应用六阶波像差理论的鱼眼镜头系统设计

鱼眼镜头系统具有平面对称、超大视场、大孔径成像等特点,使得其设计十分复杂。波像差理论是研究光学系统的重要手段,由于鱼眼镜头系统具有平面对称的成像特性,赛德尔初级像差和基于轴对称光学系统发展的高阶像差理论不再适用于鱼眼镜头系统的像差分析和设计。介绍了六阶波像差理论,包括六阶本征波像差、五阶像差、衍生波像差及孔径光线二阶精度对波像差的影响,给出六阶波像差理论设计鱼眼镜头系统的流程图,应用六阶波像差理论设计鱼眼镜头前光组,由其前光组与后光组像差平衡设计了后光组。最后得到一成像质量良好的鱼眼镜头系统,该镜头的焦距为5.989 mm,视场角为180°,相对孔径为1/3.2。设计结果表明,该鱼眼镜头系统的调制传递函数（MTF）数值在空间频率为60 lp/mm时均不低于0.56,具有较好的成像质量。     

全向凝视光电成像系统鱼眼透镜的设计

为了实现光电成像系统对半空域目标的成像、探测和告警,以大视场成像理论和像差理论为基础,采用缩放法对光学系统鱼眼透镜进行了理论分析和仿真设计。利用桶形畸变及光阑彗差来增大像面照度的均匀性,通过光线追迹减小系统轴外像差,对系统成像质量进行多次评价与分析,并推导了透镜成像的畸变校正模型。结果表明,在可见光波段,得到了成像质量良好的鱼眼透镜,CCD有效像面尺寸为8.446mm×7.042mm,有效像素为2448×2050,视场为180°,焦距为2.24mm,相对孔径为1:2.8,像面照度均匀性达到90%以上,点列图弥散斑均方根半径值小于1/2像元,光学传递函数在145lp/mm空间频率处大于0.4。全向凝视光电成像系统可实现半空域目标实时探测。     

基于双线性插值的鱼眼镜头校正算法

文章通过对基于双线性插值算法的鱼眼镜头校正算法进行分析。从鱼眼镜头成像的基本原理以及成像的光学性特点进行分析,在此基础上对鱼眼镜头成像畸变原来与校正流程进行归纳总结,从常见的图像插值算法进行分析图像校正的过程,并运用三种方法即最近点插值法、双线性插值、双三次插值三种方法进行对比分析,最后根据双线性插值算法的最优性,校正后图像有明显的改善,图像更加清晰。     

一种鱼眼镜头畸变图像实时校正算法

鱼眼镜头拍摄到的图像具有严重的畸变,不利于人眼观察和机器识别,需要对畸变的鱼眼图像进行校正。文章提出一种鱼眼图像校正算法,在扫描线逼近法的基础上提出了改进的有效区域提取算法,且针对校正后图像提出一种新的展开方法。     

Intersil推出鱼眼镜头图像修正技术

Intersil公司宣布,其IntersilTechwell产品事业部开发出一种新的鱼眼图像校正技术。该技术可对鱼眼镜头的超广视野所产生的视频图像失真进行实时校正,并以标准矩形输出来提供经校正的图像。     

鱼眼图像的校正算法

基于鱼眼镜头的全方位视觉系统可应用在很多方面,如全视觉监视、机器人导航等。全方位视觉系统的标定和畸变图像的校正是至关重要的两个部分。本文给出了标定鱼眼图像中心和半径的方法,算法简单,易于用软件实现;并通过实验说明它们的有效性;然后用标定得到的参数进行校正。鱼眼成像规律常被用于鱼眼镜头设计。本文推导出校正模型,基于这些校正模型得出了组合校正模型,并通过实例验证了这种组合校正模型的正确性和有效性。     

鱼眼镜头的研究进展及应用

鱼眼镜头优势在于拥有极大的视场,可以捕获更多信息。如今鱼眼镜头在安保安防、摄影、航空航天等方面得到广泛应用,尤其在军事和国防中的地位不可替代。本文首先概括了鱼眼镜头的成像原理和发展历程,分析了现代鱼眼镜头初始结构设计中的光线溢出以及与镜面无交点等常见的关键问题和已有的思路,介绍了现代鱼眼镜头的应用和发展趋势,最后讨论了鱼眼镜头目前发展中存在的一些设计瓶颈以及鱼眼镜头未来的发展方向。     

一种改变鱼眼镜头弧度的算法

鱼眼镜头的视场很大,可以拍摄很大范围的景物。鱼眼镜头的视场大小,是和鱼眼镜头的镜片弧度成正相关的,即镜头弧度越大,所拍摄图像的视场也就越大。通过研究鱼眼镜头的成像模型,对鱼眼镜头所成图像进行数学建模,并对模型进行计算,得出一种可以改变鱼眼镜头弧度的算法。     

激光告警用红外鱼眼镜头的光学系统设计

介绍了获取超大空域物体热像信息的红外鱼眼镜头的光学系统设计,设计采用非制冷长波焦平面阵列探测器,视场为170°,像质得到了很好的矫正。     

准分子激光刻蚀可变焦光路设计研究

为了研究在准分子激光刻蚀聚合物的过程中避免经常往复更换不同大小而形状相同的掩模的实验操作,保证实验的连续性和结果的真实性和可靠性,在实验的加工系统中基于变焦距系统的原理采用引入一个变焦物镜代替原来系统中普通物镜的方法,取得了一个准分子激光刻蚀可变焦光路系统.采用ZEMAX软件设计一个可变焦物镜镜头并分析了它的成像质量.经过ZEMAX软件的模拟,结果表明,此变焦镜头成像质量基本达到要求,缩小倍率在0.15～0.24范围内可连续变化.因此,使用这个变焦物镜,在同样的实验条件下,可以采用同一片掩模而不再往复更换掩模就可蚀刻出大小不同的结构;同时由于不再经常需要中断实验过程,保证了实验结果的真实性.该技术在激光蚀刻中有很大的可行性.     

高变倍比全动型变焦距光学系统设计

为了提高变焦距系统的变倍比、扩大系统的视场,同时简化系统的结构,采用多组全动型机械变倍补偿形式,同时对系统的前组进行复杂化设计。选取10个焦距位置进行设计计算,设计了焦距7.0～1 400.0 mm,视场0.25～47.44的200倍连续变焦距系统。整个系统由6组19片透镜组成,系统具有超大变倍比,大视场等特点。结果表明:多组元全动型变倍补偿形式对于实现大变倍比和简化系统结构是十分有效的。通过对设计结果以及凸轮拟合曲线分析,整个系统成像质量达到设计要求。     

全反射式红外变焦光学系统设计

针对透射式红外变焦光学系统结构复杂,无热化设计较难等问题,提出全反射式红外变焦光学系统设计。讨论了该光学系统的变焦理论,对反射变焦系统初始结构进行了高斯解分析,给出了其初始结构的计算方法。设计了一离轴三反射镜红外变焦系统,系统焦距为300～600 mm,F数为2.1,工作波段为8～12μm,采用某型非制冷长波红外探测器,截止频率为14 lp/mm,系统变焦过程近似线性连续,像面稳定,像质良好。     

连续变焦光机系统凸轮轮廓设计

介绍了光学连续变焦物镜的工作原理以及光路计算过程。对绘图法设计凸轮轮廓产生误差的原因进行了简单分析。利用Pro/E设计软件,对凸轮零件轮廓进行了三维详细设计,准确还原了连续变焦光学系统中变倍组和补偿组透镜的运动规律,提高了凸轮轮廓的设计精度。     

自由曲面变焦的内调焦式光学系统设计

具有调焦功能的光学系统在空间探测领域中有着重要的应用需求。设计了一种基于自由曲面垂轴偏移的内调焦光学系统,该系统中采用特殊自由曲面面型结构,构建自由曲面透镜组,利用垂轴偏移的变焦特性,改善光学系统的成像位置,提升在空间环境多样性和宽物距成像的适应性能力。具体分析了自由曲面透镜组的调焦原理,并成功将自由曲面透镜组应用到焦距为100 mm的光学系统中,分析像距扰动和物距变化两种情况下的成像质量和偏移量。结果表明,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率处大于0.3,满足成像要求,该系统具有成像性能稳定和微米量级补偿量等特点。     

变焦距镜头的凸轮优化设计

变焦距镜头由于其固有特点而得到越来越广泛的应用，目前，连续变焦的变焦距镜头普遍采用机械补偿型光学结构，其中的特定光学透镜组通过凸轮的驱动沿光轴连续移动，从而实现连续变焦，其可变组元数大多为二组或更多。变焦凸轮的优化是这现变焦距镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的关键，军用变焦距镜头尤其应考虑其变焦运动的平滑性和变焦过程的快速性。简述某二可变组元机械补偿型变焦距镜头的凸轮优化方法，给出适合不同凸轮数据点数和二可变组无变焦距镜头光学设计使用的Macro-PLUS凸轮优化宏程序主体。     

基于鱼眼镜头的运动目标跟踪

针对运动目标在普通镜头下跟踪视角小,以及在复杂背景下容易丢失的问题,提出了一种基于鱼眼镜头的改进Mean-shift算法。首先通过SIFT算法提取运动目标初始帧,利用卡尔曼滤波算法预测下一帧运动目标位置,进而采用改进的Mean-shift算法进行运动目标的跟踪。实验结果表明利用鱼眼镜头配合本文改进的Mean-shift算法具有良好的跟踪效果,与传统的跟踪方法相比具有大广角、实时性、鲁棒性、准确性等特点。     

Design and characterisation of half-Maxwell fish-eye lens antenna in 76-81 GHz band

A new inhomogeneous lens, made up of three hemispherical shells, is proposed. By approximating the Maxwell fish-eye law, this gradient index lens exhibits interesting focusing properties. A prototype of this lens fed by a waveguide has been measured in the 76-81 GHz band, showing an average gain of 21.7 dBi.     

四反射镜红外变焦距系统设计

介绍了一种相对简单的、基于赛德尔像差理论的四反射镜机械补偿红外变焦距系统的光学设计方法.该方法的实现包括对单个反射镜成像规律的研究、变焦系统机械补偿的概念以及反射变焦系统赛德尔像差系数解析表达式的推导.该方法的优点在于,通过求解赛德尔像差方程组可以得到系统的初始结构参数,如各个镜子的曲率半径和间隔等.两个设计实例的结果表明,这种设计方法在设计大变倍比红外反射变焦系统时是可行的.     

高分辨率像方远心连续变焦投影镜头的设计

为了满足基于TIR棱镜的高分辨率工程投影机对高分辨率、高照度均匀性、长后工作距离及连续变焦投影的工作需求,设计了一种基于TIR棱镜的高分辨率像方远心连续变焦投影镜头。该镜头焦距为25~32 mm,F#为2.4,工作在可见光波段。该投影镜头具有靶面大、分辨率高、后工作距离长及照度均匀性高的设计难点,通过选择反远距的双高斯结构,控制像方远心度,通过采用不同材料搭配,并借助CODE V的玻璃专家优化功能,反复迭代优化,最终,得到满足使用要求的连续变焦投影镜头。结果表明:该镜头在连续变焦过程中各视场MTF值在72 lp/mm处不低于0.4,各视场RMS弥散斑直径小于8.5 m,畸变小于2%,短焦边缘视场照度均匀性大于95%。该连续变焦投影镜头采用全球面设计,结构紧凑,成像质量好,畸变、垂轴色差和照度均匀性都得到了较好的控制,可以很好地满足高分辨率工程投影机的投影需求。