机载箱体式红外相机安装基座的优化设计

红外相机的安装基座作为所有光学元件的安装基准,它的结构刚度直接影响着相机的成像质量。为了实现支撑基座的高刚度、低重量和小体积,从机载红外相机的性能指标和光学系统设计结果出发,结合机载环境的应用需要,提出了红外相机安装基座的设计要求;采用UG三维软件优化设计出"U"形和箱体式两种轻量化结构的安装基座,并采用Patran有限元分析软件对设计结果进行了仿真计算。对比计算结果可知:"U"形安装基座的最大变形量是箱体式结构的6.8倍,最大内应力是箱体式结构的3倍;在确定了安装基座的箱体式结构形式后,对优化设计的安装基座进行了模态分析和扫频试验,基座的固有频率约为560 Hz,满足设计指标要求。此外,分析结果与试验数据接近也证明了设计方法和分析手段的正确性。     

机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求,采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式,实现了30~660 mm的22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为244 mm,总长/最大焦距比为0.37,系统具有光学总长小、变倍比大的特点,适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后,后端连续变焦光学系统可以实现15~330 mm的22倍连续变焦光学系统,该系统的光学总长为138 mm,总长/最大焦距比为0.42,可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示,该系统在两种状态下均成像良好,在探测器对应的特征频率33 1p/mm处,中心视场的MTF值均在0.3附近,接近衍射极限,0.7视场的MTF值均在0.2附近,边缘视场的MTF均在0.15附近,能够满足应用需求。     

紧凑型中波红外成像系统无热化设计

红外成像光学系统应用日益广泛,并且对小型化有了更高要求,因此提出一种紧凑型中波红外成像系统的无热化光学设计.首先针对需求对光学参数进行了分析与计算,根据参数要求采用卡塞格林系统缩短系统纵向尺寸,然后用中继透镜组校正像差,考虑到透镜易于加工、成本低,中继透镜组采用全球面面型,最终实现了卡塞格林系统的次镜到红外探测器之间的尺寸小于47 mm,使系统足够紧凑.通过合理选择材料以及光焦度的分配,推导光学被动消热差方程,计算出系统的初始结构,利用Zemax光学设计软件进行优化,最终实现波段为3.7~4.8 μm,视场为3°×3°,温度范围-40℃~+50℃消热差结果,在空间频率17 lp.mm-1处,各视场光学调制函数(MTF)值均大于0.5.     

航空红外相机自动调焦设计

为克服恶劣复杂的航空环境给系统带来的失焦现象,系统中引入自动调焦模块。通过采集、分析不同程度失焦的中波红外图像序列,对空域内几种调焦评价函数的灵敏度、无偏性、稳定性、计算速度等指标进行测试和验证,最终得到适合于红外成像自动调焦系统的调焦评价函数。为了提高该调焦评价函数的信噪比,提出了一种基于图像预处理的信噪比改善算法,保证函数在正焦面两侧呈单调性。最终制定出粗细结合的快速爬山搜索策略,先以大步距进行粗略调焦缩短时间,再用低于半倍焦深的小歩距精细调焦保证精度。基于640×512中波制冷探测器,搭建了一个焦距为300 mm、F/2的卡塞格伦折反式红外光学系统。试验结果表明该自动调焦模块可以保证实时性和准确性,满足具有较大噪声的红外成像系统的需要。     

折反式红外全景天空相机光学系统设计

利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 m 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360（5~80）,校准畸变量在0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。     

透射式低温光学红外相机全光路冷链热设计

某透射式低温光学红外相机工作于倾斜地球同步轨道,所处空间热环境复杂多变,整个光学路径部组件属于低温光学系统,对温度梯度及温度稳定性要求较高,这对热控系统设计带来挑战。结合相机在轨成像温度需求及空间外热流特点,详细分析了相机热控设计的重点和难点,通过低温热管热量传输和辐射制冷的方式实现了低温光学系统的降温,通过高效热防护、热隔离及间接辐射控温技术实现了低温光学系统的高精度控温。热平衡试验温度数据表明:成像模式下,各光学部组件温度均满足指标要求,光学透镜温度均匀性和稳定性较高,光学透镜间最大温差小于1 K,最大温度波动小于±0.3 K,实现复杂内外热环境下光学透镜高精度控温;加热去污模式下,利用低温热管“热开关”的特点在常温下热阻增加,通过较小热控功耗实现光学透镜加热去污的需求。     

一种紧凑型红外光学系统设计

介绍了制冷型红外成像光学系统设计初始结构的选择方法,采用折反射光学系统结构,设计了一种紧凑型红外光学系统,实现总长/焦距比为0.59,在-40～60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,具有结构紧凑、体积小等优点,可满足红外成像导引头的使用要求。：     

一种机载红外光谱相机的角位置误差补偿技术

机载红外多光谱扫描仪采用摆扫扫描成像机制,解决了红外光谱相机的光谱分辨率、高空间分辨率和大成像幅宽之间的矛盾,可实现下视和远距离侧视成像。为了实现采集图像无缝拼接的像元级对准,需保证红外光谱仪的角位置信息准确。本文针对机载扫描成像光谱仪的几何定位问题进行分析,指出角位置误差是影响相机几何定位的主要因素,进而采用一种角位置误差的长短周期双重补偿方法,对角位置误差进行补偿。地面测试结果表明,补偿后相机角位置精度提高10倍,且经环境试验验证,角位置误差仍保持稳定。由机载挂飞试验结果表明,后图像相对几何精度优于一个像元（10）,满足图像拼接的几何定位需求。     

红外相机的有源背景控制

美国专利US7307251 (2007年12月11日授权)本发明提供一种有源背景控制技术。这种有源背景控制技术是专门为在动态环境中使用的红外相机设计的,其具体实施方法如下:在红外相机的光路中放置一个可提供受控背景的光源,以保证红外相机的性能保持均匀一致;使该光源     

空间相机离轴三反红外光学系统设计

针对空间光学系统长焦距、大视场、小型化、轻量化、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势,通过对非球面反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,在共轴三反射式光学系统的基础上,提出了一种离轴三反射式红外光学系统的设计方法.利用ZEMAX求解并优化,设计一个焦距f=1000 mm,视场角为4°,D/f=1/4的反射式离轴光学系统.使该系统在50 lp/mm空间频率处传函达到0.3以上,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在10μm以内,满足空间照相机的需要.该系统克服了共轴三反存在中心遮挡的问题,提高了系统的像质.     

空间红外相机技术发展现状及应用

随着卫星载荷在大气和地物等目标探测、识别领域的广泛应用,空间红外相机技术得到了快速发展,这对空间红外光学系统的技术水平也提出了越来越高的要求。本文通过调研近十年来国内外典型星载红外光电载荷的技术特点及其变化情况,分析、总结了空间红外光学技术的研究现状和发展趋势。     

新型航空相机自动调焦系统的设计

根据航空摄影侦察高机动性的特点和调焦精度要求,提出了数据采集与计算的自动调焦方法.分析了航空摄影时大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响,给出了计算相机离焦量的简易数学方程,介绍了新型航空相机自动调焦系统的设计原理和基本组成,完成了系统的硬件电路和软件流程设计.光学测试和实际应用证明:这种控制技术不仅实用可...     

中波红外光学系统无热化设计

介绍了无热化在红外光学系统中的作用和意义,分析了温度对光学参量的影响,探讨了无热化设计方法及光学被动式无热化基本原理.设计了一种用于320×256制冷型探测器光学被动式无热化中波红外光学系统,镜筒材料采用钛合金,光学材料为硅、锗和硒化锌组合消热差.该系统在-50~70℃温度范围内,最大离焦量小于1倍焦深,空间分辨率17 lp/mm处,光学调制传递函数(MTF)值大于0.7,比较接近衍射极限,探测器单像元内能量集中度大于84%.分析结果表明:该系统具有良好的成像质量和无热效果.     

中波红外周视光学系统

介绍了一种采用等距投影物像关系设计的中波红外周视光学系统,系统采用折反混合方案,设计视场为360×(-15°～+50°),能够实现360°方位和一定俯仰角度范围内的凝视成像,适用于红外反狙击手探测及类似应用场景下的态势感知。     

中波红外无热化镜头的设计与制造

无热化技术是保证工作在非设计温度下光学仪器性能的关键所在。与主动无热化技术和光学被动无热化技术相比,机械被动无热化技术在红外光学系统消热设计中具有一定的优势。在光学、机械仿真的基础上,镜头采用高膨胀系数的塑形材料以及合理的结构设计实现了无热化设计与制造。测试与试验表明,该镜头在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内具有良好的成像质量。     

日本正在研制对地观测用紧凑型红外相机

据日本航空航天开发局对地观测中心Masatomo Harada等研究人员介绍,该研究中心目前正在研制一种采用非致冷红外阵列探测器的紧凑型红外相机(CIRC),以用于各种技术演示业务。微测辐射热计已被广泛用于诸如夜视等军民领域。其优点     

中波红外双视场光学系统的设计

设计了一款用于较大规模制冷型面阵焦平面探测器的双视场红外光学系统。该光学系统采用二次成像的光学结构形式与切换式的视场变倍方式,实现了大倍率、小体积用于红外前视（FLIR）的光学系统设计;通过仿真,在系统的合理位置设立非均匀性校正单元与视场光阑,以提高系统的抗干扰性;微扫组件的引入,提高了系统的空间分辨率。     

小型化中波红外连续变焦光学系统设计

介绍了一种三组元联动机械补偿式小型化中波红外连续变焦光学系统。针对阵列规模640×512,像元尺寸15μm的中波制冷型红外探测器,设计了焦距20～275 mm, F数5.5的连续变焦光学系统,系统长度90.6 mm。具有变倍比大、结构紧凑、元件数量少的特点,适合应用于小型化的机载光电吊舱系统以及轻量手持红外望远系统中。     

红外中波连续变焦光学系统的设计

设计了红外连续变焦光学系统,该系统具有镜片少、透过率高、连续变焦倍率大、波段广、相对孔径大等突出特点.二元面和非球面的引入,使系统在不同变焦结构时14 lp/mm处的MTF均大于0.6,很好地校正了系统的色差和轴外像差.该系统在仅使用4片镜片的情况下,实现了8倍连续变焦,系统透过率高于80%.结果表明该变焦系统具有良好的成像质量.     

大靶面中波红外连续变焦光学系统设计

开展了大靶面中波红外连续变焦光学系统设计研究,设计出了一种机械正组补偿式连续变焦光学系统。该系统的工作波段为3.7~4.8 m,焦距为50~580 mm,F数为4.5;靶面直径为24.6 mm,适用于目前新推出的像元间距为15 m 的1280×1024元制冷型中波红外焦平面探测器。在实现长焦距、高分辨率的同时,可保持光学系统具有大视场角,进而有效提高机载光电系统的目标搜索与识别能力。设计结果表明,本文系统的成像质量高,在30 1p／mm空间频率处的调制传递函数值接近0.2。