细分采样叠加技术对推扫方向MTF的影响分析

阐述了细分采样叠加技术的原理和应用.分析了采用细分采样叠加技术对推扫方向调制传递函数(MTF)产生的影响.并在此基础上研究了电路读出时间对细分采样叠加技术的影响.给出了不同采样倍数对应的MTF和电路读出时间所引起的MTF变化.     

多次采样技术在红外推扫系统中的分析与应用

介绍了影响红外推扫系统噪声等效温差(NETD)的参数,证明了多次采样技术可以显著降低系统NETD,提出了在驻留时间一定的情况下选择积分时间和采样次数的原则.通过短波红外相机实验表明多次采样技术可以显著提高图像质量.     

航天相机MTF测试靶标研究

在采用矩形靶标测量航天相机系统MTF时,由于采样初始时刻靶标像与CCD像元间存在配准误差,因此给准确测量系统MTF带来很大困难.为了减小配准误差对测量的影响,提出了采用粗分与细分相结合的梯形靶标,并推导出在奈奎斯特频率下动态测量调制传函时,由采样初始时刻配准误差所引起的配准误差调制传递函数MTF计算公式,并按此公式分别得到了粗分精度和靶标斜率对测量相机系统MTF精度的影响.通过分析,采用梯形靶标可以有效减小配准误差对测量系统MTF的影响,提高测量精度.     

细分采样叠加技术在推扫式长波红外成像中的应用

在推扫式长波红外成像系统中,由于强辐射背景的存在,探测器的饱和积分时间只占像元驻留时间的十分之一甚至几十分之一,针对这种情况,将细分采样叠加技术应用在该类成像系统中,可以有效地利用推扫成像方式相对于机械扫描成像方式在驻留时间上的优势,达到提高系统信噪比的目的.文中首先针对短积分时间长波红外探测器的特点阐述了细分采样叠加技术原理,从理论上分析了叠加对PTF和图像信噪比SNR的影响.接着简要叙述了基于细分采样叠加技术的长波红外成像系统的软硬件研制情况,最后通过成像实验,验证了系统所采用的各种方法的有效性.     

红外合成孔径衍射光学系统成像特性建模与分析（英文）

基于衍射成像机理,建立红外合成孔径衍射光学系统调制传递函数（MTF）和信噪比（SNR）模型。随后,基于三维时域有限差分（FDTD）方法计算成像系统衍射效率,进而结合调制传递函数与信噪比表征系统成像特性。最后,分析了不同工作波长、视场和填充因子对主镜成像特性的影响。分析结果表明,红外合成孔径衍射光学系统的衍射效率、MTF和信噪比均具有空变、谱变特性,且随主镜填充因子的减小而降低。当填充因子为0.6时,与理想的全孔径系统相比,MTF积分面积降低45.42%,信噪比减小4.92 dB。该模型可用于分析红外合成孔径衍射光学系统成像质量,为成像系统的设计提供参考。     

FY-2卫星热红外波段MTF在轨评价及其在改进图像质量中的应用

提出了基于理想斜坡模型及目标延拓空间卷积变换的采样成像系统热红外波段MTF在轨评价方法.仿真结果表明,该方法对性能良好的成像系统而言,系统特征MTF值的绝对评价误差约0.05.同时,利用2006～2008年间的观测数据,定量评价了FY-2C卫星热红外通道的系统MTF特性,与卫星发射前地面测试结果基本一致.采用在轨评价得到的系统点源扩展函数(PSF),对FY-2C卫星热红外通道图像进行了复原处理,得到了清晰度更高的图像产品,并给出了对典型台风监测结果的改进.传统在轨MTF评价方法中采用的理想阶跃模型,可视为理想斜坡模型中参数Nslope为0时的特例.因此,该方法同样适用于可见光、近红外波段的在轨MTF评价.     

噪声特性对多次采样累加平均技术的影响

在加性白噪声干扰下,对长驻留时间成像光谱仪运用多.次采样累加平均技术可以使信噪比随采样累加平均次数的平方根增长.实际系统中的噪声可能包含有色噪声成分,使得多次采样累加平均技术存在一定的应用限制.通过对数字累加平均处理后信噪比的变化进行理论推导与分析,得出了噪声的自相关特性对信噪比的影响.根据对暗信号和积分球面源信号分别进行2至300次累加平均并计算信嗓比,证明CCD成像光谱仪系统及愉入信号中存在有色噪声.当有色噪声相关性小时,家加次数低于50仍能得到理想白噪声时的效果.     

扫描次数对钢板激光弯曲成形影响的模拟

研究了6 mm和9 mm两种厚度的钢板在不同激光工艺参数下扫描次数对激光弯曲成形过程的影响.利用三维热力耦合有限元(FEM)模型模拟计算了激光多次扫描弯曲成形过程的温度场、应力场和弯曲角度的变化.测忖量了成形过程中温度和弯曲角度的变化,模拟结果与实验结果符合较好.模拟结果表明,每次扫描过程中温度场变化基本相同,残余应力和钢板弯曲角度随激光扫描次数的增加而增大.随着扫描次数的增加,6 mm厚钢板的弯曲角度增量减小,而9 mm厚钢板的弯曲角度呈线性增大.激光工艺参数影响钢板下表面的应变强化程度,在不同的激光工艺参数下不同厚度钢板的弯曲角度随扫描次数的增加变化规律不同.     

偏振副载波调制在光纤色散与PMD监测技术中的应用

利用偏振副载波调制(SCM)的方法,协同监测光纤通信系统的色散(CD)和偏振模色散(PMD).通过发送端叠加2个不同频率的副载波、接收端监测2副载波对应的功率和功率比值的方法协同监测光纤通信系统的CD和PMD.接收端副载波功率随CD和PMD的增加而增加,其比值随CD的增加而增加、随PMD的增加而减小,通过监测2副载波的功率和其比值,可以实现CD与PMD的协同监测.     

像素有效形状对微扫描红外超分辨成像的影响

超分辨成像是基于过采样来降低频率混叠、提高图像分辨率的技术,而像素有效形状是超分辨相关研究的重要对象。基于实际的红外焦平面阵型提出了Z形有效形状模型,并分析了常用的方形模型和Z形模型分别得到调制传递函数(MTF)的差别。还提出了形状边界到中心点的差值越小,其得到的MTF 越大的假设,通过对不同形状模型的MTF 推导分析和数值模拟,其结果证实了这一假设。数值模拟结果还表明圆形模型具有最大的MTF 值。上述结论对未来的红外焦平面阵型设计与生产具有参考意义。     

水下距离选通成像系统调制传递函数模型分析

随着国家对水下成像探测、水下资源勘查等应用需求增加,建立符合实际情况的水下光电成像模型,成为目前水下成像研究者的目标。为了探究水下距离选通成像系统性能,建立了距离选通成像系统各个模块调制传递函数模型,以及总的系统调制传递函数模型。对目前市场上主流成像系统所采用的超第二代、第三代像增强器的选通成像性能进行理论对比仿真分析,完成了对水下距离选通成像系统性能模型的仿真。结果表明,前向散射光调制传递函数以及后向散射光调制传递函数随着探测距离以及选通时间的增加呈现逐渐下降趋势,并且前向散射光调制传递函数下降的速度更快;系统调制传递函数随着探测距离、选通时间和空间频率的增加而逐渐下降,并且通过理论模型分析得到典型的第三代像管的性能比超第二代像管的性能在水下距离选通成像过程中更具优势。     

空间相机系统自准直传函测试方法及应用

调制传递函数（传函）测试是空间相机研制过程的重要环节,常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线,发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管,得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象,该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题,给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接,分析了探测器滤光片对焦面位置的影响,提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用,为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。     

湍流变化对多孔径光学系统成像特性的影响

为了研究大气湍流变化对多孔径光学系统成像质量的影响,针对Golay3结构建立了一个理论分析模型,推导了湍流影响下望远系统的点扩散函数（point spread function, PSF）的表达式。分别针对近似圆形和近似长条状分布的湍流结构对成像特性的影响进行了讨论,具体构建了两种湍流影响下的光场相位计算模型,并计算比较了两种湍流的调制传递函数（modulation transfer function, MTF）。结果表明,光路中存在湍流将导致系统成像质量下降。在近似圆形湍流中,湍流强度越小,系统MTF影响越小。不同强度湍流影响的MTF在归一化空间频率0.16、0.45和0.69处均下降0.05左右。在近似长条状湍流中,对流湍流风速越小,系统MTF影响越小。不同风速的湍流影响的MTF在空间频率0.16、0.42和0.69处分别下降0.25、0.09和0.05左右。比较两种湍流表明,近似长条状湍流对成像系统MTF影响更为明显。     

紫外像增强器的调制传递函数测试系统设计

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅里叶分析的调制传递函数测试原理,设计了一套紫外像增强器的调制传递函数测试系统。然后对3支紫外像增强器进行了调制传递函数测试实验,得到3支紫外像增强器的MTF曲线截止频率均在32~34 lp/mm之间,并根据MTF曲线对3支紫外像增强器成像质量进行对比分析。最后经过重复测试得到几个重要频率点MTF测试值的标准差均低于0.02。     

室内模拟环境下动态调制传递函数检测方法

针对车载视觉智能感知、低空区域防务等光电成像系统远距离观测动态性能测评需求,研制了室内运动目标模拟系统。基于线性移不变系统模型,分析了“三杆靶”、“四杆靶”靶标MTF测量原理,提出了一种基于变频栅条靶标的动态MTF检测方法,给出了变频靶标设计方案和MTF解算方法。完成了“三杆靶”和变频靶标测量方法的静态和动态MTF对比测试实验。实验结果表明:提出的变频靶标动态MTF检测方法与“三杆靶”测量方法相比,在静态MTF检测时测量数据的相对最大偏差比率为1.9%,动态MTF检测时测量数据相对最大偏差比率为2.8%,是一种高精度数字化动态MTF检测方法。该方法可以从一幅靶标图像中解算出MTF曲线,在动态MTF检测技术领域比“刀口法”、“三杆靶”、“四杆靶”等方法更具优势。     

由传递函数分析光电成像系统的分辨率

光电成像系统的空间分辨是表征系统性能的一个最主要指标，通过分析光电成像系统中的传递函数，用特征频率法和传递函数对频率的积分方法分析了系统的空间分辨，并针对一组典型的光电成像系统参数进行了计算。结果为：系统在Nlyquist频率处显示图像的MIF=0．017；传递函数对频率积分法计算表明：系统实际的分辨率为18．6cycles/mm。分析过程表明：显示器是限制实时成像系统空间分辨的主要因素，其次是探测器的像元尺寸，再次是电子系统的带宽。同时表明，分辨率只有在系统中讨论才有意义，仅用Nyquist频率表示是欠妥的。     

调制传递函数在光学相机支撑设计中的应用

为指导遥感相机主次镜支撑桁架的设计,以满足整系统调制传递函数(MTF)为目标,分析系统各环节MTF对整机的影响,确定以光学衍射限传递函数为约束设计系统主体支撑结构。由在轨产品的实测MTF及装调、电子学的传递函数因子推出杆支撑条件下的光学衍射限传递函数最小值,指出光学软件不能全面评价遮拦对光学衍射限传递函数的影响,确定以光瞳函数计算不同遮拦时光学系统衍射限传递函数,得出三杆时杆直径最大为38mm,四杆时杆直径最大为26mm的遮拦分布。通过有限元计算两种结构布局下杆不同壁厚的系统静载变形及模态频率,认为直径26mm、壁厚4mm的四杆结构,支撑结构质量从现有40kg减至4kg,静载变形水平放置25μm、竖直放置0.85μm,系统基频98.9Hz,一阶扭转频率183Hz,满足卫星载荷设计要求。     

不同天气条件下户外场景图像生成方法研究

大气介质和天气条件的变化使户外场景图像的生成相当复杂。文中分析了不同天气情况下大气介质对成像的影响,给出了由天气参数：拍摄时间、日出、日落时间、温度、风速、相对湿度、太阳照度等计算湍流大气调制传递函数MTEsc,由能见距离和光程计算气溶胶调制传递函数MTFa的方法,由两者的乘积得出总的大气传递数MTF,再利用大气传输理论,由总调制传递函数生成不同天气条件下的图像;文中还给出了图像生成的具体流程。实验表明：模拟生成的图像与实际拍摄的图像非常接近,获得了满意的实验结果。