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。     

空变菲涅耳联合变换相关器

提出了菲涅耳联合变换相关器(Fresnel Joint Transform Correlator,FnJTC)结构,给出了数学推导过程,并通过计算机模拟验证了可行性及其与传统相关器所不同的相关特性。在相关过程第一阶段中,菲涅耳联合变换相关器对输入的联合图像作菲涅耳变换,代替了传统联合变换相关器(JTC)的傅里叶变换。与传统相关器相比,菲涅耳联合变换相关器是空变系统,相关峰值依赖于输入参考图像与目标图像的相似性、两图像之间的相对位置及参考图像(或目标图像)的线性相位调制。     

实时高效联合变换相关器

提出一种利用光学波分复用器实现实时高效联合变换相关的方案。通过计算机控制把输入面分为多个大小相等的窗口，分别写入参考与目标图像，利用光学波分复用器于相关系统中，使对应不同窗口的读出光学信息在第一个焦面上形成联合功率谱阵列，在输出面上可以实时地获得增强了相关信号。     

实时光电混合联合变换相关器单元的实验研究

本文根据联合变换相关的原理，提出了一种实时光电混合联合变换相关器，它采用一个液晶光阀作为输入器件，用另一个液晶光阀记录和显示联合功率谱，所给出的实验结果证实了该系统设计及性能分析的正确性。     

联合击中击不中变换相关器

将联合击中击 中变换相关器用于二值图像的目标识别。与常用的联合变换相关器相比，联合击中击不中变换相关器对联合变换相关器输入图像和参考图像进行互补编码。编码的目的在于通过联合变换相关器来一步实现形态学中的击中击不中变换。     

大口径离轴中波红外连续变焦系统设计

基于制冷型320×240凝视焦平面阵列探测器,采用离轴折反射式结构设计了一种大口径长焦距红外连续变焦光学系统.系统分离轴无光焦度和透射式连续变焦两部分,通过光瞳匹配和冷屏匹配将两部分组合起来进行优化,解决了透射式连续变焦系统因材料限制不能实现大口径、共轴连续变焦系统短焦遮拦比大和离轴三反变焦系统像面移动的缺陷.系统工作波段为3.7~4.8μm,焦距范围250~2 000mm,变倍比为8×,F数为4,满足100%冷光阑效率.在空间频率16lp/mm处系统的MTF值大于0.5,具有像质好,分辨率高等特点,满足设计要求.     

利用液晶光阀实现二值化联合变换相关器的研究

二值化联合变换相关器，通过对联合变换的功率谱进行二值化操作可以提高联合变换相关器的图像识别。本文正是基于此观点，首次提出利用液晶光阀本身的饱和区实现反转二值化联合变换功率谱。     

位相调制的实时联合变换相关器

提出一种位相调制的实时联合变换相关器。它采用液晶显示屏作为输入器件，用液晶光阀记录和显示联合功率谱。利用液晶显示屏上的光栅状结构的衍射级，提高光能的利用率，并充分利用液晶光阀的有效使用面积。采用成像透镜放大各衍射级的联合频谱，适应液晶光阀较低的分辨率要求。在相关器的光路中插入两块倾斜的平行平面玻璃板，以改变各衍射级的参考图像和目标图像之间的位相差。这种方法可产生比传统的实时联合变换相关器更好的输出相关性能。实验结果证实了该系统设计及性能分析的正确性     

基于微分滤波的联合变换相关

分析了微分滤波对联合变换功率谱的影响，得到了一种称之为功率谱形式的微分滤波器，该滤波器的滤波函数为一实数并且有一定的特点，因此很容易制得，计算机模拟表明，功率谱微分滤波联合变换相关器在相关峰值，旁瓣比，半宽度等方面比一般联合变换相关器有显著的改善，可以大大提高相关图像识别的可靠性，文中给出了实验结果，与模拟计算结果吻合，引入一个新参数可以更好地描述相关图像识别中的相关性。