高变倍比变焦光学系统设计

设计了一套焦距f=10 mm~500 mm的高变倍比变焦光学系统。以正组机械补偿原理为基础,通过高斯光学计算,给出合理的初始结构和高斯解。系统引入2个新型非球面,使系统具有更大的自由度,并有效校正光学系统中的像差,减小系统复杂度,对实现高变倍比变焦系统尤为有利。采用一组双层谐衍射元件来校正长焦所带来的二级光谱,减少了透镜片数,使系统更加紧凑。分析了10 mm~500 mm焦距情况下系统的调制传递函数曲线,计算出变倍组和补偿组的变化曲线,可以看出满足机械补偿凸轮曲线的变化规律,而且曲线的变化比较平滑,能够实现平稳变焦。在奈奎斯特频率为50 lp/mm时,调制传递函数曲线均在0.6以上。     

高变倍比数码变焦镜头设计

为提高变焦距系统的工作性能,使其在大视场时仍具有良好的像质,且系统结构简单,易于机械设计、加工及装调,在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算,用光学设计软件ZEMAX上机调试,设计了焦距为6.9mm～91.6mm,视场5°～60°的变焦系统,整个系统由4组12片透镜组成,其中包括3个非球面,系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑,系统成像质量得到提高。     

基于脊波变换的渐变镜头转场检测算法

分析了脊波变换在处理含“线奇异”信号上的优势.提出用脊波变换后的各高频系数和作为图像的特征量.渐变镜头脊波变换的实现分两步：首先,对图像帧进行一定方向参量的Radon变换;其次,对Radon变换得到各数组进行Haar小波二级分解,采用分解后的高频系数和描述图像.在检测窗内,计算连续帧间脊波变换系数和之间的欧式距离判别渐变转场的边界.     

A robust photometric calibration framework for projector-camera display system

A novel photometric calibration framework is presented for a projector-camera （ProCam） display system, which is currently under booming development. Firstly, a piecewise bilinear model and five 5-ary color coding images are used to construct the homography between the image planes of a projector and a camera. Secondly, a photometric model is proposed to describe the data flow of the ProCam display system for displaying color images on colored surface in a general way. An efficient self-calibration algorithm is correspondingly put forward to recover the model parameters. Aiming to adapt this algorithm to different types of ProCam display system robustly, a 3× 7 masking coupling matrix and a patches image with 1024 color samples are adopted to fit the complex channel interference function of the display system. Finally, the experimental results demonstrate the validity and superiority of this calibration algorithm for the ProCam display system.     

材料色散对渐变结构一维光子晶体带隙的影响

运用传输矩阵方法及对色散材料采用洛伦兹振子模型,研究了由色散材料构成的介质层厚度为渐变结构的一维光子晶体的带隙特性,并与不考虑材料色散时的光子带隙进行了比较.计算结果表明,考虑色散后的光子带隙既可能变窄也可能增宽,即可能发生红移也可能发生蓝移.光了带隙的改变与色散材料的色散强度和谐振频率及色散前后两介质材料折射率相关.此外,介质材料折射率的变化形式对光子带隙也存在一定的影响.这些为相关光子器件的设计提供了参考.     

高精度虹膜识别光学镜头的研制

针对虹膜识别系统中难于获取高分辨率的虹膜图像问题,设计一款高精度虹膜图像采集摄像镜头。镜头焦距14.2 mm, 畸变小于0.15%,像方数值孔径为0.26,像面直径为5.35 mm,工作距离130 mm,物像共轭距为150 mm。光学系统可获得高分辨率图像,在0.7视场光学传递函数MTF在120 lp/mm时大于30%。镜头由4片球面透镜构成,结构简单,适合产业化生产,各项光学指标检测结果达到设计要求。     

周视监控全景镜头设计

利用ZEMAX光学软件设计了一种可用于周视监控的全景镜头,镜头由凹凸反射镜组和中继镜组组成,反射镜组使镜头获得大视场角,中继镜组将反射镜组所成的虚像投影到探测器上。该镜头有效焦距为0.97 mm,F数为1.5,垂直方向视场为65~95,水平方向视场为360,镜头工作在475 nm~750 nm波段,总长为69.7 mm。设计结果表明:系统全视场f 型畸变小于5 %,调制传递函数（MTF）值在空间频率为60 lp/mm时大于0.58,系统成像质量良好,可满足周视监控的使用要求。     

超薄前投激光显示系统研制

为了解决光学系统投影厚度过大问题,采用自由曲反射面结合非球面设计方法设计出超短距离、超广角投影显示系统,其屏幕投影距离小于20 cm。为解决激光色域系统转换,建立了激光三基色与荧光粉三基色色域变换与扩展的理论模型并搭建了基于DSP高速图像处理芯片为核心的颜色变化实时硬件处理试验开发系统。通过该系统可以调试不同颜色系统转换算法,验证转换模型的正确性,并为实现专用颜色转模块提供了开发平台。     

超小自聚焦光纤探头的研究进展

梯度折射率（Gradient-index,GRIN）光纤探头是一种全光纤型超小光学镜头,在心血管等狭小空间组织内窥影像检测中具有广阔的应用前景。但其发展一直缺少系统的理论体系。本文讨论探头设计、制作和性能测试等方面的关键问题。基于GRIN光纤探头聚焦性能的特征参数,对解析设计方法与数值仿真设计方法进行比较分析。针对超小GRIN光纤探头的制作难题,研究一种光纤熔接和切割的高精度一体化集成装置,描述GRIN光纤探头的制作方法。此外,分析了超小GRIN光纤探头聚焦性能检测的方法及装置。本文为超小GRIN光纤探头的设计、制作及性能测试提供了一个方法体系。     

步进电机驱动的直线变倍成像系统研究

为了满足无人机光电载荷的体积和重量要求,并有效解决传统凸轮机构加工精度要求高、系统易产生机械振荡等问题,提高系统的响应速度和变焦精度,对基于步进电机驱动实现连续变焦的直线变倍成像系统进行研究。采用二相混合式步进电机驱动实现机械补偿式变焦系统的变焦聚焦功能。首先,本文研究了基于步进电机的直线变倍成像系统的工作原理与构成,完成硬件平台的搭建,利用单片机控制实现步进电机的加减速过程。然后构造适合本系统的图像清晰度评价函数,并采用扫描反馈搜索算法完成对镜头焦距值的标定,将标定结果载入聚焦算法。最后,完成系统的性能测试。测试结果显示,采用速度控制模型后,步进电机的定位误差显著降低,范围在0.010 mm以下,整个系统的变焦精度远远小于1%,而且光学性能和外场拍摄性能较好。该基于步进电机的直线变倍成像系统满足无人机光电载荷的适用性要求。