基于液晶可调谐滤光片的多光谱图像采集系统

多光谱遥感探测波段的细化和增加,要求提高图像的采集和传输速度,原有的波长调谐方法和接口规范已不能满足需要.提出了一种新的基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱图像采集系统.该系统的成像部分用液晶可调谐滤光片替代传统的机械转轮滤光片,这种滤光片是电可调谐的,能在 400～720 nm波长范围内快速准确地实现16个波长的任意调谐,其最快响应时间达 50 ms;系统的采集控制部分遵循支持高速数据传输的Camera Link接口规范和PCI总线标准,使得嵌入式计算机能通过程序实时控制波长调谐、相机曝光时间设置及图像采集和存储.系统具有体积小、功耗低、稳定性高、采集速度快等特点,能够在机载、艇载等平台上工作,可用于低空遥感、环境监测等领域的研究.     

基于LCTF的新型多光谱成像光学系统设计

设计了一种基于液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）的新型多光谱成像光学系统。该光学系统工作谱段为400~720nm,光谱分辨率为10nm,可对216mm×216mm幅面大小的物面成像清晰。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统分析,确定各光学参数,设计结果表明,成像系统在空间频率91lp/mm处,各个波段处的轴上和轴外调制传递函数均大于0.3,全视场畸变低于0.1%,成像质量良好,可以满足多光谱成像的总体要求。     

基于LCTF调谐的高光谱成像系统设计

提出一种新的轻小型高光谱成像系统,将液晶可调谐滤光片LCTF应用于高光谱成像技术,用电调谐的LCTF代替传统的机械滤光片转轮,在可见-近红外波段上可快速地实现波长的任意调谐。系统由光学镜头、LCTF和CCD探测器组成。文章首先详细描述了系统结构、光学设计及其工作原理;再利用该成像系统,以飞艇为平台进行了野外试验,获取了高光谱立体图像,所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率;文章给出16个波段中546～600 nm的局部图像数据,最后对图像进行初步的数据处理,推导出地物420～720 nm的光谱反射率。试验验证了该成像系统的高光谱数据成像获取能力,成像数据可应用于光谱分析。     

基于LCTF的便携式多光谱成像仪

选用商品化照相机镜头、液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）和单色面阵CCD相机,将LCTF置于由镜头和CCD相机组成的照相光路中构成便携式多光谱成像仪,该多光谱成像仪能够在被动和主动光源下进行多光谱图像数据采集,工作波长范围是400-720nm,光谱分辨率为10nm,建立了多光谱成像仪系统多光谱图像采集数值模型,分析了误差源,为系统定标提供了理论依据。最后在自然光照条件下进行了盆景植物的多光谱图像采集试验,重建出多光谱数据立方体,绘制了典型目标点的光谱曲线。     

基于液晶可调滤光片的广角多光谱成像光学系统设计

基于液晶可调滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的分光原理,设计一种工作谱段为400~720nm,焦距4.5mm,视场角140°,F数为1.28的广角多光谱成像光学系统。该光学系统由前端光学镜头、LCTF和成像镜头组成,其中前端光学系统镜头将入射光束进行扩束,同时将入射光束的广角视场缩小至LCTF可接收角度范围内;LCTF利用液晶材料的电控双折射效应,实现对某一波长光信号的选择透过。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统的各光学参数进行合理选取。设计结果表明,整个系统在120lp/mm的空间频率处轴上及轴外的调制传递函数MTF均大于0.4。     

电压压调谐多级液晶滤光片的理论研究

依据电压调谐多级液晶滤光片的设计原理,给出了设计实例。主要讨论了三片液晶盒组成的多级滤光片,在滤光片系统中液晶盒可以采用相同厚度,也可以使厚度成一定比例。厚度成比例的多级滤光片,其透射波长可通过调节外加电压而连续改变,调谐范围400~800 nm,覆盖整个可见光区;采用相同厚度液晶盒组成的多级滤光片可以从多条谱线中滤出所需要的波长。原理上两种形式都可以获得性能良好的滤光片。     

可调谐液晶红外滤光片的光学特性分析

可调谐红外滤光片是高分辨率红外成像仪谱段识别和分光的重要光学器件。采用琼斯矩阵方法对平行向列相和90°扭曲向列相液晶法-珀红外滤光片的本征偏振态及光学特性进行了研究。结果表明,当非偏振光垂直入射时,平行向列相液晶法-珀滤光片在任何电压下两组本征偏振态均不发生模式混合,具有偏振敏感性;90°扭曲向列相液晶法-珀滤光片在电压较低时具有偏振敏感性,当电压大于三倍Freedericksz阈值电压时,两组本征偏振态发生模式混合,偏振敏感性消除。     

可调谐液晶法-珀滤光片的研究

提出了一种可用于密集波分复用系统中的新型可调谐滤光片的设计方法,该设计利用了液晶的双折射现象,以及液晶盒内法-珀效应,从理论上分析了器件的光谱特性,计算了液晶分子的折射率调制和其分子转动角度的关系.并对器件进行了性能测试.实验结果与理论吻合较好.     

声光可调谐滤波器成像光谱仪非球面光学系统设计

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的工作原理,设计了一套工作在440～780nm的光谱成像光学系统。该光学系统通过引入一面偶次非球面提高了系统的成像质量,简化了镜头的结构,提高了光学系统的透射率。前置光学系统采用由一组双胶合透镜构成的像方远心光路。后置成像光学系统由一组三胶合透镜构成,其中包含一面非球面,根据非球面变形系数与初级像差间的贡献关系,完成了非球面及其位置的优化和对AOTF的+1级衍射光成像。光学系统在32lp/mm的空间频率下的调制传递函数(MTF)大于0.6,像质优良,加工装调公差适中。     

一种用于密集波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片

基于液晶分子的双折射特性，设计并制作了一种结构简单的可用于波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片。对器件的光谱调谐特性进行了分析和模拟，并得到了液晶分子的折射率调制与其分子在电场作用下产生的转动角度之间的关系式。最后，对所设计的结构进行了制作和实验，测试结果显示了滤光片的性能受液晶分子的排列特性和法布里-珀罗腔的反射镜参量的影响较大，同时实验表明了这种利用向列型液晶分子作为法布里-珀罗腔内介质的可调谐滤光片在加电压调试下其调谐性能良好，调谐范围可覆盖C波段，透过峰的半峰全宽达到了0．8nm，实验结果与设计相吻合。     

Natural color low-level-light EBAPS imaging system based on three-color LCTF北大核心CSCD

The high-sensitivity electron bombarded active pixel sensor (EBAPS) not only has the characteristics of high gain and high sensitivity of vacuum imaging devices, but also has the digital characteristics of solid-state imaging devices, which greatly improves the level of night vision imaging. A natural color low-level-light EBAPS imaging system was built based on three-color liquid crystal tunable filter (LCTF). According to the characteristics of low-level-light images, the color enhancement processing such as grayscale stretching, white balance, and color correction was performed on the color images obtained by the system. The experimental results show that the system can realize the natural low-illumination color imaging that reflects the color characteristics of the scene itself, which can effectively improve the observation effect of the characteristics of the target scene at night, and can realize the color imaging under 5×10−4 lx illumination. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

基于改进禁忌搜索算法的液体透镜系统优化设计

建立了一套最新的优化概念,以便于液体透镜在一般光学系统中的优化设计。由于液体透镜拥有多个离散的变焦位置,设计时不得不在其中选择多个位置作为阻尼最小二乘法(DLS)的初始优化点。而这些位置通常是由设计者凭经验来选择的,不同的选择不仅会对设计过程带来不同的影响,而且会给设计结果带来本质的不同。基于此提出了一套改进禁忌搜索(ITS)算法,从而实现在DLS算法优化的过程中液体透镜变焦位置的自动选取,从而得到更佳的成像效果。     

近红外光谱成像系统在液体安检中的应用

易燃易爆液体的实时、远程和动态探测对于保障公共安全具有重要意义,在公安、民航和海关等领域应用前景广阔。研制了基于液晶可调滤光片的近红外光谱成像系统,通过波长优选算法大幅降低了光谱通道数,有效提高了扫描成像速度和数据处理速度,可实现对低速运动的液体危险品的远程和实时检测。利用该系统开展了不同环境下对易燃易爆液体的检测实验,结果表明该系统对静态目标检测精度为100%,对速度小于0.2 m/s的运动目标检测精度高于95%。     

大工作面F-Theta镜头的光学设计

目前国内用于激光标刻机的F-Theta镜头的工作面积一般不超过φ420mm.国外虽有面积较大的F-Theta镜头,但结构复杂。通过初级像差分析,确定了镜头的初始结构参量,利用光学设计软件优化得到了工作面积为φ680mm的F-Theta镜头,它由四片两种普通玻璃球面透镜构成,光学筒长不到100mm,具有结构简单紧凑,聚焦性能接近衍射极限、线性畸变小的优点,满足大工作面打标的使用要求。     

中药吸收光谱测量系统的设计

本文设计的光谱测量系统是一种在可见光波段对样品进行非接触式快速连续光谱测试的装置。系统采用可调液晶滤光片和面阵接收器件实现光谱成像,并对样品的透射光信息进行采集存储处理后,得出样品的吸收光谱,为中药材质量及药性检测提供一种方法。待测样品只需简单的物理方法将其磨成粉末或切成薄片,可使中药在原生态下重复进行无损检测。实验结果表明:在可见光波段,该系统可以根据药材的吸收光谱曲线区分出西洋参、黄连、黄柏、延胡索、黄皮与小檗碱六种样品的种类。     

条状屏彩色显像管校正透镜设计

用优化法根据模拟的电子束轨迹设计了用于制造条状彩色荧光屏的校正透镜，通过计算机模拟曝光，证明了所设计的校正透镜使着屏偏差得到了充分的校正。     

放大率恒定的二元光学超光谱成像仪光学系统设计

二元光学元件具有多种应用。用作透镜，在原理上色差非常大，若不在设计上做出补偿，则会限制其在宽波段上的使用。从理论上简单阐述了利用具有独特色散特性的二元光学元件的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景。在此超光谱成像仪中，二元光学透镜焦距随波长的变化改变了系统的F数，因此改变了系统的放大率，既系统放大率是波长的函数，这将引起光谱图像的像元配准误差，得到并不精确的相对光谱信号强度，从而限制了光谱图像重建算法的精度，为了补偿这一缺点，通过光学二组元法设计的变焦系统成功地解决了这一问题，并给出了理论设计公式。