可开窗口的大面阵CMOS相机设计

为了满足国内相机市场对大视场和设置开窗的要求,设计了基于GMAX0505图像传感器的大面阵科学级CMOS相机.此相机系统包括光电转换单元、基于FPGA的控制及数据采集单元、Cameralink输出单元与电源转换单元.FPGA功能模块主要包括SPI配置模块、时钟模块、数据采集模块、Cameralink数据转换模块、串口通信模块.详细介绍了CMOS相机系统的整体结构和电路设计,实现了大面阵相机开窗口的功能.经实验测试,该相机设计方案合理,整体运行稳定,与计算机进行通信正常,可输出最大5120×5120的高分辨率图像,且可以开窗口输出,满足科研项目要求.     

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

基于双目立体视觉的医用三维电子内窥镜系统

为了施行较为复杂的微创外科手术,设计了医用三维电子内窥镜系统,对系统的工作原理、显示方式等进行了分析。该系统基于双目立体视觉原理,采用双CCD摄像机模拟人眼实现了机器立体视觉;利用Zemax软件辅助设计了双光路内窥镜光学系统;通过比较几种立体显示方式的优缺点,选择了无源偏振眼镜立体显示方法,该方法采用基于FPGA的时分制立体显示技术,左右图像以100Hz帧频交替显示,并与液晶调制屏同步,观察者佩戴偏振眼镜即可观察到清晰无闪烁立体图像。经临床试验表明：简化了的光学系统的电子内窥镜图像质量得到显著提高;图像帧频达到100Hz,无闪烁感,且无停顿、拖尾、扭曲和停滞等现象。该系统可广泛应用于微创外科手术中,并可作为腹腔手术机器人的显示系统使用。     

飞秒激光加工K24高温合金的仿真与试验分析

为探究飞秒激光与K24镍基高温合金的作用机理,应用普朗克方程与菲涅尔公式,推导出K24反射率与吸收率随激光脉宽的变化曲线.利用固体力学的线性假设方程,推导出K24高温合金的晶格热容和电子比热.结合简化的一维双温模型,采用有限差分法解析单脉冲飞秒激光与K24高温合金作用过程中电子和晶格的温度变化,基于K24高温合金的蒸发温度推导得出单脉冲飞秒激光作用下合金的理论蚀除深度.用较低频率的激光进行了验证试验.用正交实验分析激光平均功率、焦点进给距离、扫描次数、扫描速度等工艺参数对加工微孔形貌的影响规律.结果表明:扫描速度对加工微孔形貌的影响最大,进给距离次之,而激光能量和扫描次数对微孔形貌的影响较小.研究结果为飞秒激光对高温合金的高质量微孔加工提供了理论和实验基础.     

准直失配对空间相干激光通信混频效率的影响

相干光通信高效率混频这几年已成为国内外研究热点。论文针对空间相干激光通信系统中零差BPSK调制方案的检测灵敏度,研究了准直失配对本系统的混频效率的影响,得到了准直失配可以导致混频效率的严重下降,即系统性能的严重下降。该研究对空间激光相干通信相关工程实验具有重要指导意义。     

MFC框架下Vega视景的视点控制技术

大范围战场环境的视景仿真中,仿真实体运动状态复杂多变。为解决这种视景仿真的逼真性问题,通过对观察者和目标间几何对应关系的分析,给出了三种控制模式：等距离模式、等速度模式、匀加速模式,设计了虚拟视景中视点控制的基本算法。在MFC框架下,应用Vega API函数实现C语言对Vega视景仿真平台的调用,实现了视点对目标的随动控制方法,解决了视景仿真系统中视点的随动控制问题。在视景仿真实验中,达到了对视点方式的灵活控制,具有较强的现实直观性,同时增强了视景的真实感和交互性。     

用于物证搜寻的大视场变焦偏振成像光学系统设计

针对传统无人机载相机在复杂环境下物证搜寻成像对比度低、证物识别难度大等问题,提出利用偏振成像技术,进行物证搜寻识别。为保证搜寻效率、识别概率和低照条件下成像效果,设计了大视场大相对孔径两档变焦偏振成像光学系统。系统焦距分别为11 mm和22 mm,F数分别为1.8和2.7,视场角60和34,并给出了合理的调焦方式,可实现在3 m和10 m飞行高度下清晰成像。经过仿真分析,调制传递函数在奈奎斯特频率91 lp/mm处优于0.45,满足成像质量要求,公差分析显示,在满足成像质量条件下,公差范围合理。将系统与微偏振片阵列探测器集成,搭载无人机平台,可在复杂环境中对案发现场进行实时高效物证搜寻,大幅提升案事件破获能力。     

便携式激光通信系统视场角检测装置的设计

为了解决便携式激光通信视场角测量范围小、要求精度高、测量难度大的问题, 采用计算指定通信距离下的链路能量作为视场角测量依据，提出了一种基于便携式激光通信视场角测量的方法和装置，并在此方案设计的高精度测量装置基础上进行了实际试验测量。结果表明，探测器灵敏度为-30dBm时，在1km, 2km, 3km, 4km处测得的激光通信接收视场角分别为1.12mrad, 0.94mrad, 0.87mrad和0.63mrad。该测试方法和装置能够精确测量便携式激光通信的视场角范围，测试装置可以扩展应用于不同领域的小视场高精度测量。