三线阵立体测绘相机构像及误差模型的建立

为了满足立体测绘系统的定位精度要求,在三线阵立体测绘相机研制基础上,通过建立三线阵立体测绘相机实用构像模型,确立被探测地面点在地面坐标系中的坐标与其像点在CCD坐标系中的坐标以及在统一的像平面坐标系中的坐标之间的数学关系式;并在此基础上,推导了三线阵立体测绘实用误差模型,分析影响系统定位精度的主要误差源,并根据相机参数进行综合定位精度分析,结果表明该系统可达到无控定位精度50 m的精度要求,同时验证了构像模型及误差模型的正确性.     

偏流角误差对TDI CCD相机成像的影响与仿真

本文分析了TDI CCD相机的偏流角调整过程和偏流角误差匹配的影响因素,依据偏流角误差导致的姿态稳定度偏差对相机成像质量的影响,建立推扫相机像点与物点一一对应的数学模型,根据TDI CCD成像时超出对应像素的横向与纵向偏移量的累加计算,仿真卫星姿态稳定度改变时相机的成像;同时,利用单轴气浮转台和面阵CCD进行成像实验,将实验条件的像移速度与仿真条件的像移速度匹配,并对面阵CCD成像进行偏移量的累加,模拟推扫CCD成像,最后利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像与实验成像质量。仿真成像与实验成像在对比度和互相关相似性测度上相差为0．03左右,能较好满足地面卫星相机连调试验的图像仿真。     

光学四象限分光器参数的优化设计

以几何光学的矩阵变换为基础，通过光线追迹的方法，对四象限分光的多透镜成像复杂光学系统进行仿真建模。由所得到的基本参数的关系曲线，优化确定系统的放大镜放大系数为20，分光镜离轴距离为3mm，系统出瞳直径1mm。对复杂光学系统参数的优化提供了新的思路和方法。     

三线阵立体测绘相机高精度调焦技术及实现

三线阵CCD立体测绘相机既要保证清晰成像,还要保证内方位元素测定精度要求.简要分析了立体测绘对调焦系统精度的要求,给出了导轨副调焦方案和凸轮驱动调焦方案,并设计了凸轮调焦机构以及控制单元.该系统结构紧凑,稳定可靠,通过实验表明,该调焦系统到位重复性精度小于±11μm,调焦运动引起的线阵CCD旋转误差小于5",直线性误差小于8",并且满足空间环境条件下立体测绘的使用要求.     

小卫星立体成像姿态控制半物理仿真

随着小卫星功能需求不断提升,小卫星同轨立体成像技术成为学者研究的焦点.针对某小卫星单线阵 CCD相机同轨立体成像期间的姿态控制半物理仿真展开研究.分析得出小卫星同轨立体成像过程中的姿态运行规律,对同轨立体成像的姿态控制算法进行设计,利用相似原理和姿态运行规律设计半物理仿真环境.基于高精度单轴气浮转台和星上部件建立小卫星立体成像姿态控制半物理仿真平台.利用该平台进行了同轨立体成像相关的姿态控制半物理实验.实验结果表明该小卫星立体成像过程中俯仰轴机动52°,用时67 s 完成,且达到三轴稳定状态.姿态控制指向精度优于0.05°,稳定度优于0.005°/s.表明设计的小卫星姿控方案可以完成单线阵 CCD 的同轨立体成像.     

航天遥感相机TDI CCD成像系统逻辑软件测试平台的设计

为提高航天任务中航天遥感相机软件系统工作的可靠性和稳定性,需要设计专门的逻辑软件测试平台,对软件配置项进行独立、全面的测试。提出航天遥感相机TDI CCD成像系统逻辑软件测试平台的设计方案。详细的介绍测试平台的主要组成部分和电路设计,并在实际检测中完成对TDI CCD成像系统的主控逻辑FPGA和数据处理逻辑FPGA的配置项测试,为软件配置项的改进和完善提供条件。     

线聚焦光学相干层析术的研究

提出了一种高速光学相干层析(OCT)成像技术方案。利用柱面镜的成像特性将传统OCT的点聚焦成像模式改变为线聚焦成像模式,从而降低二维OCT图像的扫描维数,达到提高成像速度的目的。利用ZEMAX光学软件对系统进行光线追迹获得光束经过柱面镜后的聚焦情况。随后采用635nm的激光光源和柱面镜构建了实验系统,实验结果很好地验证了光线追迹仿真结果。     

三线阵立体测绘卫星的测绘精度解析

航天摄影测量领域迅速发展，传感器技术的发展与应用日新月异，作为高分辨率对地观测系统的基本组成部分的绘测卫星，时至今日，已有了质的飞跃。作为成像传感器的一种航天遥感器——三线阵立体测绘相机，在航天领域中起着莫大的作用。本文不仅阐释了三线阵CCD立体测绘相机的基本原理，还就那些影响体测绘精度的误差进行了分析和探究，并提出了提高测绘精度的一些要求和措施。     

基于几何法立体图像校正的研究

立体视觉图像校正是加速立体匹配简单而常用的技术之一。采用几何法对使用棱镜的单镜头立体视觉系统图像进行校正,根据成像原理,从图像平面像素点反推到三维实体点的分析运算,利用成像光线几何关系求解虚拟相机外部参数,实现极线的校正,避免了复杂相机标定过程。同时,该算法可以从双棱镜应用推广到多面棱镜的单棱镜立体视觉系统图像校正。实验结果表明,基于几何法对使用棱镜的单镜头立体视觉系统图像校正是有效的。     

三线阵CCD相机亚像元精度几何标定方法研究

为了解决三线阵CCD立体测绘相机内方位元素的几何标定问题,提出了一种实现相机亚像元精度内方位元素和交会角标定的方法。该方法利用光学高精度角度发生器和CCD细分测量相结合的检测方法,由最小二乘回归分析,实现相机内方位元素的标定,并通过扫描星点图像标定交会角。校飞实验的数据处理结果验证了该方法的有效性。     

用于全景成像系统的一种新型光学非球面

介绍一种用于全景成像系统的单个复杂非球面前置元件,从几何光学的基本原理出发,给出了这种非球面的高斯分析和不同情况下的面形方程,利用正交拟合算法得到了便于实现光路计算的多项式表述,并成功地运用于光线追迹和像差计算。     

单层曲面复眼成像系统的优化设计

与传统曲面复眼结构不同,提出了在曲面基底上设计非均一微透镜阵列的构想.整个透镜阵列呈环状对称分布,沿径向排列的各级透镜其焦距由所处位置决定,与基底到光探测阵列的距离相吻合.根据几何光学成像原理计算了各级透镜的设计参数并通过光线追迹加以验证.仿真结果表明,这种设计可对全视场在光探测阵列上聚焦,解决了传统曲面复眼边缘视场成像质量急剧下降的问题.同时还论证了采用光刻胶热熔法在曲面基底上制作非均一微透镜阵列的可行性.     

基于坐标变换法的红外成像模型

针对气动光学传输效应,本丈提出一种用坐标旋转法追迹空间任意若干条光线得到光学传递函数(OTF)来计算成像的模型.该方法根据几何光学成像和坐标旋转变换原理,采用基于计算流体力学(CFD)网格的超高声速流场密度数据建立了成像模型,模拟出了流场的降晰效应,并且对仿真结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型在一定的精度内反映了现有的气动光学降晰现象.最后探讨了模型的精度及工程应用的意义.     

高效非成像聚光光学系统设计与性能分析

针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题,本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计,通过最大程度地减小球差,像面光斑的几何半径从42 mm降到了1.7 mm。基于此,在Zemax的非序列模式下,完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化,通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为87%、接收角为0.9°的非成像聚光光学系统。最后,基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品,实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明,该模组的光电转换效率达30.03%,与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。     

椭球反光镜的光线追迹

本文从标准椭球面反光镜的成像特点入手,通过对轴外点发出光线的分析,推导了椭球曲面内任意发光点的光线追迹公式;系统地认证了椭球反光镜的设计理论和误差分析,为准确设计反光镜提出了理论基础。     

Kell系数对CCD航测相机成像质量的影响分析

应用空间卷积的方法对CCD航测相机成像系统的光学成像过程和CCD积分采样成像过程进行了分析.提出通过改变地面分辨力(GRD)与像元分辨力(GSD)的比值(Kell系数)来提高图像分辨力的方法.对Kell系数取不同值时的标靶成像过程进行仿真,提出以比较CCD上影像一个周期内的平均调制度为评判标准的方法,对CCD航测相机的成像质量进行评价.结果表明,当Kell系数取2.8时,便可以分辨出地面标靶的特征.     

光镊中米氏微粒子的捕捉力仿真

为了使所建立的光镊中粒子捕捉力的数学模型适宜任意形状粒子,将米氏粒子表面离散为多个微面元,基于几何光学理论得到光线与微面元相互作用产生的光辐射压力及光线追迹方程.基于所建立的数学模型,实现了对任意形状米氏粒子(球形、圆锥形、多面体形和任意形状光滑曲面粒子)受力的计算机仿真.经过仿真分析,验证了仿真软件的正确性,从而为光镊技术在纳米测量和微细加工等的应用提供了有利的分析和设计工具.     

复眼原理设计的紧凑式高均匀性光伏聚光器

基于几何光学原理,提出了一种应用于光伏聚光的复眼型聚光器设计方法,实现了在光伏电池上均匀照度分布。该复眼型聚光器由折射曲面、反射平面、自由曲面以及透射平面等四个曲面组成。由边缘光线原理、光线可逆原理、费马原理并结合斜率角控制法得到聚光器轮廓离散点,通过三维建模软件拟合成实体。采用光线追迹软件模拟太阳光入射到复眼型光伏聚光器。结果显示,该复眼型聚光器的几何聚光比为31×,在太阳光正入射时光伏电池表面照度均匀性为98%,平均高度为9.8 mm。     

一种改进的相机灵敏度测试系统

空间激光通信系统以激光为载体进行数据传输,由于大气信道干扰、剧烈平台扰动、强烈大气附面层等不利影响,使得捕获探测器接收到的光斑信号非常微弱,影响通信链路的建立,对捕获探测器的灵敏度测量有助于分析和评价捕获链路建立的最远距离。在充分分析捕获链路功率的基础上搭建实验系统,用扫描振镜及CCD相机完成对其灵敏度测试实验。实验表明:当曝光时间为2 ms和0.2 ms时,相机的探测能力分别为-80.83 d Bm和-72.43 d Bm。在极限探测灵敏度下,选用高斯拟合算法进行激光光斑中心的定位计算,结果表明该算法定位精度可达0.01pixel,并且具有良好的稳定性。     

激光靶散射光观测镜杂散光抑制研究

分析了系统杂散光的来源,得出非成像光束对系统影响较大、平板玻璃窗产生的鬼像不容忽视的结论.针对传统作图法设计遮光罩的针对性不强,且追迹不同入射角的光线繁琐、容易遗漏的问题,本文提出一种逆向追迹法,依据光的可逆性,在像面处设置点阵面光源,每一点都发出充满系统孔径的光束,在物面设置足够大的探测面,使之有充足的余量记录所有到达物方的光线,利用该方法可以在探测面上直观她区分出非成像杂散光.有针对性地设计了具有特殊要求的内外遮光罩,并对遮光效果进行了软件模拟.