基于联合变换相关器的远红外变焦光学系统设计

为了提高联合变换相关器跟踪和识别目标的能力,且满足坦克瞄准镜的工作要求,针对1英寸红外CCD探测器,设计了8～12 μm波段折射式长波红外连续变焦系统.该系统采用机械补偿的方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为2,变倍比为4:1,在50～200 mm范围内可实现连续变焦,且变倍曲线和补偿曲线平滑,扩大了坦克瞄准镜的搜索范围.用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,在17 lp/mm空间频率处,全焦距范围内调制传递函数均在0.53以上,接近衍射极限,像面稳定性良好,满足光学系统的设计要求.     

线性双组联动型连续变焦光学系统设计

提出了线性双组联动型连续变焦光学系统的一种结构形式。该结构形式是对普通双组联动机械补偿式连续变焦光学系统的简化,其变焦组和补偿组全部采用线性运动,减去了控制变焦组曲线运动规律的变焦凸轮机构。在像面位移补偿过程中虽然会存在小量像面位移,但只要像面位移量控制在允许范围内不影响系统成像质量,给出了线性双组联动系统的具体设计原理和方法。     

红外变焦投影光学系统的设计

根据外场测试要求,设计一套精确变焦的大口径投影光学系统,为系统性能测试评估提供远场至近场的目标成像模拟,系统由精确变焦系统和大口径投影系统两部分组成。根据被测系统口径及所成像点大小要求,在保证光瞳衔接和口径匹配的前提下,对大口径投影光学系统和精确变焦系统进行了光学参数计算和像质优化。变焦系统工作波段为8 m ~12 m,变倍比为16x,大口径投影光学系统口径为300 mm,模拟实验结果表明,该系统在变焦过程中像面稳定,各焦距位置MTF曲线接近衍射极限,满足外场测试实验要求。     

大口径长焦距变焦光学系统设计

为了实现大口径长焦距的变焦光学系统在光电跟踪设备的需求,通过对变焦原理的分析与计算,进而确定出合适的初始结构。通过分析比较,确定采用机械补偿变焦型来实现整个变焦系统。整个系统需要设计实现100 mm~600 mm的连续变焦,同时保证其F数不发生变化,同时由于孔径较大,且焦距变化范围比较长,因此设计难度比较大。通过优化设计得到结果,该系统的设计结果表明整个系统的总长达到了563.956 mm,F数基本保持不变,这样在实际的应用中该系统可以实现远距离的成像。系统在中长焦距时,其MTF值在30 lp/mm处都大于0.4,在短焦时性能略有下降,对于实际应用满足要求。     

大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对新一代光电吊舱对轻小型长焦距高清红外变焦成像系统的迫切需求,采用分辨率为1280×1024、像元尺寸为15μm大面阵中波制冷红外探测器,设计了一款变倍比为48、焦距范围为25～1200 mm的中波红外连续变焦光学系统。为了实现小型化设计,采用二次成像、正组机械补偿、平滑换根、结合后组温阑切换变F数,以及光路巧妙折转的设计思路及方法,在保证100%冷阑效率的同时,实现了红外变焦系统的大变倍比与小型化设计。结果表明,该光学系统在-40℃～+60℃温度范围内具有良好的成像质量,且光学最大口径为230 mm,光学总长仅为350 mm,该系统具有结构紧凑、变倍比大、焦距长、分辨率高、成像质量良好等优点,可满足新一代红外成像系统的要求。     

光学补偿式红外高变倍比步进变焦光学系统的设计

根据光学补偿变焦距理论,基于红外中波制冷型320240焦平面探测器,设计了31光学补偿式红外步进变焦光学系统。该光学系统工作波长范围为3 m～5 m,光学系统的F#和探测器相匹配,恒定为4,冷屏效率100%,焦距范围430 mm~12.867 mm。采用3种光学材料和非球面对光学系统进行优化设计,对7个视场严格校正了像差,各个视场的MTF曲线均接近衍射极限,获得了良好的像质。     

四通道实时联合变换相关器

提出把光学波阵面分割复用器用于单通道实时光电混合联合变换相关系统实现四通道实时相关，使单通道系统扩展为具有多个独立通道的系统，使系统的容量和处理速度提高数倍，使系统的性能得以改善。给出了新系统的设计方案、工作原理和实验结果。     

红外仿真变焦光学系统设计

针对目前半实物仿真采用一弹一仿的问题,提出采用变焦距投影系统的五轴转台仿真方案,使得不同视场、不同焦距、不同型号的导引头可以采用同一套仿真系统进行仿真测试,提高了仿真系统的效费比。分析了红外半实物仿真用变焦光学系统的特点,设计了（8～12）μm波段衍射受限红外变焦光学系统,系统入瞳直径80mm,变倍比为3.0,弥散斑直径小于50μm。     

基于输入面形态学处理的联合变换相关器研究

为增强联合变换相关器输入面图像去噪和边缘检测的可调节性,改善相关器的识别效果,将形态学算法引入输入面图像去噪和边缘检测,提出利用形态学边缘检测的宽度可调节性来改善联合变换相关器的识别效果。计算机模拟表明,改进后的算法是有效的。     

基于联合变换相关器的Dempster-Shafer理论计算

提出了用联合变换相关器(JTC)来实现证据理论概率分配函数正交和的光学计算,在理论上对于如何用联合变像相关器实现证据理论分配函数正交和作了详细的讨论,并作了相应的仿真测试,结果显示该方法是可行的。与John Caulfield提出的用声光器件矢量外积实现的正交和计算相比,在该结构中由于采用二进制编码的数值计算,因此其计算精度得到了提高,同时对联合变换相关器输入端二进制编码的数值空间位置的适当调整可以直接得到所需要的证据理论正交和矢量,在处理步骤上得到了简化。     

Design of midwave infrared athermalization optical system with a large focal plane array

Based on the most advanced staring focal plane array which had a format of 640 × 480 and the pixel pitch of 15 μm, a set of all-sphere midwave infrared ahermalization optical system was designed. The working wavelength was in 3–5 μm, the full field of view was 8.58°, the relative aperture was 1/2, the efficient focal length (EFL) was 80 m. The opticalsystem consisted of four lenses with three kinds of material – Ge, ZnSe and Si. All surfaces were sphere, which was easier to process test, making the cost inexpensive, and it could avoid using diffractive surface and aspheric surface. The image quality of the system approaches the diffraction limit in the temperature range −60 °C-180 °C. The design results proved that, the high resolution midwave infrared optical system had compact structure, small volume, high resolution and excellent image quality, meeting the design requirements, so that it could be used for photoelectric detection and tracking system.     

Improved target detection and recognition in complicated background with joint transform correlator

We present an effective method to enhance target detection and recognition by Canny algorithm, which can obtain the continuous and distinct image edges, also suppress back-ground noise effectively, for this reason, correlation output processed by our proposed method provides higher discrimination than the classical JTC. Computer simulations demonstrate the improved method can obviously suppress noise and sidelobes, also enhance the performance of detection and recognition for JTC. An optoelectronic hybrid JTC is constructed to verify the efficiency. Experimental results present the sharp correlation peak and also confirm the method effectiveness.     

80倍中波红外连续变焦光学系统设计

基于复合式变焦系统结构,提出了一种三组元连续变焦设计数学模型.在该模型的指导下,针对中波制冷型15     

基于光学小波微分预处理的联合变换相关目标识别

提出了一种基于光学小波变换微分预处理的光电混合联合变换相关系统,该系统利用同一光路可实时实现对输入图象的小波变换微分预处理和联合变换相关识别.实验结果表明:该系统能得到很尖锐的互相关峰,可显著提高联合变换相关器的识别能力.     

光电混合光盘存储二值化联合变换相关器

本文提出了基于光盘存储的单空间光调制器光电混合联合变换相关系统,该系统采用视频光盘建立参考图象库,充分结合了联合变换相关器的内在优点和光盘系统的高信息存储能力,能实时地给出相关识别结果,是适合于机器人视觉的一种有效系统。文末给出了计算机模拟结果和初步的光学实验结果。     

Aberration athermal design for infrared search and trace optical system

To satisfy environment requirement of infrared search and trace optical system, an infrared diffractive/refractive hybrid optical system in 3.7–4.8 μm with 11.42° of field of view for passive athermalization is presented. The system is consisted of three lenses, including two aspheric surfaces and a diffraction surface, which has only two materials Ge and Si. The optical system has compact structure, small volume and light weight. The image quality of the system approaches the diffraction limit in the temperature range −80 °C to 160 °C. It is compatible with staring focal plane array which has a format of 320 × 240 and the pixel pitch of 30 μm. The system need not move the compensated lens repeatedly to obtain the best images from −80 °C to 160 °C and enhances the performance of target tracking and recognition.     

基于联合广义分数相关器的相关峰特性分析

分析了联合广义分数傅里叶变换相关器相关峰的特性,得到通过改变广义分数傅里叶变换的系统参量可以提高广义分数相关峰性能的结论.进行了数值模拟和光学实验,并根据两者的结果对四个相关峰的性能指标相关峰强度最大值、峰能比、识别能力、信噪比进行了比较分析,说明只要适当控制系统参量,联合广义分数傅里叶变换相关器比联合分数傅里叶变换相关器具有更好的相关性能,有助于提高光学相关器识别的准确率.