基于CCD图像传感器的压缩成像方法北大核心CSCD

压缩感知理论将信号采样和压缩同时进行,且采样频率远低于奈奎斯特频率,为低分辨率采样高分辨率成像提供了可能。为此,提出一种基于CCD图像传感器的压缩成像方法,利用CCD图像传感器模拟像素值串行输出不可重复使用的特点,对图像进行单次测量,构造半循环半随机测量矩阵对CCD图像传感器输出的模拟值进行压缩测量,基于增广拉格朗日法和交替方向法的最小全变分算法(TVAL3)算法解压缩重构图像。该成像方法测量矩阵的稀疏性较强,能较好地恢复原始图像,同时模拟/数字负担及量化编码的复杂度大大降低,成像系统结构简单,实用性强。仿真结果表明,所提成像算法重构的图像主客观质量较好。     

一种小型光电稳定平台结构设计与分析北大核心CSCD

随着小型无人机在不同领域的发展,与之配合的稳定平台需求日益增加,尤其对于小型化、高精度的要求也越来越高。本文针对小型无人机设计了一种小型光电稳定平台,采用两轴两框架的结构并对稳定平台整体应用了模块化设计,根据不同需求可更换负载,具有体积小、质量轻的特点;利用Creo三维软件建模并通过Ansys仿真软件对关重结构刚度进行仿真分析,结构设计均满足总体要求。     

面向近红外成像超透镜的设计与仿真北大核心CSCD

由亚波长单元结构组成的超表面是近年来平面光学透镜的重点研究对象,而由超表面组成的平面超透镜与传统透镜相比,在相位调控、偏振操控、全息成像、负折射率隐身等领域有显著优势。鉴于平面超透镜的微型化、轻量化和易集成化等方面的优势,而传输型相位调控原理更加适于近红外波段的应用,且对入射光偏振态无特殊要求,本文采用时域有限差分方法(FDTD)设计并优化了一种硅基的近红外波段的超透镜。所设计的超透镜焦距为15μm,直径为20μm,所达到的数值孔径(NA)为0.56,聚焦效率为68.3%,适用于所有入射偏振且在目标波长为700 nm范围内聚焦性能优良。本文研究结果为实现近红外超透镜轻薄化和平整化提供了新思路,有望优化红外探测器镜头的设计,提高红外探测的效率。     

基于海空模型的红外热成像系统成像影响分析北大核心CSCD

基于海空红外图像提出了海空大气模型,分析并研究了大气环境对红外热成像系统成像的对比传递函数。以红外热成像系统为例,对海空大气模型中斜程路径的大气对比传递函数进行了计算,分析了观测距离、大气密度、目标海拔高度、大气程辐射、路径天顶角对大气对比传递函数的影响。实验结果表明,大气传输路径的观测距离、大气密度、大气程辐射、天顶角与大气对比传递函数成反比。该结果可以用于预估实际应用时大气对红外热成像系统的影响,为提高红外热成像系统的成像性能提供基础。     

被动毫米波实时成像技术北大核心CSCD

被动毫米波实时成像技术在许多领域有广阔的应用。本文介绍了被动毫米波实时成像技术的特点、应用前景、工作体制和发展现状,并以用于人体安检的、采用了综合孔径辐射计技术的被动毫米波实时成像系统为例,详细讨论了其工作原理、系统设计、成像算法及成像实验等关键技术内容。所研制的被动毫米波成像系统实现了24帧/秒的成像速度,以及6cm@3m的空间分辨率和1-2K的温度灵敏度。     

耦合式背光介观荧光分子成像系统设计北大核心CSCD

在生物组织工程的应用中需要有对生物结构标记的三维、纵向评估。一般来说,这些生物组织的结构通常是几毫米厚和浑浊的,因此对图像成像有很大挑战性,且经典荧光显微技术不能满足于其需要。介观荧光分子成像系统是一种新兴的成像系统,该系统基于介观荧光分子层析方法,它填补了显微荧光分子成像技术和宏观荧光分子成像技术之间的空白。为提升介观荧光分子重建的性能,本文主要基于光学原理对光学系统的配置参数进行了优化和改进,包括探测器布局、非耦合或耦合的扫描模式,并对介观荧光分子成像系统的三维成像性能进行了评价和对比。结果表明,本文设计的耦合式背光介观荧光分子层析成像(mesoscopic fluorescence molecular tomography imaging,MFMT)系统能够很好地提升重建性能,获得高质量的重建结果。     

单光纤成像技术北大核心CSCD

综述了单光纤成像技术的研究现状和动态。单光纤成像技术采用单根多模光纤进行成像,光纤既是成像器件又是传像器件,无需增加扫描器件和成像透镜便可将光纤一端视场范围内的场景一次性传输到另一端,因此又称为宽场光纤成像技术。该技术可减小成像光纤探头的直径,实现超细内窥成像。单光纤成像技术是一种计算成像方法,是在全息光学和傅里叶光学的基础上发展起来的,包括传输矩阵法和相位补偿法两种成像方法。对于多模光纤,如果可以预先得到频域(或空间域)的传输矩阵,则可以从光纤输出端光场中恢复目标图像,也可以预先测量光束通过光纤后的波前畸变。在成像系统中增加该波前畸变的共轭相位场,可以消除相应的波前畸变,从而在输出端获得不失真的目标图像。     

AOTF相机成像过程中的图像畸变分析及校正研究北大核心CSCD

针对声光可调谐滤波器(AOTF)自身固有的因声光互作用导致的成像畸变问题,利用AOTF的解析表达式和几何像差公式对AOTF相机的畸变特性进行分析,建立了声光互作用图像畸变模型,给出了各畸变系数随入射光传播角的变化关系;并在所构建畸变模型的基础上,结合两步标定法和双线性内插法对畸变图像进行校正分析。实验结果表明,未加AOTF相机系统拍摄图像的最大畸变像素位移量为1.6pixel,加AOTF相机系统拍摄图像的最大畸变像素位移量为9.0pixel,畸变校正后的最大畸变像素位移量为1.4pixel,优于未加AOTF相机系统所拍摄的图像。该畸变模型较好地描述了AOTF相机的畸变产生机理及特性,该方法可以有效地解决AOTF相机成像过程中的图像畸变问题,在AOTF光谱相机的精确测量方面将有较好的应用前景。     

基于规范图像的光电成像系统采样响应研究北大核心CSCD

为了研究采样响应对光电成像系统生成图像的质量的影响,本文提出了将规范图像作为输入建立封闭的模型来分析采样响应的方法。首先给出了规范图像的定义并得到了USAF 1951规范图像的数学模型,然后分析了光电成像系统的采样响应过程和采样响应函数,最后讨论了USAF 1951规范图像在不同条件下的采样响应结果。研究结果表明:当采样前MTF截止频率、采样频率与采样后MTF截止频率之间的关系不同时,采样响应对像质的影响不同;当采样频率与采样前MTF截止频率满足一定的条件时,可在图像模糊与混叠之间取得平衡。     

光子计数三维成像激光雷达的分析与实验

对于直接探测三维成像激光雷达,采用光子计数探测器可以响应单光子水平的目标回波,从而大大提高探测效率。研究的光子计数三维成像激光雷达采用盖革模式雪崩光电二极管（APD）作为探测器。首先分析了回波光子探测模型,并根据此模型讨论了激光雷达探测概率和测距模式。在理论分析的基础上,设计了一套光子计数三维成像激光雷达系统,对一些选定目标进行了测距和三维成像实验,并对实验结果进行了分析。     

采用小孔等离子体开关实现TE CO2激光窄脉冲整形

典型的TE CO2激光脉冲,通常由高功率窄脉冲（100 ns）和低功率长拖尾部分（3~5 s）组成。采用一种简单的小孔等离子体开关技术可以实现对低功率长拖尾部分的有效吸收和散射,保留需要的高功率窄脉冲前沿部分,达到激光脉冲压缩和整形目的。详细研究了小孔位于不同离焦距离时整形激光脉冲波形的变化,获得了整形激光脉宽、能量与离焦距离的变化关系,实现了50~110 ns的窄脉冲CO2激光输出。进一步研究发现,小孔等离子体开关的使用寿命主要由激光脉冲能量、重复频率、整形脉冲宽度决定。通过该技术实现的窄脉冲CO2激光可以用于极紫外光刻等离子体光源、激光雷达等领域的研究。     

激光等离子体相互作用中量子电动力学效应对激光能量吸收的影响

为了研究强激光与等离子体相互作用中的量子电动力学(QED)效应对激光能量吸收的影响,用理论方法对强度为I>10^22wcm^-2、反方向传播的两束圆极化强激光与等离子体固体靶相互作用过程进行研究。探讨经典和QED情况下的辐射阻尼效应对激光能量吸收的影响。结果表明,在QED情况下,在相互作用过程中能够产生高能电子和高能辐射。这些高能电子集体振荡过程中的辐射阻尼导致激光能量的强吸收。QED情况比经典情况具有更好的实际应用价值。     

基于激光成像雷达制导系统的仿真设计

介绍了激光成像雷达应用于制导系统中的优势,提出应用仿真技术辅助外差式激光成像雷达制导系统设计的方法。分析了激光成像雷达制导仿真系统的四个主要组成部分：光学部分、数据处理部分、通用库部分和稳定跟踪部分。结合不同环境、器件性能对系统的影响,具体分析各部分的模块并给出多种数学建模方案。最后指出该系统需要进一步完善的功能。     

激光等离子体中密度孤波和自生磁场的数值模拟

为了深入理解激光与等离子体相互作用时产生的密度孤波和自生磁场的形成机制,从动力论出发,数值模拟了从波-波、波-粒相互作用出发的轴对称柱坐标下的密度扰动非线性控制方程,得到了密度孤波和自生磁场的形成和演化过程。数值结果表明,强度为4×1014W/cm2的激光打靶时形成的孤波最大密度扰动率达到82%,并产生30T的自生磁场,与实验测量结果相符合,为密度孤波和自生磁场的形成提供了理论依据。     

快速扫描针孔法测量脉冲染料激光束直径

本文描述了一种能够快速准确地测量脉冲染料激光束直径的方法，该方法是以步进电机驱动针孔扫描，Ｂｏｘｃａｒ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ信号处理系统做高斯拟合，精度优于５％。     

成像激光告警的光斑定位误差分析

分析了成像型激光告警系统中CMOS面阵探测器光敏区域的空间分布、光敏区域对激光成像光斑积分采样模型及光斑中心定位方法.阐述了CMOS填充因子、CMOS噪声及鱼眼镜头大视场引入的大像差等因素对光斑中心定位造成的误差,并根据误差理论进行了各种类型误差的合成,给出系统光斑中心定位的误差估算方法和公式.并通过仿真估算误差数据与实验误差数据的对比,验证了误差估算方法的有效性.光斑定位误差分析对CMOS探测器参数选择及系统的定向精度指标论证有参考意义.     

机载激光武器仿真系统与分析

在分析机载激光武器(ABL)战技术指标和作战过程的基础上,建立了机载激光武器仿真系统,该系统由弹道导弹、载机、测距激光、跟瞄系统、激光大气传输和高能激光毁伤评估模块组成。重点研究了机载激光武器的建模,包括测距激光探测概率计算、复合轴跟瞄系统设计、大气对激光造成的衰减和扩散以及高能激光毁伤计算等。最后,搭建了仿真系统进行反导拦截试验,从攻防两方面对影响机载激光武器毁伤效果的主要因素进行了分析,并给出了仿真结果。该仿真系统可以为机载激光武器反导效能的分析评估提供平台和依据。     

改进的激光成像制导有源干扰仿真研究

目前,激光成像制导作为一种新型的精确制导方式,在战场上发挥着越来越大的作用。然而,针对激光成像制导的干扰方法效果却并不理想,具体表现为:方式被动、成功率低、干扰效果不明显等。针对激光成像制导系统输入信号的激光有源干扰技术是近几年提出的新型干扰方式。在其研究基础上,对光学仿真,特别是激光光学仿真进行了较为深入的研究,并提出了一种改进的激光有源干扰方式:利用截获的敌方激光探测信号相关信息,复制其激光信号作为干扰信号,对敌方激光成像制导系统进行干扰,掩盖重要军事目标,具有成本低、方式主动等优点,从而提高对激光成像制导输入信号的干扰能力,干扰成功率可达98%以上。     

Tm激光与角膜作用的热效应模拟

激光角膜热成形技术(LTK)在矫正远视临床中占有重要的应用前景。为了了解铥激光与角膜组织热相互作用中激光参数和角膜光学及热物性参数对温度场分布的影响,选取50W/cm2,55W/cm2,60W/cm2三种功率密度,1s、2s、3s三种作用时间,用有限元方法模拟了激光作用下角膜组织内温度场的分布。模拟结果表明激光有效穿透深度与激光功率密度和时间都是正向相关,而与能量密度的正向相关性较差;激光作用时间越长,角膜组织中的温度梯度越小。模拟得到激光功率密度50W/cm2作用时间1s适合于LTK。