用于计算成像系统的基于信噪比自适应估计的图像去模糊研究

实现有效的图像去模糊对提高基于球面光学的计算成像系统性能具有极为重要的意义。分析了球面光学系统中的成像模糊模型,并介绍了基于维纳去卷积的图像去模糊算法。针对基于维纳去卷积的图像去模糊需要准确地估计模糊图像信噪比的问题,提出了一种新的基于图像去噪的图像信噪比自适应估计算法。分别使用Zemax光学仿真软件获得的图像和研制的基于球面光学的计算成像系统原理样机获得的图像开展实验研究,结果表明提出的算法能准确地估计出模糊图像的噪声方差和信噪比,利用估计得到的信噪比,使用维纳去卷积能得到比较理想的图像去模糊结果。因此,结合提出的方法,基于球面光学的计算成像系统能得到清晰的高分辨率图像。     

基于刀口仪的空气成像演示实验

利用刀口仪和球面反射镜设计了空气成像演示仪.将热源置于球面反射镜和刀口仪点光源之间,改变空气的温度分布,使球面反射镜的反射光线发生偏折,在刀口后方即可以直观地观察到热空气流动的状态,即实现空气成像的演示实验.该演示实验装置简单,使用CCD采集图像,现象明显且易于观察,利于学生理解光学检测技术中刀口仪的原理.     

光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法

对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析,并采用基于光学实验测量的调制传递函数（MTF）完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理.针对复杂目标成像,为了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量,不仅考虑系统的调制传递函数指标,还提出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法.数值仿真结果和光学实验结果均表明,基于相关系数的成像质量客观评价方法是可行的,实验说明光学稀疏孔径系统成像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果.     

大焦深成像系统仿真实验研究

如何增大非相干光学成像系统的焦深是应用光学研究领域的热点问题.本文对采用高次非球面光学掩模板与图像处理相结合增大成像光学系统焦深的新方法进行了深入分析,建立了大焦深成像系统仿真实验模型,并进行了大焦深成像系统仿真实验.实验结果证明了该方法在维持原相对孔径的同时使光学系统在较大的离焦范围内有好的成像质量.实际应用中还要综合考虑模板参量、信噪比等关键因素.     

凹凸厚透镜曲率半径和折射率的测定

观察凹凸厚透镜的球面反射成像及折反折成像,利用这一实验现象结合物像公式测定凹凸厚透镜前后表面的曲率半径和折射率。该方法不仅可以修正薄透镜测量中忽略透镜厚度所产生的误差,而且可作为测量透镜焦距和曲率半径的设计性、研究性和创新性实验项目,有利于学生深刻理解共轴球面系统成像,掌握符号规则和几何光学的成像计算。     

光学稀疏孔径系统的成像及其图像复原

由多个小口径成像系统通过特殊排列综合而成的光学稀疏孔径系统是实现高分辨率天文目标成像观测的一种新方法.建立了光学稀疏孔径系统的衍射受限非相干成像模型,并针对某一具体的光学稀疏孔径系统,运用图像复原维纳滤波器完成了系统成像和图像恢复处理的计算机仿真实验.结果表明,光学稀疏孔径系统可以等效实现单个大口径成像系统的成像观测效果.     

光电成像与器件

TH703 2004064381 光学合成孔径成像技术计算机仿真与实验验证=Computer simulation and experimental verification for optical synthetic aperture imaging technology[刊,中]/王治乐(哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心.黑龙江,哈尔滨(150001)),龙夫年…∥光学技术.—2004,30(4).—502-504,507 阐明了光学合成孔径成像系统的原理。合成孔径成像系统在获得高截止频率的同时,降低了系统的中频性能,并且合成孔径成像系统的信息获取在方向上具有可选择性。对合成孔径成像系统的点扩散函数和光学传递函数进行了计算机仿真,仿真结果与合成孔径系统的成像原理一致。最后通过对辐射靶标的成像实验,再次对合成孔径成像系统的特性进行了验证。图13参4(严寒)     

用于X射线诊断的晶体布喇格成像系统

为了评估惯性约束聚变实验中激光辐射驱动的对称性和均匀性,分析靶丸的运动过程,设计一种新型诊断单色X射线的弯曲晶体布喇格成像系统,该系统核心部件由色散元件球面弯曲晶体和探测装置组成.利用光线追踪软件对该成像系统进行模拟验证,并搭建了晶体布喇格成像系统进行X射线背光成像测试实验.实验获得了清晰的Cr靶单色X射线背光二维网格信息,石英球面晶体布喇格成像系统空间分辨率为83μm,表明该成像系统可以用于等离子体X射线的背光成像诊断.     

基于白光干涉的光学球面半径测量研究

光学球面曲率半径是决定光学球面光学特性的重要参量,通过测量光学球面的曲率半径，可以审核光学元件设计制造质量。在基于白光干涉理论基础上，将莫尔光栅位移测量系统及CCD数字图像采集处理系统集成到迈克尔逊干涉仪上，利用CCD数字图像处理技术，构建了光学球面曲率半径自动测量系统。该测量系统对于大曲率半径的光学球面测量精度较高；对于半径R＝71.2037mm的光学球面,其测量标准误差σR＝0.4723mm。实验结果表明：设计的光学球面自动测量系统可以对大曲率半径光学球面实现高精度测量。     

二维扫描镜像旋特性分析

扫描拼接技术由于原理简单、易于实现而被广泛应用于全景成像系统中,然而该系统中使用的二维扫描镜在工作过程中会引起图像旋转.对二维扫描镜引起的像旋进行特性分析能够指导全景成像系统中像旋校正.假设物理为球面,基于光学反射矢量理论基础对水平扫描和俯仰扫描进行像旋特性分析比较.仿真结果表明二维扫描镜在水平扫描时像旋角与旋转角比例为1∶1,而俯仰扫描不存在比例关系,可以对精确实现光机消像旋提供指导作用.     

用于超热电子诊断的单色X射线成像技术

基于球面弯晶设计了一套二维分辨的单色成像系统,使用光学仿真软件对系统进行了成像模拟。对金网格进行了背光成像,获得了8.048keV的单色网格成像,空间分辨率可达9μm。在神光II(SG-II)升级激光装置上,利用该成像系统成功获取了二维锥靶的Kα自发光单色图像。结果表明,该成像系统能够胜任快点火物理实验中超热电子的诊断。     

光学低通滤波器的光学传递函数分析

光电成像系统的抽样过程会引起图像频谱在频谱空间上的多次复制,如果抽样过程不满足系统的奈奎斯特条件,相邻的频谱项就会产生混叠.光学传递函数可以反映系统中光学成像,抽样和重建等各个过程对图像信号频谱的响应.通过对使用光学低通滤波器(OLPF)光电成像系统的光学传递函数的分析,表明光学低通滤波器可以有效地限制图像的频谱宽度,使抽样满足奈奎斯特条件,达到消除频谱混叠,改善重建图像质量的目的.     

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义. 关键词： 近高超声速 高温蓝宝石窗口 气动效应 仿真与实验     

紧凑型冷原子高分辨成像系统光学设计

对真空腔内的冷原子进行高分辨成像通常需要原子与像平面之间保持较大的距离,这不利于成像系统在光学元件密集的冷原子实验中实现.设计了一套显著降低原子与像平面距离的高分辨成像系统,实现了1μm的分辨率与50倍的放大率.仿真结果表明,通过改变透镜间距,可以适应0—15 mm厚度范围的真空窗口.该成像系统由数值孔径为0.47的显微物镜和有效焦距为1826 mm的远摄物镜组合而成.结合成像波长为470—1064 nm的仿真结果,该系统可以对钠、锂、铯等不同种类的原子进行高分辨成像.     

光学合成孔径成像技术计算机仿真与实验验证

首先阐明了光学合成孔径成像系统的原理。合成孔径成像系统在获得高截止频率的同时,降低了系统的中频性能,并且合成孔径成像系统的信息获取在方向上具有可选择性。然后对合成孔径成像系统的点扩散函数和光学传递函数进行了计算机仿真,仿真结果与合成孔径系统的成像原理一致。最后通过对辐射靶标的成像实验,再次对合成孔径成像系统的特性进行了验证。     

光学综合孔径成像技术实验研究

根据光学综合孔径成像系统的成像质量与点扩散函数和光学传递函数的关系,以G o lay-3阵列结构为例,从空间域和频率域对光学综合孔径成像技术进行理论仿真和实验研究。在空间域从理论上分析光学综合孔径成像系统的点扩散函数,对复杂目标的成像通过目标函数与点扩散函数的卷积求得,点扩散函数决定了成像质量。通过数值仿真和模拟实验取得了点扩散函数强度分布图,两者分布规律一致证明理论分析正确。在频率域研究光学综合孔径调制传递函数,理论仿真和实验取得的调制传递函数表明,空间域和频率域内光学综合孔径成像技术的理论分析与实验结果具有较好的一致性。     

一种机载合成孔径成像激光雷达聚束模式成像算法

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源的成像系统,可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的效果.首先,在理想条件下分析了调频连续波的信号模型,推导出在连续波系统聚束模式下一种适用于机载合成孔径成像激光雷达系统的频率变标算法.然后,使用傅里叶变换法对符合von Karman谱的随机相位屏模拟大气湍流,并分析了Fried参量和合成孔径长度之间的关系.最后,仿真说明真空中采用方位预处理可以消除图像重影,并且补偿多普勒频移项可以消除8.6～9.3dB的能量损失和使图像散焦的现象.而在有大气影响时,合成孔径长度的选择小于Fried参量时,图像方位向可以良好聚焦.     

无衍射光束提高成像系统分辨率

设计了一种在非相干光源下利用轴棱锥产生的无衍射光束成像系统.基于衍射积分理论与点扩散函数推导出成像系统分辨率的表达式,利用光学软件对无衍射光束成像系统的初始结构模型进行仿真,并以蓝光LED作为光源,将条纹状物体、透镜组以及轴棱锥等光学元件组合为成像系统进行实验.结果表明:实验结果与理论分析相符,即非相干光源无衍射Bessel光束成像系统利用无衍射光束的特性能够提高成像分辨率.     

像差与色差

引言要正确地讨论光通过光学系统的成像情形必须用波动光学,波动光学的理论考虑到干涉、衍射等情形,它比几何光学更符合于客观事实。不过,如果一贯地用波动光学的理论来讨论光学系统的成像,则其过程将极为繁杂而不合于实用。适当的办法是利用简单得多的几何光学中光作直线进行的概念,根据几何光学的定律,算出通过光学系统后光线位置变化的情形,然后再利用波动光学的原理来考虑成像的质量。我们先从几何光学出发,并且只限于考虑同轴的球面折射或反射系统,因为实际上只有这一类系统得到广泛的应用。先来考虑光线通过一个折射球面的情形。     

基于波像差检测的大口径RC光学系统装调分析

通过对520 mm口径RC系统进行面形波像差检测,并将其主、次镜各光学零件实际面形的干涉检测结果输入Code V软件进行了系统成像质量的波像差分析.分析结果与实际系统装调完成后的系统成像质量波像差检测结果对比,具有高度的一致性,说明在计算机辅助装调工艺中应用该仿真工具仿真度高,可以用于实际光学装调的仿真分析、指导光学装调.