列进行比较.结果表明,相同条件下,该阵列具有更大的实际空间截止频率,并且成像质量随着填充因子的减小而逐渐下降.     

相干光纤传象束串象性质分析

本文报道了关于相干柔软光纤传象束(FIB)串象特性的研究.提出一种采用定标的光学视频系统定量测量相干柔软光纤传象束串象率的新方法.在光纤传象束的输入端,借助高精度的光学耦合系统,使光线仅对单根光纤输入耦合,而在传象束的输出端,由CCD阵列相机对被激光纤作大面积范围的检测.并且,测量了光纤传象束的静态调制传函数(MTF),用于描述串象率对传象束传象特性的影响,比较了多种传象束样品的测量结果.     

Analyzing wavelength behavior of a cubic phase mask imaging system based on modulation transfer function

The wavefront coding technology is an effectively method for extending the depth of field. However, the phase delayed by the phase mask changes with light wavelength, and the chromatic aberration is caused by chromatic dispersion of the optical elements. The modulation transfer function (MTF) of the cubic phase mask (CPM) system is derived with considering the axial chromatic aberration and optical path difference variation with wavelength, and the wavelength behavior of CPM system is analyzed in details. We yield that the MTF is approximately wavelength invariant within a certain frequency bandwidth, and the bandwidth is nearly inverse proportional to wavelength and varies with axial chromatic aberration. The effect induced by dispersion of the CPM material is very weak. If the CPM system is illuminated by wideband spectral light and the ACA exists, then the frequency bandwidth may become narrower than the monochromatic case, and the position of image sensor can be relocated to balance frequency bandwidth among all wavelengths.     

Rigid piston approximation for computing the transfer function and angular response of a fiber-optic hydrophone

The transfer function of a fiber-optic hydrophone (FOH) is computed for various fiber core radii. The hydrophone is modeled as a rigid disk, with plane waves impinging at normal or oblique incidence. The total sound field is written as the sum of the incident field and the field diffracted from the hydrophone. The diffracted field is approximated by the field generated by a vibrating planar piston in an infinite rigid baffle. For normal incidence and a pointlike fiber core, an analytical solution is presented. For finite fiber core radii, and for oblique incidence, the transfer functions are computed numerically. The calculated transfer functions exhibit an oscillatory frequency dependency that is most pronounced for small fiber cores. The solution for a core radius of 2.5 microm can be very well approximated by the analytical solution for a pointlike core at frequencies of up to 30 MHz. The results for normal incidence can be directly employed to deconvolute ultrasonic pressure signals measured with an FOH. From the transfer functions for oblique incidence, the angular response of the hydrophone is calculated. The angular response obtained here differs significantly from the model commonly used for piezoelectric hydrophones. The effective hydrophone radius derived from the angular response shows a strong frequency dependency. For low frequencies, it is found to be larger than the outer fiber radius, whereas it generally lies between the outer radius and the fiber core radius for frequencies above 10 MHz.     

一种光电系统动态调制传递函数测量方法的研究

运动条件下,光电系统在一定积分时间内的成像过程是一个动态过程。因此需要引用动态调制传递函数概念来评价运动对成像质量的影响。通过设计一套动态调制传递函数测试系统,对运动条件下动态调制传递函数的变化规律进行数据处理和理论分析。结果发现高频振动时,随着振幅的增大,对调制传递函数的影响越大,与静态条件相比MTF值下降0.01～0.1;低频振动时,随着振动频率的加强、振幅的增大或积分时间的增长,调制传递函数下降明显,与静态条件相比较MTF值相差0.01～0.5。     

CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数

调制传递函数是成像系统性能的重要参数 ,在进行CCD相机调制传递函数测试时 ,通常采用矩形靶标而非正弦靶标 ,使调制传递函数的测试值与相机系统实际调制传递函数值存在差异。本文对CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数测试结果进行了理论分析     

一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性

针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏.为此,基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究.通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1,0.3和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比.在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3和0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究.理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm.     

Ultrahigh-resolution plastic graded-index fused image plates

Fiber-optic imaging systems such as the medical endoscope, the boroscope, the fused-image faceplate, and the image conduit are now made from glass step-index (SI) fibers, and the image resolution of the SI fiber-optic imaging systems is limited to ~5 microm. Ultrahigh-resolution fiber-optic fused-image plates with fiber diameter sizes of 5 and 2.8 microm were fabricated with plastic graded-index (GRIN) fibers. The measured image resolutions of the 5-microm SI and GRIN-based guides were comparable, and the resolution of the plastic GRIN image guides improved as the fiber diameter was reduced from 5 to 2.8 microm.     

改善光纤倒像器的对比度传递特性

光纤倒像器是一种特殊类型的光纤板，可将传递图像直接倒转180°并应用于像增强器。由于光纤倒像器的特殊结构，造成光纤随着距扭转轴心的距离增加，数值孔径和光通量逐渐下降。相对于光纤板，光纤倒像器在透过率和对比度传递特性上均有一定程度的下降。通过改进玻璃系统，在一定程度上降低芯皮玻璃间离子扩散和相互渗透的程度，可提高光纤倒像器的实际数值孔径；通过调节EMA吸收量，既能满足像增强器对光纤倒像器荧光屏透过率的要求，又能保证最大程度地吸收光纤中逸出的杂散光，提高对比度。选择合理的芯皮比，不仅可弥补因扭转拉伸造成的皮层厚度减薄，还可进一步增加皮层厚度，抑制光从光纤中逸出。通过以上改进，可改善光纤倒像器的对比度传递特性。     

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%。