三线阵立体测绘相机光学系统的调焦分析

针对三线阵立体测绘相机CCD成像靶面偏离最佳像面位置,影响成像质量的问题,根据光学系统的设计参量,计算测绘相机的调焦准确度,分析像方远心光路对测绘相机调焦准确度及调焦对测绘准确度的影响.结果表明,光学系统的调焦范围为±2mm;当采用像方远心光路,在允许离焦的范围内进行调焦时,产生的投影畸变可忽略不计.调焦后光学系统的成像质量、畸变要求满足高测绘准确度要求.     

基于分色校正的大像差光学成像系统图像处理技术

为解决传统大视场高分辨相机光学系统复杂、成本高昂等问题,利用同心多尺度计算成像系统,通过图像处理方式校正简化的光学结构残留的球差和倍率色差.分析光学系统的像差特性,得到不同波长的成像数据,并根据系统参量和像差表现,用红、绿、蓝三通道分别校正方案对图像进行处理.首先采用非线性图像缩放法,统一不同色光的放大倍率,完成倍率色差的校正;然后针对光学系统的点扩散函数随空间位置变化的特性,对各通道模糊图像进行分块,用Lucy-Richardson算法对每一个图像块进行图像复原,完成单色像差校正;最后融合三通道获得校正图像.用均方误差、峰值信噪比和结构相似度等方法进行图像质量评价,结果表明本文方法能够有效校正计算成像系统中的残留像差,提升图像质量.     

偏振成像在光学曲率半径测量中的应用

为了保证整个光学系统的质量,对光学曲率半径的准确测量与检验至关重要.本文将机械球径仪法与光学投影法结合,采用光电图像法对矢高进行判读,经计算可以间接测得曲率半径,具体分析了被测元件边缘特征的准确性对矢高及曲率半径测量精度的影响.本文分别采用偏振成像与普通成像的方法进行了测量与对比,发现偏振图像具有更好的边缘细节特征,矢...     

高准确度光电成像测量系统图像畸变校正算法

在以CCD为核心器件的光电成像测量系统对物体进行线度测量中,成像光学系统的固有特性使得数字图像存在畸变,根据像差理论建立了三次多项式的畸变校正模型,分析比较了不同的灰度重建方法的优缺点,进行了双线性插值的灰度重建.对一种校正图像进行了噪音点滤除,进行了仿真实验.校正后的图像可用于高准确度的成像测量.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

伽利略望远镜与柱面镜组合式长焦综合测量系统

为了实现定距离、较大视场范围某低速点的快速方位角及高程测量要求,采用点型光源、伽利略望远镜与柱面镜组合式长焦光学系统及双正交线阵CCD,搭建了一种复合柱面镜长焦光学测量系统.该组合式长焦光学系统无一次成像面,系统光学长度短,系统前组为伽利略型望远镜型式,接近无焦.在一定测量范围内,选择合适的前组角放大倍率和前组口径等参量,使得在不同位置的点所成线像均与双线阵CCD正交.有针对性地优化光学系统设计、选择合适的系统评价函数并对系统装调及测量原理进行准确度分析.结果表明,该系统在测量距离为10m,视场范围1.5°×1.5°内时,方位角测量误差在±2.5″以内,且系统长度较短,公差较宽松.该系统解决了光源合作目标尺寸严格受限的问题,探测器尺寸较大且成本较低.     

基于点阵编码的三维主动视觉标定

提出一种基于位错点阵编码三维成像系统的标定方法.首先在物空间建立三维数据基准,然后通过基准传递的概念标定摄像子系统,再通过建立摄像子系统坐标系与投影子系统坐标系之间的约束关系,将标定后的摄像子系统的准确度传递到投影子系统坐标系.摄像子系统坐标系与投影子系统都具有标定的准确度之后,可以根据位错点阵编码三维成像技术的解码算法获得深度图像空间坐标的计算值,然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较,建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程.通过迭代求解这个优化方程,最终获得三维系统的结构参量.实验结果表明,经过三维标定的位错点阵编码三维成像系统,对300×300×80 mm3的测量体积内,可以获得X方向的标准差为0.29mm和Y方向的标准差为0.24mm,Z方向的标准差为0.29mm的测量准确度.     

交汇测量系统线阵相机标定方法

为了提高大靶面交汇测量系统的测量准确度,分析了交汇测量原理,推导出脱靶量坐标公式.根据脱靶量公式分析其各项参量,利用几何关系建立像元坐标与偏移角度之间的映射模型.根据映射模型,利用光栅尺设计了一种针对线阵相机的标定方法,该方法不考虑相机参量,将整个光学系统看作一个整体,基于整体参量直接对像元坐标和它所对应的偏移角进行标定.实验结果表明,标定后的交汇测量系统在1.4m处的平均测量误差为0.4mm,最大测量误差优于0.6mm.该方法简单高效,可提高系统标定的速度,且标定误差满足系统交汇测量准确度的要求.     

大视场双目头盔投影光学系统设计

设计了一种新型的头盔投影光学系统,解决了头盔系统中大视场和双目实现之间的设计矛盾,且有较小的重量和尺寸.系统的特性参量为：视场角60°,有效焦距30 mm,出瞳距离25 mm,出瞳直径12 mm.该系统由折/衍混合双高斯镜头、半透半反镜和回射屏组成.像差分析结果表明,系统的最大像散为0.27 mm,垂轴色差小于2.7 μm,畸变小于3.8%,最小分辨角为0.5 mrad,成像质量高.     

基于ZEMAX的手机摄像镜头设计

在光学工程软件ZEMAX的辅助下,配套采用像元大小为1.75μm的CMOS图像传感器,设计了一款500万像素的手机镜头,镜头视场角60°,F/#2.8,半像高2.87 mm,镜头总长为6 mm,镜头为3P1G结构,第1、3、4片镜片采用非球面塑料,第2片镜片采用球面透镜。各个视场的横向像差均小于20μm,均方根半径(RMS Radius)都在艾利斑之内,在1/2奈奎斯特频率处绝大部分视场MTF值都大于0.6,可以获得优质的成像效果。     

基于菲涅耳透镜阵列的红外气体传感器

菲涅耳透镜同时具有分光与会聚特性, 且体积小、重量轻和易复制, 使其在光谱检测中得到逐步应用, 但典型光谱成像仪采用菲涅耳透镜沿光轴扫描的方法来获得连续谱线, 不利于光谱仪的稳定性。考虑到气体探测需求, 选用多通道方式来获得多光谱, 提出了一种基于菲涅耳透镜阵列的新型红外气体传感器, 可实现吸收波长在3～5 μm的CO2,CO,CH4,SO2气体的实时检测。利用球面波的传输理论和瑞利判据, 推导了菲涅耳透镜光谱分辨率与透镜结构参数之间的函数关系, 并以光谱分辨率小于50nm为性能指标, 对1μm工艺的8台阶菲涅耳透镜阵列的结构参数进行了计算和误差分析。结果表明, 透镜阵列所需焦距为47.84 mm, 平均数值孔径大于0.4。     

宽波段高分辨率Dyson成像光谱仪设计研究

主要对一种远心成像光谱仪系统,即Dyson成像光谱仪进行了设计研究。这种成像光谱仪结构简单紧凑,仅由一个半球透镜和一个凹面光栅组成。在Rowland圆与折射理论的基础上,分析了Dyson成像光谱仪在宽波段下可消除像散的重要条件,即光栅半径与半球透镜半径之比,并获得了具备极高光学性能的光学系统参数计算条件。为了使这种成像光谱仪更适宜于工程化应用,又在其基础之上设计和分析了探测器表面脱离半球透镜的方法。设计实例获得了数值孔径0.33,工作波段0.38~1.7 μm,狭缝长度15 mm,像面表面成像斑均方根值半径小于2.5 μm的Dyson成像光谱仪结构和改进后的像斑均方根值半径小于8 μm的改进型Dyson成像光谱仪结构。该设计方法和设计结果合理可行,优化结构性能优越,并可用于工业及遥感等多个领域。     

基于自由曲面设计的全景鱼眼光学系统

全景鱼眼光学系统的成像圆通常为完整的圆形,小于感光芯片的垂直方向尺寸,相比长方形芯片,圆形成像圆面积较小,芯片有效像素利用率低。结合全景鱼眼光学系统成像圆小于芯片的特点,介绍一种基于自由曲面设计的全景鱼眼光学系统,可实现椭圆形成像区域,大大提高芯片有效像素的利用率。采用光学设计软件,构建自由曲面模型,运用玻璃镜片加塑料镜片混合构成的方法,通过消像差和控制不同温度场下焦点漂移设计非对称全景鱼眼光学系统的成像区域为椭圆,实现了镜头成像像高X方向接近芯片的水平尺寸,Y方向接近芯片的垂直尺寸。在不考虑制造公差的理想情况下,对于4:3芯片,根据圆和椭圆面积公式可得圆形成像区域的芯片像素有效利用率约为58.9%,椭圆形成像区域的芯片像素有效利用率约为78.5%。仿真和计算结果表明,采用椭圆形成像光学设计比圆形成像光学设计的芯片有效像素利用率提升15%左右。     

20单元双压电片变形镜的性能测试与闭环校正实验研究

测试了20单元双压电片变形镜的影响函数、变形量-电压特性曲线、面形热稳定性和频率响应特性,并搭建基于20单元双压电片变形镜和13×13阵列哈特曼传感器的自适应光学系统,测试了该变形镜对自身初始面形和静态像差板的闭环校正效果.实验结果表明,各分立电极变形量对加载电压的平均灵敏度为0.57 μm/100 V,离焦电极的灵敏度为1.09 μm/100 V;各电极变形量-电压响应曲线均存在迟滞现象,滞后量在最大变形量的10%以内;在温度引起的双压电片变形镜面形变化中离焦项贡献最大,其变化对温度也最为敏感,在13℃ 关键词： 自适应光学 双压电片变形镜 特性分析 闭环校正     

大视场红外同心光学系统的设计

研究了同心光学系统的成像特性以及设计方法,分析了厚透镜的成像理论。设计了工作在3．7～4．8μm、视场15°的红外同心光学系统,该系统具有接近衍射极限的成像质量。对红外同心光学系统各个视场的传递函数进行了测试,结果表明该系统具有较好的成像质量,且成像特性和同心光学系统的成像原理是一致的。     

一种用于大气探测的紫外成像仪光学系统设计

提出了一种将全景成像系统应用到大气临边探测的光学系统设计方案。首先考虑到特殊的工作波段以及创新性应用,根据应用技术指标,在传统全景环形透镜的基础上,结合探测器尺寸限制,精细调整四个球面的曲率半径,以便得到最佳光学传递函数。然后基于像差理论设计中继镜组系统,补偿全景环形透镜产生的像差,采用折射率n以及阿贝常数ν不同的双分离的正负透镜组合,负透镜采用熔石英,正透镜采用氟化钙,从而使色差最小。最后运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化,列出重要的公差参数,为后续加工装调提出要求。优化结果表明,光学系统在各个视场的光学传递函数均达到了0.7以上,各视场能量集中度为80%的弥散圆直径均小于11 μm,完全满足设计指标要求,也证明了将全景环形成像系统应用到紫外波段大气临边探测的方案是可行的。     

基于量子级联激光器照明的高对比度红外内窥成像

对单丝直径为20μm,12×9阵列方形面阵的Ge-As-Te-Se组分光纤束进行了测试,并开展红外成像研究.利用5～11μm连续可调谐红外量子级联激光器作为光源,对光纤束损耗进行检测,传输损耗平均为1 dB/cm.设计并加工了基于像方远心成像的紧凑型物镜,总长13.6 mm,直径6 mm,最终实现了2 mm×2 mm视...     

Large-aperture X-ray refractive lens

An X-ray refractive lens with an enlarged aperture (multilens) is developed and a procedure for obtaining images using this lens and methods of their processing are proposed. The multilens is compared with conventional X-ray refractive lenses, and the method of processing is compared to known techniques. It is shown that the proposed multilens can receive X-ray images with an aperture ratio of two to three orders of magnitude greater than a conventional X-ray refractive lens. Possible applications of the multilens are considered. Most attractive is use of the proposed multilens for imaging biological objects with a very low concentration of contrast agent. Quantitative estimates show that images of such objects can be obtained using modern synchrotron-radiation sources with a resolution of approximately 1 μm in hundreds of seconds.     

Compact zoom lens unit for camera phones

We present a novel approach to the miniaturization of an imaging system with high resolution and high optical magnification for camera phones. An optical zoom system with a mechanical shutter has been designed and developed, the mechanical shutter being necessary to assure high image quality. The shutter is integrated with the zooming lens group, which allows the zoom lens unit to be downsized. Performance of the zoom lens unit accommodates an image sensor of over five-mega-pixels and fulfills all the requirements of a camera phone.