基于DMD的红外场景仿真系统光学引擎设计

针对DMD(Digital Micromirror Device)器件是针对可见光波段设计,直接用于红外波段会遇到问题,提出了一种远心投影光学引擎架构,包括投影光学系统和照明光学系统.该光学引擎采用柯勒远心照明架构,并引入一片场镜来分离投影和照明光束.这种光学引擎结构紧凑、照明均匀、光能利用率高.     

双DMD变焦红外双波段场景模拟器光学引擎设计

为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异,设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎,包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面,采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明:照明光学系统的照度均匀性优于94%;中波(3.7~4.8μm)和长波(8~12μm)内,变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF,Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4;系统畸变小于0.5%,满足使用要求.     

数字微镜器件(DMD)在相干光照明下的空间光调制特性

分析了DMD的微结构和工作原理;引入占空比因子,通过空间分区建立了较为完善的DMD空间光调制理论模型;根据该模型预测了经DMD调制后的频谱中,存在2个互补图像区域;沿这2个互补区域的对称轴方向各级衍射不含图像调制信息;设计了相干光照明下DMD空间光调制特性实验,理论与实验符合得很好.     

数字微镜器件调制多波长关联成像系统

关联成像是一种新体制成像方法,能够解决一些传统成像技术无法解决的问题,近年来颇受关注。其中,又以基于数字微镜器件（DMD）和空间光调制器（SLM）的计算关联成像发展最快。将DMD应用于计算关联成像,利用其调制速度快、反射波段宽的优势,结合压缩感知方法,可在多个波长上获取高质量图像,实现多波长关联成像。多波长关联成像在实现过程中存在几个关键问题,包括赝热光场的有效产生、光场调制中衍射效应和调制噪声的影响,以及高质量图像重建算法等。对上述关键问题进行数值仿真,确定系统最佳工作参数;在此基础上构建多波长关联成像实验系统以验证效果,为关联成像技术的实用化提供了参考。     

基于DMD的长波红外变焦投影系统设计

基于数字微镜器件（DMD）的红外景象模拟器在室内环境下通过模拟真实景物及其环境的红外辐射来测试红外成像系统的性能。为实现基于DMD的红外景象模拟器能够满足不同待测系统的视场角匹配,同时为避免投影系统与照明系统发生空间上的重叠,设计了一套配有分光棱镜的红外变焦投影系统。该系统工作波段为8～12 m,F数为2.7,采用光学补偿变焦方式,可实现50/100/150/200 mm四档变焦。根据四组元系统负组补偿原理及其高斯光学公式对系统光学参数进行计算,选用与参数相近的初始结构进行处理及优化。设计结果表明,各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数值均接近衍射极限,符合使用要求。     

超高斯平顶分布光束空间整形技术研究

高能激光器为了获得高光束质量的方形超高斯平顶分布的激光输出,需要对注入的高斯激光脉冲的几何轮廓和强度分布进行空间整形。数字微镜器件(DMD,digital moero-mirror device)是一种性能优异的、基于数字调制的空间整形器件,具备对比度高、分辨率高和抗干扰能力强等优点,非常适合高能激光器高电磁干扰的工作环境。基于DMD,研究了光束空间整形的算法和实验研究。通过二次整形,光束近场调制度(光强的最大值比平均值)由一次整形后的1.85∶1下降到1.33∶1,改善了28.1%,能量损耗为35.7%;并且,二次整形后的光束具有极强的稳定性,在写入整形光阑不变的情况下,输出光束近场调制度的分散度仅为1.77%,降低了环境的变化、"噪声"的随机分布对光束强度分布的影响。     

散射体和吸收体的超声调制光学成像

具有超声定位的高空间分辨率特点和光学检测的高灵敏度特点的超声调制光学成像(UOT)既可以对光吸收介质进行成像也可以对光散射介质进行成像。在介质和光电倍增管(PMT)之间放置两个小孔,通过控制PMT的探测位置提高了系统的信噪比和成像对比度,同时获得了浑浊介质中隐含散射体和吸收体的一维成像。实验结果表明在不同的探测位置处,超声调制光信号的调制深度M与介质的吸收系数和散射系数的关系不同。选择合适的PMT探测位置,超声调制光学成像信号不仅可以体现吸收体和散射体的大小和强弱,还可以分辨出吸收体和散射体的不同。     

水下近场探测与成像的光学调制技术研究

基于光学调制的水下探测与成像技术是目前最先进的水下光电探测技术之一。本文结合国外最新的理论研究成果、实验装置与实验结果对水下近场探测与成像的光学调制技术进行了进一步的探索。论证了光学调制技术作为水下探测方面的最新技术,其相对于众多成熟技术的优势与在该领域的发展潜力,并对水下环境特征、基于频域的水下探测技术以及应用于水下近场成像的时变强度调制技术进行了分析与讨论。     

用于交通监控系统的光学成像镜头的设计

设计一种用于交通监控系统的宽波段大孔径光学成像镜头,利用红外光的大气窗口,可在黑暗中或能见度不佳的环境中得到清晰的图像。为了对近红外光与可见光成像,采用CCD作为图像传感器,选用的CCD像元尺寸为4.65μm,其分辨率极限为110lp/mm。镜头的F数为1.6,视场角为16.8°,中心波长为880nm的近红外光,工作波段为400～1000nm。通过计算光学镜头的参数,选用松纳型作为镜头初始结构,通过软件优化,在110lp/mm空间频率处所有视场的调制传递函数(MTF)值超过0.3,最大畸变小于0.1%。     

DMD灰度调制特性及其在场景仿真中的应用

基于数字微镜器件（DMD）的红外场景仿真系统中图像显示是采用灰度调制技术实现的。介绍了DMD灰度调制技术的原理。分析了在探测器帧频不变的情况下,调整DMD显示帧频,图像灰度调制与探测器帧频之间的关系,得出如果DMD显示帧频与探测器帧频满足一定关系,不外接同步信号探测器也可以得到完整的图像,并通过实验进行了验证。     

基于DMD高分辨率激光直写系统设计与实现

提出了利用数字微反射镜(DMD)实现高分辨率高速度光刻图像的方法,通过对激光直写系统Holomaker-Ⅲ-B光路的改装,将DMD代替原来的方孔作为光调制器,把DMD上的图像成像在光刻胶板上,得到一个缩小倍率的高质量的任意光斑图形.此系统分辨率能够达到6000DPI,能够制作出高质量的光变图像,例如2D图像,2D/3D图像,3D图像以及各种精密的微刻图像和文字,并给出了实验结果.     

DMD衍射特性及其在红外场景仿真中的应用

为了提高基于数字微镜器件(DMD)的红外场景仿真系统输出图像对比度,分析了DMD的结构及工作原理,利用其类似闪耀光栅的结构特点,建立仿真模型.利用傅里叶光学分析其衍射特性,并用MATLAB进行仿真.当单色平行光入射,通过改变输入光波波长,分析衍射光强分布变化,得出入射光波波长与微镜片越相近,衍射效果越显著;通过改变入射角,分析衍射光强变化,得出在一定范围内改变入射角,衍射光强发生偏移,对输出图像影响发生变化.在红外场景仿真系统中,可以通过改变光源入射角提高输出图像的的对比度.     

基于图像处理的胶囊外形快速检测系统设计

为了提高胶囊检测的速度和精度,提出了双通道胶囊外形快速检测技术及系统。运用基于图像处理方法的计算机视觉技术,实现对医用空心胶囊外形的快速准确检测。采用近红外以及可见光的双通道方法实现对胶囊360°、两个端面及内部缺陷全方位的自动检测。主要通过双阈值分割和方形滑块算法分别实现对胶囊轮廓和胶囊结合体的提取,通过边缘检测以及孔洞填充算法实现对胶囊缺陷的检测。胶囊外形快速检测系统可对多种类型胶囊的多种缺陷进行检测,同时具有速度快、准确率高、系统运行稳定等优点,在医用空心胶囊外形的检测中具有较好的应用性。     

数字微镜器件的时空特性

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件，可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上，数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器，在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。本文介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理，分析这种器件的时间空间特征，讨论了这种时空特性对结构照明型三维传感应用的影响。本文还给出了反映这种时空特性的实验结果。     

基于SOA和EAM的全光超宽带脉冲波形调制

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)和电吸收调制器(EAM)实现超宽带(UWB)脉冲波形调制(PSM)的方案,利用SOA的交叉增益调制(XGM)和增益饱和效应产生高斯单边带(monocycle)信号,利用EAM的交叉吸收调制(XAM)效应控制泵浦光与monocycle信号的叠加,进而实现UWB PSM。与其它方案相比,本文方案具有结构简单、易于控制和色散管理相对简单的优势。利用OptiSystem7.0软件进行了仿真研究,分析了输入信号功率、调制速率和光源波长对UWB PSM信号的影响,研究了UWB PSM信号在光纤中的传输特性。结果表明,本文方案对输入信号波长不敏感。给出了输入信号功率和调制速率的优化范围。     

光通信高速率调制系统设计及性能仿真测试

为了奠定未来光通信高效实行的基础,需要研究高速高质量的激光调制系统。本文在一般调制系统设计原则基础之上,从核心器件入手,选定了以DFB激光器、EAM为主的调制整体框架;之后进行了激光器周边辅助电路、调制器驱动电路以及调制器自身结构的精细化设计,形成了高速调制系统设计框图;利用光通信仿真平台Optisystem在临界调制速率1.12 Gbits、高速5 Gbits、超高速10 Gbits三种梯度下进行了该系统的性能测试。结果显示:1.12 Gbits到5 Gbits测试性能优异且稳步提升,表明该系统能够满足现阶段一般条件下的光通信高速调制需求;但10 Gbits下系统表现不够稳定,说明适应超高速条件下的调制系统还需进一步深入研究。该调制系统的设计和仿真对后续实测工作的开展具有重要指导意义。     

大功率LED的脉冲响应及其大电流光调制技术研究

LED作为可见光通信(VLC)的发射光源时为保证足够 大的光信号覆盖范围和信号强度,应采用大电流脉冲调制。本文研究了大功率LED的光 -电脉冲响应比小功率器件较慢、从而造成光调制带宽降低的原因,以及LED注入电 子和空穴的缓慢复 合与驱动电路晶体管在大电流工作时的存储效应;由此设计了FPGA控制下的光脉冲整形方案 ,信号脉冲经由FPGA再生同时产生另外两路相位关联的短脉冲,同步控制驱动电路分别 在信号脉冲上 升沿施加一个瞬时高压加速载流子注入,在脉冲下降沿使LED两端短路将剩余载流子泄放, 使光脉冲边沿加速进行整形。对接收信号 的眼图和误码率(BER)的测试结果表明,在接近安培量级的 峰-峰值调 制电流下,通过这种同步控制方法使光信号质量得到有效改善,传输速率得到明显提高。