微分相衬成像阵列光源

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析,提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式.根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析,吸收光栅厚度一般应大于100 μm,而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析,给出阵列优化结构,并制作该光源,相关测试验证其可行性.     

微分相衬成像阵列光源

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析,提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式.根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析,吸收光栅厚度一般应大于100 μm,而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析,给出阵列优化结构,并制作该光源,...     

全天时星敏感器视场选通成像系统的微开关阵列设计

针对全天时星敏感器视场选通成像系统的应用需求,设计了一种基于静电驱动的单元尺寸为4 mm、开口面积占空比为90%、响应时间为25 ms、单元数为7×7的微开关阵列。考虑到微开关阵列体硅加工工艺中材料的特性,首先确定电极宽度、支撑梁宽度和支撑梁厚度等参数,再根据微开关单元结构的数学模型对支撑梁数目及长度进行理论分析,优化设计了微开关阵列主要结构参数。利用电磁场仿真软件和有限元仿真软件对微开关单元的驱动特性进行仿真分析,结果表明,仿真计算的微开关单元驱动电压为106.4 V时可以开启微开关单元,与理论计算结果 114 V基本吻合,验证了微开关阵列设计参数的可行性。此外,利用杂光分析软件对微开关阵列引入系统内的杂散光进行仿真分析,结果表明,微开关阵列的表面反射率对系统杂散光的影响较小,即使80%的表面反射率也不会明显增加视场选通成像系统的杂散光。该研究为视场选通成像系统的微开关阵列提供了一种有效的设计方案,推动了视场选通成像系统的实际应用。     

针孔阵列扫描成像系统研究

采用多针孔线阵配 X光条纹相机 ,由多个针孔的一维条纹图像的数据 ,利用图像处理技术重建出二维图像。由此获得一项高时间分辨的二维空间成像技术 (MIXS) ,此技术利用现有的设备获得比 X光分幅相机高得多的时间分辨的二维图像。     

焦面探测器阵列的信号处理器

一、引言本文论述一种信号处理装置,专用于二维碲镉汞-硅混合型(CMT-Si)光电探测器的阵列。此信号处理装置不使用数字信号处理(DSP)或快速高分辨率的模-数转换器(ADC),而只进行模拟区域内所需的非均匀性消除工作,就能克服与探测器有关的严重的固定图形噪声问题。采用这一方案的原因是出于自动武器制导和寻的系统,特别是反装甲任务所用的小型高速红外成象系统的需要。采用这一方案的样机已研制成功并已     

针孔阵列扫描成像系统的研究

采用多针孔线阵配Ｘ光条纹相机,收多个针孔的一维条纹图像的数据,利用图像处理技术重建出二维图像,由此获得一项高时间分辨的二维空间成像技术（ＭＩＸＳ）,此技术利用现有的设备获得比Ｘ光分幅相机高得多的时间分辨的二维图像。     

微角锥阵列衍射成像数值分析

对微角锥阵列定向反射器的特性进行了理论研究和实验模拟。详细分析了光线经过角锥反射后经历的光程。研究了三角形微角锥阵列和六边形微角锥阵列这两种结构的衍射特性,讨论了角锥深度对角锥阵列回射成像质量的影响,给出了不同参数下的模拟结果。所得结果为微角锥阵列的设计以及在三维显示中的应用提供了理论基础。     

曲面相机阵列多分辨成像方法

针对现有成像系统因数据冗余而无法兼顾大视场、高分辨、高效性的问题,结合人眼视网膜变分辨成像和并列式复眼成像原理,设计一种多分辨率成像的复合仿生成像系统.该成像系统按照球面和平面兼顾的曲面布局方式,利用11个相机镜头构建相机阵列,组成了四个等级分辨率的子眼拍摄模块.通过物距100 m的远景实验和物距10 m的近景实验发现,该系统在实现高分辨成像的同时,获得总视场达150.8°×37.8°.多分辨率成像实验结果表明,该系统获取的图像的分辨率从中心视场到边缘视场逐渐降低,并且相较于中心清晰全视场成像,四级分辨率成像的拼接图像数据量减少了17.2倍的数据冗余.     

基于相机阵列的红外光场成像

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。     

实时激光三维成像焦平面阵列研究进展

研究了应用于实时激光三维成像的焦平面阵列技术,介绍了目前国际上几种常用的焦平面阵列实现原理与技术特点,并对其优点与不足进行了分析,同时对表征焦平面阵列的主要性能指标以及其对最终成像系统的影响进行了定性分析。根据对现有技术的对比分析,提出基于雪崩光电二极管（APD）阵列和读出电路（ROIC）集成的探测器方案在灵敏度和作用距离等方面具有一定优势,是实现实时三维成像焦平面阵列较为理想的技术。作者认为在未来十几年内,激光三维成像焦平面阵列规模有望超过1 024 pixel×1 024 pixel,像元尺寸可降低到15μm。     

环形阵列超声断层扫描高分辨率成像方法

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超声断层扫描成像系统,并设计了适合检验成像算法的数值和物理模型,分别使用基于射线理论的回波延时叠加和初至波渡越时间断层扫描、以及基于波动理论的全波形反演方法对目标体进行图像重建,并对比其原理、分辨率、计算量等方面的特点,系统性分析了波动方法相对传统射线方法的优点和不足。结果表明,全波形反演这类充分考虑接收信号多种物理特征的方法可用于较高分辨率的声参数成像,适合与传统方法结合设计有效的超声断层扫描成像系统。     

方形自聚焦透镜元阵列及其成像

采用两步法研制方形自聚焦透镜元阵列(简称SSLA),即先制成方形自聚焦透镜,并对其光学特性进行测试,然后再按一定规则排成阵列,从而成功研制出SSLA,并针对它的成像情况进行了研究.SSLA的成像方式有两种：多重像和综合像.由于SSLA的综合成像应用范围比较广,尤其在光复印机和传真机中得到了很好的应用,进而重点研究其综合像.通过研究表明：SSLA不但成像质量理想,在一定程度上也能解决提高填充系数(定义为有效受光面积与总面积之比)这一难题.     

MOS-XY扫描器与CCD成像器的比较

光谱探测器广泛用于金属-氧化物-半导体 X-Y(MOS-XY)扫描器和基于电荷耦合器件(CCD)的成像器。70年代研制的 MOS-XY 探测器可从多光电二极管元件中产生一系列输出。MOS-XY 技术的制作成本低且产量很高。MOS-XY 器件的主要缺点是探测器的噪声,其噪声在1000个噪声-等效光子范围(信噪比达到1时的光子信号电平)内。高噪声电平是由连接到所有光电二极管的大电容总线产生的。     

光纤干涉成像阵列全息相位校正研究

针对光纤传输和干涉成像阵列中的相位误差, 提出了一种基于特殊光子晶体的全息相位校正方法。首先分析了光纤干涉阵列成像的基本原理和相位信息的传输过程, 以一维线性阵列建立成像系统相位误差模型, 通过对参考光束和探测器前的快门交替打开和闭合, 来分别实现在晶体上写入由光纤阵列的出射光束与参考光束干涉形成的含有相位误差的光栅函数, 和光纤中出射光束被该光栅衍射和相位偏移以消除相位误差, 从理论上分析了上述基于光子晶体的全息法相位校正原理。最后采用所建立的含有相位误差的干涉阵列进行成像仿真, 对未加校正、采用本文方法和采用冗余基线校正的结果进行了对比分析。     

非成像阵列探测器外差系统性能分析

受视场角限制,由单点探测器构成的外差系统不能充分接收信号光功率。若用阵列探测器代替单点探测器进行探测,可以增大接收视场,从而增强接收的信号光功率。在考虑到热噪声、光电流饱和效应的前提下,对这种阵列探测系统的信噪比进行了分析。结果显示,相对于单点探测系统,阵列系统能较大幅度地提高信噪比。分析结果指出,由于叠加的热噪声存在,当阵列中单元数增加到一定数量后,信噪比不能得到进一步提高。还对非等相位叠加因素对系统性能的影响进行了分析。由于系统输出信号是各探测单元输出信号的叠加,实际应用中不可能实现完全的等相位叠加,通过数值计算,分析了该因素的影响,并指出它可以在硬件设计过程中得到有效控制。     

同心圆环阵列模态波束形成器设计

针对贝塞尔函数零点造成的模态波束形成器性能损失的问题,提出了基于均匀同心圆环阵列的模态波束形成器设计方法。从阵元域出发,建立了阵元域和圆谐波域之间的转换关系,推导了圆谐波域阵列信号处理表达式,其中重点推导了延时求和、最小方差无失真响应和多约束波束形成器的设计方法。理论证明了在平面各向同性噪声场中的基于同心环阵的圆谐波域最小方差无失真响应波束形成器等价于相位模式波束形成器。在该结论的基础上,综合考虑相位模式波束形成器在一定频率范围内的稳健性和指向性,提出了一种同心圆环阵列的内环半径优化方法。使用16元双环阵列对本文提出的波束形成算法进行仿真和实验,结果表明:同心圆环阵列能够较好地解决贝塞尔函数零点问题;其中多约束波束形成器能够在多个关联的性能指标之间取得合理的折衷,实现优于相位模式和延时求和波束形成器的声源定位性能。对内环半径优化方法进行仿真和分析结果表明,该方法得到了相较于传统方法更优的阵列结构。     

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。     

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.     

基于双模成像的液晶微透镜阵列

利用向列相液晶材料的各向异性和双折射特点,采用紫外光刻和湿法刻蚀技术,设计并制作了透明的圆孔图案梯度折射率液晶微透镜阵列。搭建了光学测试系统,测试了该阵列的聚焦性能和焦距,并给出了焦距与加载电压之间的关系。将该阵列与主镜头和图像传感器进行耦合,构成一个双模成像相机原型,通过开启或关闭加载电压实现光场成像模式和普通成像模式的快速切换。在两种工作模式下对目标物采集双模原始图像,结果表明该相机既可在光场工作模式下采集三维光场图像,也可在普通工作模式下采集普通图像。     

新型垂直腔面发射半导体激光器阵列

设计出四次质子注入工艺制备垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的方法,实现了对阵列中单元器件间的隔离以及对单元器件注入电流限制的分别作用。一方面通过对VCSEL外延片上分布布拉格反射镜(DBR)两次较浅的质子注入形成高电阻区域实现对阵列中单元器件间的隔离,另一方面通过再次的两次较深度的可以达到有源区上表面的质子注入形成高电阻区域实现对单元器件注入电流的限制。由瞬态热传导方程对阵列中单元器件间的热相互作用进行了理论分析。采用四次质子注入工艺实现了2×2、3×3简单的二维GaAs/AlGaAs量子阱VCSEL阵列,并对器件的激射近场、光谱特性及功率等进行了测量。