激光辐照3CCD规则分布亮点的研究

为了研究激光辐照3CCD,除观察到主光斑、衍射光芒外,主光斑附近呈现规则分布的亮点。采用傅里叶光学的成像原理,通过数值计算的方法,得到了激光对3CCD的干扰效果模拟图,数值模拟的研究结果与实验现象基本一致。结果表明,主光斑附近规则分布的亮点并不是由杂散光引起的,而是激光辐照六边形光阑,在透镜组焦平面所成的频谱分布。     

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064 nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。     

基于空域变换的超分辨成像系统

传统的超分辨成像系统易受外界环境影响,抗噪效果差,输出的超分辨图像清晰度较低,基于此设计基于空域变换的超分辨成像系统,系统先将激光集中在孔径光栏上射出,通过聚光镜汇聚激光,根据分光镜和辅助镜将激光聚焦在显微镜焦平面上,依照物镜将激光束转变成平型光,使平行光能够均匀照射测量样品上,采用显微镜和辅助物镜处理从样品表面反射的带有样品信息的激光,最后通过分光镜反射带有信息的激光,反射光束在CCD上显示成像,核心处理器是FPGAWie的图像采集模块,采集CCD传输的视频图像后,通过通用并行接口将采集的视频图像数据传输到图像处理模块,该模块通过空域变换方法处理图像,获取超分辨图像,最终传输到计算机上进行显示。经过实验分析发现,该系统图像稳定性和图像清晰度平均值分别是98.538%和99.19%,干扰信噪比为16 d B时,该系统成像时间最短为6.57 ms,说明该系统成像清晰度高、抗干扰性能优。     

变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验

开展了变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验,测得了半导体激光（750 nm）对变焦距（17~187 mm）彩色CCD相机的干扰效果;同时利用典型的激光干扰CCD模型,完成了对实验结果的验证与理论分析。理论与实验结果表明:750 nm激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象;在激光辐照条件相同情况下,光学系统焦距f越大,被光阑截断的激光就越少,到靶的激光功率密度就越高,CCD靶面的光饱和面积就越大;光学系统焦距f为17 mm时,CCD靶面的光饱和面积为0.33 mm0.29 mm,而当光学系统焦距f增大至120 mm时,CCD靶面的光饱和面积为1.8 mm1.2 mm。仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。研究结果将对CCD器件的实际应用具有一定的指导意义。     

视场外激光对CCD成像制导武器的干扰研究

CCD成像制导武器在军事上的广泛应用,促使与之相应的光电干扰技术得以迅速发展,采用低能激光进行压制性干扰是一种有效的干扰方式.在实战环境中,难以保证激光束始终直射导引头内CCD探测器表面.为了验证视场外激光能否干扰CCD成像探测系统和干扰程度,首先介绍软破坏的实用性和可行性,进行了视场内、视场外激光干扰VC-210B型CCD探测器的实验,分析了视场外激光干扰的原理,并对激光软破坏某型CCD成像探测器所需能量进行估算,且从点源透过率角度说明激光视场外干扰的可行性.实验结果表明:视场外激光可实现对CCD成像探测系统的有效干扰.     

1.06μm连续激光损伤CCD的进程及损伤对成像能力的影响

研究了1.06μm连续激光辐照损伤CCD探测器的进程及不同损伤阶段CCD探测器成像能力的削弱程度。通过电子显微镜(SEM)扫描分析损伤机理,结合损伤状态下的CCD图像,解释了各损伤阶段成像质量变化的原因。结果表明:在点损伤阶段,微透镜熔融汽化,失去聚焦光束的能力,使得进光量减少,图像灰度降低,同时汽化的微透镜冷却后附着在封装玻璃表面,这是成像质量下降的主要原因;在线损伤阶段,激光对探测器多层结构有更深层次的损伤,使得部分像元失去成像能力,加上激光对封装玻璃的损伤,使得CCD探测器的成像能力逐渐降低。以已有的评估方法为基础,通过清晰度评定和形态学检测相结合的方式,建立了损伤评估模型,对不同损伤阶段的成像能力和成像质量进行评估,获得了损伤时间、损伤形貌、损伤阶段和探测器成像能力的对应关系。     

基于半球空间光纤阵列的双向反射分布测量

提出了一种基于半球空间光纤阵列的双向反射分布函数(BRDF)测量方法与系统.将多根光纤组成的阵列均匀分布于一半球面上,使球心处物体表面反射的光在三维空间中的角分布转换为同一平面上的二维图像,经CCD采集及相应的数据处理,可实现对物体表面双向反射分布函数的快速测量.同时,利用光纤将照射激光束传输到物体表面待测点,并通过光纤的弯曲角度可改变光束的入射角.利用该测量系统对不同材质、不同加工工艺的物体表面的激光反射分布进行了初步的测量和分析.结果表明,相比传统的扫描式测量系统,该测量系统在提高测量速度的同时,避免了由于光源功率的起伏和探测器响应度的涨落所引起的测量误差,且结构简单,使用方便.     

632 nm激光对CCD干扰效果仿真与实验研究

为解释激光对CCD探测器的干扰机理,建立了激光辐照CCD探测器的有限元仿真模型。利用波长为632 nm的激光对CCD探测器进行干扰实验,通过图像处理的方法得到了光功率与饱和干扰面积的关系曲线。建立“水桶”模型以及利用半导体PN结电子、空穴扩散理论建立有限元仿真模型,将这两个模型分别进行激光对CCD探测器干扰效果的仿真计算,得到不同光功率下的饱和干扰面积,并与实验结果对比,结果表明:“水桶”模型并未能较好地解释实验现象,而有限元模型的仿真结果与实验结果更加接近。故可利用有限元仿真模型来预测实际激光对CCD探测器的干扰效果。     

基于光栅成像投影的微位移检测方法

提出了一种基于光栅成像投影的微位移检测方法，利用光学傅里叶变换原理给出了具体的理论分析。准直激光束照明的光栅通过一个4f系统成像投影在被测物体表面上，光栅投影经过被测物体表面反射后由另一个4f系统成像在探测光栅上。探测光栅由一个透镜组成像在光电探测器上，其中采用由起偏器、光弹调制器和检偏器组成的偏振调制单元对探测光强进行调制。通过在4f系统的频谱面上设置滤波光阑，在光电探测器上获得了与被测物体的微位移成正弦关系的光强变化，检测出光电探测器上的光强变化即可以获得被测物体的位移量。实验验证了该检测方法的可行性，其重复测量精度小于25nm(1σ)。     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

激光干扰对CCD成像系统目标检测性能的影响

分析成像系统的工作过程及常用检测算法,针对激光干扰图像的特点,结合背景杂波的量化方法,提出基于目标背景结构相似度与平方和根的图像尺度。该尺度利用结构相似度在成像检测方面以及平方和根尺度在目标局部对比度方面的优点,适用于激光干扰后检测算法性能的评估。激光视场内干扰与视场外干扰的实验显示:激光干扰使得Otsu算法的分割精度受到较大影响;对于相关检测算法,激光干扰会使相关曲面出现较大的波动,增大了虚警概率。研究结果表明:该尺度能够较好地反映激光干扰图像对于CCD成像检测算法性能的影响,初步验证了尺度的有效性。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

利用CCD摄像头测量航空相机的焦面信息

提出了一种测量航空大孔径相机焦面信息的系统,论述了系统的测试原理和组成。系统采用长焦距准直物镜和CCD摄像头接收图像,利用动态扫描、灰度质心法和计算机处理技术,有效地确定最佳图像的位置和尺寸,从而能够实现航空相机镜头焦距的精确测量(误差为0．1％)和实际成像面位置是否正确的精确判断(精确度为100％)。     

A method for calculating the center position of collimated light

It is a key problem to accurately calculate beam spots＇ center of measuring the warp by using a collimated laser. A new method, named double geometrical center method （DGCM）, is put forward for the first time. In this method, a plane wave perpendicularly irradiates an aperture stop, and a charge couple device （CCD） is employed to receive the diffraction-beam spots, then the geometrical centers of the fast and the second diffraction-beam spots are calculated respectively, and their mean value is regarded as the center of datum beam. In face of such adverse instances as laser intension distributing defectively, part of the image being saturated, this method can still work well. What＇s more, this method can detect whether an unacceptable error exits in the courses of image receiving, processing and calculating. The experimental results indicate the precision of this method is high.     

Amplitude-division three-electron-wave interference for observing pure phase objects having low spatial frequency

A new interferometry is presented for direct visualization of pure phase objects having low spatial frequency, such as electromagnetic microfields. A thin crystal of silicon prepared using argon ion milling is installed at the standard specimen position. This silicon crystal works as an electron beam splitter and forms diffraction spots in the back focal plane. Using the objective aperture, [000], [111] and [111] spots are selected as coherent electron sources to illuminate the specimen located at the area-selecting aperture position. The lattice image of silicon is formed below the area-selecting aperture position by decreasing the electric current of the objective lens. Three defocused images of the specimen are observed in the fluorescent screen by overexciting the first intermediate lens. We have successfully visualized equipotential lines around a latex particle charged by electron beam irradiation. The computer-simulated image was consistent with the experimental image.     

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。     

激光干扰对CCD跟踪性能影响的图像尺度分析

分析CCD成像跟踪系统的组成及常用跟踪算法,针对激光干扰图像的特点,结合机器视觉中背景杂波的量化方法,提出一种基于小波能量与平方和根的图像尺度,并将其应用于激光干扰对成像跟踪性能的影响分析。该尺度利用小波能量尺度在成像跟踪系统方面以及平方和根尺度在目标局部对比度方面各自的优点,适用于激光干扰后跟踪算法性能的评估。激光视场内干扰与视场外干扰的实验结果表明,该尺度能够较好地反映激光干扰图像对于CCD成像跟踪算法性能的影响,初步验证了尺度的有效性。