变焦凸轮曲线的优化设计方法

变焦凸轮是变焦镜头中驱动各个镜组运动的关键部件,凸轮曲线的设计结果决定了变焦系统的运动性能、系统精度以及系统成像等方面的特性,因此,变焦凸轮的设计是变焦距镜头设计中重要环节之一,优良的凸轮性能是实现镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的基本要求。为了设计出优良的曲线形态以确保凸轮具有较小的压力角,使变焦过程平滑稳定、运动流畅,既能有效减小变焦系统的驱动力矩,又可以确保变焦成像的稳定性。在凸轮设计过程中,分别构造凸轮变倍组和补偿组驱动力矩与各自压力角的函数表达式,再以它们的函数组合构造整体目标优化函数,优化计算变倍曲线压力角与补偿曲线压力角的最优值,优化计算结果表明,优化后凸轮等效驱动力矩显著减小,能够有效改善变焦凸轮的整体性能。     

中波红外三视场变焦光学系统设计

三视场变焦光学系统相对于其他形式的变焦系统具有机械结构简单、可靠性高、变焦时间短等优点。采用320240分辨率、像元尺寸30 m30 m制冷型探测器,二次成像方式设计了一种工作于3～5 m中波制冷型三视场红外光学系统,系统视场角1.4～23.8,F数为４,可实现焦距为30mm/100mm/500mm。设计中采用了硅和锗两种材料校正谱段内色差,采用了一个非球面校正系统球差,两个反射镜折转光路的方式实现系统轴向尺寸的缩减,整个系统外形尺寸小于210 mm160 mm120 mm,系统具有外形尺寸小、变焦结构简单、成像质量高等特点,在空间频率17 lp/mm处,系统调制传递函数（MTF）均在0.5以上,能量集中度大于70%。     

基于模糊中值的IRFPA自适应盲元检测与补偿

红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元既包括因材料与制造工艺的缺陷而导致的固定盲元,也包括因环境温度的漂移而出现的随机盲元.基于场景的盲元检测与补偿算法是去除这两种盲元,提高IRFPA 成像质量的有效手段.针对目前滤波类场景检测算法无法有效区分弱小点目标和随机盲元的缺陷,重点研究了随机盲元的响应特性和噪声特性,并提出了一种基于模糊中值与时域累积的盲元自适应检测与补偿算法.首先利用模糊中值滤波器从场景中提取出潜在的盲元,并通过多帧累积确定固定盲元和随机盲元的正确分布,最后对盲元进行实时补偿.实验结果证明:该算法可以有效地实现对盲元的校正,同时避免对弱小点目标的误判别.     

高分辨率高空相机光机系统的热设计

在极端低温情况下,为保证高空相机镜头光学系统温度满足设计要求,结合被动热控和主动热控进行相机光机系统的热设计.以聚酰亚胺为隔热材料进行被动热控,增大相机内部与外界的热阻,减弱外界低温环境对镜头温度的影响.采用电加热膜加热对相机镜头进行主动热控,在WorkBench有限元软件中建立镜头和窗口组件的传热模型,分析载荷构成,加载加热功率载荷、热对流载荷和热辐射载荷,进行稳态热分析.结果表明,在六个加热区,当加热功率分别为12、17、22、17、10、13 W时,相机光学系统的温度控制在18℃~22℃范围内,满足热控设计要求.     

应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法

介绍了一种可扩展视场红外光学系统的工作原理,针对系统初始化后由于楔形镜装配误差引起的视场偏差对成像的影响,设计了一种校正该光学系统视场偏差的红外成像测量方法。通过计算机视觉技术在目标运动轨迹测量中的应用,把该技术与红外成像系统进行结合;用红外成像系统对运动目标成像,将目标的运动轨迹视为序列离散点,利用计算机视觉技术对这些离散点进行轨迹检测,并采集这些目标连续运动过程中的离散点图像。后期通过对采集的目标运动轨迹原始图像进行像图像处理,运用编程仿真构造目标的实际运动轨迹,最终完成了可扩展视场红外光学系统视场偏差的校正。结果表明,基于计算机视觉技术的红外成像测量方法能够很好地实现运动目标的轨迹测量。     

大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计

采用288×4线阵探测器及二次成像方式设计了一种工作于7.5～10.5μm的大视场大相对孔径长波红外扫描型光学系统,系统凝视视场角为28°×21°,采用摆镜同楔形镜扫描扩展后系统视场角为78°×57°,该系统具有大相对孔径、F数为1.67、高成像质量等特点。由于长波红外可用材料有限,设计中采用锗材料和硒化锌材料校正色差,引入非球面校正系统球差,系统设计结果显示其成像质量接近衍射蓟县,色差矫正良好,在空间频率为20 lp/mm处,调制传递函数(MTF)均在0.3以上,能量集中度大于70%。     

高铁信号系统故障处理分析

随着现在科技不断进步，高速铁路发展也越来越迅速，高铁也逐渐发展起来。相对于普通铁路，高铁具有速度快、稳定性好、舒适性高的优点，因此高铁正在逐渐代替普通铁路。但是在高铁正常运营过程中，也会有许多的问题出现，高铁信号系统发生故障对高铁运行产生极大的影响。因此本文就对高铁信号系统产生的故障进行分析，提出合理的解决措施，保障高铁安全运行。     

自动多波段红外海洋表面温度辐射系统研究

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的多波段红外辐射系统,其分辨率优于0.1℃,精度优于±0.5℃。系统采用了4个波段,即3.5～4.0μm,8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.3μm。内部光学系统通过两个不同温度的参考黑体进行实时校正,保证光学系统被盐雾沉积后也不影响整个系统的精度。另外,为了防止恶劣天气对系统的影响,还设计了一个由雨量传感器触发的自动保护罩。通过实验室标定和岸边实验对系统精度和稳定性进行了实验验证。     

不同数值模式模拟黑碳气溶胶光学特性的差异分析

大气黑碳气溶胶具有强吸光能力,由于形状和混合结构十分复杂,其光学特性具有较大不确定性。使用三维仿真建模工具EMBS建立不同分形维数(Df为1.8和2.6)和混合结构的黑碳单颗粒模型,采用耦合离散偶极近似(DDA)方法计算光吸收强度(E_abs)、单次散射反照率(SSA)和光吸收截面(C_abs),并与多球T矩阵(MSTM)和Mie散射方法的计算结果进行对比。研究发现MSTM模型的E_abs结果对包裹程度F比较敏感,而DDA模型的E_abs结果对黑碳包裹层厚度的敏感性更高。DDA和MSTM模拟结果的差异主要来源于：1)DDA和MSTM方法中黑碳聚集体和包裹层形状的差异造成E_abs和C_abs的相对偏差分别为20%和23%;2)黑碳包裹层的相对位置变化导致光学结果具有2%～4%的相对偏差。因此DDA和MSTM方法的模型形状和结构差异导致光学模拟结果可能出现较大差异。