眼底照相机光学系统中杂光和鬼像的控制

论述了眼底照相机的原理和控制杂光及鬼像的方法。通过精心设计照明系统的接目物镜 ,使其各个光学表面产生的鬼像位于较理想的位置 ,并通过在照明光路中加入较少的黑点板予以消除。同时通过使照明系统的环行光阑与照相系统的孔径光阑处于相互共轭的位置上 ,达到消除照明系统产生杂光和鬼像的目的。     

基于CODE V和LightTools的成像系统初级鬼像分析

对鬼像的基本概念和形成原因进行了介绍与分析,提出了利用光学设计软件CODE V定性分析与光机适配性软件LightTools定量分析相结合的鬼像仿真分析方法。使用lightTools软件仿真与系统探测器归一化真实响应照度值相比较找出鬼像路径,给出改进措施。对验证实验中给定的电视成像光学镜头的鬼像路径进行计算和仿真,计算结果表明,镜头轴上鬼像路径的归一化响应照度为3.5×10-5,小于探测器的归一化响应范围9.85×10-5~1,探测器无响应,即不产生鬼像,证明该仿真分析方法正确可行。     

多角度偏振成像仪鬼像校正方法

根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.     

基于鬼像和像差分析的高功率激光装置透镜设计

为了设计能够满足高功率固体激光装置需求的空间滤波器透镜,采用矩阵光学方法,分析光束经过单透镜传输时剩余反射形成各阶鬼像的过程,得到鬼像位置与透镜曲率半径的关系式.该关系式表明,透镜的曲率半径设计可以控制鬼像所在的区域.根据高功率激光装置光路排布的特点简化鬼像分析,利用自行开发的鬼像追迹软件分析了主放大级鬼像分布特点.通过改变透镜的曲率半径和倾斜透镜这两种方式,基于鬼像规避和像差最小化两种原则,最终确定主放大级透镜曲率半径的最优选择为1:3弯月型,凸面朗向光学元件集中的方向.该方法可普遍应用于指导高通量复杂光学系统的透镜设计.     

三波段光学成像系统设计及鬼像分析

为了对目标的多波段辐射特性进行测量,设计了一套300~1 000nm三波段光学成像系统.该系统共用同一入射窗口,采用两个直角棱镜进行分光,每个波段使用独立的光学成像镜头,能同时得到目标的紫外、可见光和近红外图像.利用LightTools软件对此系统的鬼像进行模拟分析,发现棱镜表面和窗口玻璃之间的光束多次反射之后,经过光学成像镜头聚焦到探测器靶面上,形成了目标的多重鬼像,大大降低了图像的对比度.实验结果表明:采用本文所述方案,三波段成像系统能达到较好的像质;将窗口玻璃和第一个棱镜的角度控制在7″之内可以消除鬼像,对使用棱镜作为分光元件的多波段光学成像系统的设计和研制具有一定的参考意义.     

克尔效应导致的鬼像位置移动

在近轴条件下,利用矩阵光学的方法研究了高功率高斯光束通过不同光学元件时,克尔效应导致的介质折射率的变化对鬼像位置的影响.计算了单个双凸透镜,单个双凹透镜以及4F系统中反射光线形成的低阶鬼像的位置移动,并将鬼像位置移动的规律表示为入射光束束腰和峰值光强的函数.     

适于逆光条件的消鬼像镜头光学设计与实验验证

鬼像是逆光照明下影响光学镜头成像清晰度、对比度的主要原因,为减少其影响,研究典型匹兹万镜头的消鬼像问题。运用近轴矩阵光学理论,详细分析讨论匹兹万镜头的鬼像特性,给出抑制方法。根据使用要求,优化设计和研制了消鬼像光学镜头,像质评价结果表明鬼像能量低且分布均匀,具有接近衍射极限的成像性能。逆光照明下的成像结果表明,研制的镜头具有优异的鬼像抑制性能,验证了设计和分析的正确性。给出的鬼像抑制方法可用于其他光学系统。     

应用于数字高速成像的离轴光学系统设计

为提高数字高速多幅相机的像面照度,简化光学系统结构,提出一种离轴光学系统设计方法。该系统使用多组相同物镜,采用圆心一组,圆周均匀分布多组的方式平行阵列排布。分布于圆周上的物镜,其像面接收器相对物镜轴心平移离轴,以获得与圆心物镜相同的物面图像。分析了单物镜像面照度、畸变等与视场有关参数对光学系统各像面匹配的影响。在此基础上给出一个5通道离轴光学系统设计实例,系统空间分辨率优于30 lp/mm,畸变小于0.1%,F数2.0。相比目前广泛采用的棱锥、棱镜分幅方式,该离轴光学系统像面照度增加5倍以上,系统结构简易。     

基于阈值分割的并行压缩鬼成像方法

为了提高鬼成像的速度,提出了基于阈值分割的并行压缩差分鬼成像方法。首先通过设置合理的阈值筛选出涨落较为明显的数据进行采样;然后再通过并行分块降低图像维度,提高整体运算速度;最后通过压缩感知重构算法重构图像。通过对图"BUAA"的半物理仿真以及透射物体"光"的实验结果表明,与普通的二阶赝热光关联成像相比,该方法能以更少的采样次数和运行时间重构图像,可提升成像信噪比。     

基于二值化计算鬼成像的盲水印方法

提出了一种基于二值化计算鬼成像的盲水印方法.首先将水印图像经计算关联成像加密系统加密,并将加密数据二值化,然后将其隐藏到宿主图像的离散余弦变换域,实现水印信息的嵌入.水印信息的提取和重建是隐藏和加密的逆过程,分别借助提取密钥和解密密钥获取水印信息.仿真实验证明,该方法具有很好的隐蔽性,在嵌入因子α=10时,嵌入水印仍具有较好的不可感知性,含水印图像的峰值信噪比在38 dB以上;另外,该方法也具有一定的容错能力,提取的加密数据错误率达20%时,重建的水印信息仍能分辨和识别;与传统的计算鬼成像相比,加密数据的二值化为水印嵌入提供了方便,但是并未对重建图像带来严重恶化,其相关系数相差不足0.1;水印信息的提取无需借助原始宿主图像,是一种盲提取方法.     

红外光学系统成像质量检验的技术研究

研究了可见光系统星点检验方法在红外光学系统中的应用。以４８６ＤＸ２／６６计算机为控制主宿机，完成对红外光学系统星点图像的数据采集、存储及处理，并在监视器上以不同的颜色或灰度显示像点形状，实现了对各种红外光学系统像点能量分布的测试，建立了一种红外光学系统成像质量的检验装置。     

基于焦面复制方法的自适应光学系统静态像差校正技术

限制自适应光学（Adaptive Optics, AO）系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差（Non-Common Path Aberration,NCPA）,同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差。为此,本文提出了一种基于焦面点扩散函数（Point Spread Function,PSF）复制的技术,用于校正AO系统中的静态像差。此技术利用点光源产生的PSF图像作为参考图像,通过迭代优化算法控制可变形镜改变其面型,将参考PSF图像复制到AO系统科学成像路径。实验结果表明,校正后的斯特列尔比（Strehl Ratio,SR）从初始的0.312提高到0.995。此技术可以稳定、快速地获得全局校正结果,特别是在系统具有较大的初始静态像差时。     

车载光电系统电视摄像机光学系统设计及杂散光分析

设计了一款双视场电视摄像机,小视场用于对目标的跟踪,大视场用于捕获和观察目标,两视场光学系统的传递函数MTF在50 lp/mm频率处均大于0.6,点列斑直径均小于像元尺寸5.5 μm,畸变均小于0.1%。两视场共用一个面阵CCD成像器件,通过分光棱镜分光。由于在该光学系统中分光棱镜表面反射会产生杂散光,形成鬼像。因此,利用LightTools软件对系统进行了杂散光的仿真分析。分析结果表明:大视场的半视场角在5.7°～7.6°之间和小视场的半视场角在2.6°～3.5°之间的入射光线被分光棱镜下表面反射后,以及小视场的半视场角在-2.7°～-3.5°之间的入射光线被分光棱镜后表面反射后, 变成杂散光,聚焦到像面, 形成鬼像,采用在分光棱镜后方设置消杂光光栏的方法来抑制杂散光。验证结果表明,仿真分析准确,提出的消杂光措施有效。     

反射式鬼成像在海洋湍流中的成像分析

基于惠更斯-菲涅尔原理和鬼成像理论,研究了反射式无透镜鬼成像在Kolmogorov海洋湍流中目标成像问题,得到了成像脉冲响应函数和可见度理论表达式。结果表明随着目标随机反射角的增大,关联重构的图像质量将会失真退化.为进一步分析海洋湍流对目标图像质量的影响,数值模拟了不同探测距离、不同海洋湍流情况下鬼成像的可见度,得到了海洋湍流作用下的鬼成像目标探测规律.该研究对远距离自适应水下鬼成像大规模应用具有重要的理论指导意义.     

神光Ⅱ高功率激光系统中鬼像的计算与分析

对神光Ⅱ高功率像传递激光传输系统中可能产生的鬼像进行了计算与分析，对系统中可能被鬼像损伤位置上的光学件作了重整安排。     

基于光场一阶关联的时域成像

与通常利用二阶强度关联测量实现时域鬼成像不同,本文利用时域热光源借助干涉仪通过一阶关联实现时域成像.基于空域光束的近轴衍射和时域窄带脉冲在色散介质中色散之间的空间-时间二象性,在时域脉冲响应函数的基础上得到了表征一阶关联时域成像的强度表达式,分析研究了光源脉冲宽度和相干时间对成像可见度和分辨率的影响.结果一方面表明基于热光场一阶关联的时域成像在不需要额外色散补偿或消除条件下可以实现时域物体信号的再现,另一方面表明当光源脉冲宽度一定时,成像可见度随光源脉冲相干时间的增加而增加,但是成像分辨率逐渐降低,其中当光源脉冲宽度约为100 ps,相干时间约为0.5 ps时,间隔为20 ps,宽度为8 ps的时域矩形波型物体的成像质量(兼顾可见度和分辨率)较好.该结果对于基于热光一阶关联的时域成像在时序信号测量中的应用具有重要意义.     

基于能量分布的红外像点定位分析方法

在红外探测器的应用中,常用统计分析、算例验证等方法研究目标成像精确定位问题。鉴于上述方法难以充分阐释物理意义与揭示普遍规律,提出基于能量分布及成像特征的分析方法,针对红外探测目标成像精确定位问题,利用能量分布和数字图像中成像规律,研究像点定位及精度分析。研究了红外目标成像和数字图像特点,建立了定位模型和方法流程;分析了定位误差影响因素,实现了定位结果精度评定;最后结合典型应用实例,进行了计算验证。该方法与已有方法相比,分析过程更直观,获取了红外像点定位分析的理论依据,并给出了定位结果的精度水平:通常红外成像应用中,精度优于1/6像元;在成像较大时,精度可达1/10像元以上。该研究结论对红外探测应用中目标准确定位具有重要意义。     

NA1.35投影光刻光学系统偏振像差的优化

为了实现NA1.35投影光刻光学系统高质量成像，在设计过程中除了控制波像差，还需进一步优化光学系统的偏振像差。利用Jones光瞳和物理光瞳表达了NA1.35投影光刻光学系统的偏振像差，并用二向衰减量与延迟量分析了光学系统偏振像差的大小；根据光线入射到不同光学面上最大入射角度的不同，为每个光学面设计相应的膜系以优化光学系统的偏振像差。相比于采用常规膜系，膜系优化后NA1.35投影光刻光学系统的二向衰减量和延迟量分别减小到了0.021 8、0.057 2 rad，即减小了光学系统的偏振像差。利用Prolith光刻仿真软件，分别对采用常规膜系和优化膜系的NA1.35投影光刻光学系统进行曝光性能仿真，结果显示:膜系优化后光学系统的成像对比度提高了4.4%，证明了NA1.35投影光刻光学系统偏振像差优化方法的有效性。