波前编码应用于红外光学系统无热化的研究

波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板,对波前进行调制,使得光学系统对离焦类像差不敏感,从而增大了焦深,通过对中间模糊图像的数字滤波处理,可以获得清晰图像.焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景.设计了一个有效焦距厂为100mm,F数为1.2,工作波段为7.5～13.5μ,m,工作距...     

星上红外遥感相机的辐射定标技术发展综述

随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大,高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术,因此,星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性（相对辐射定标）和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系（绝对辐射定标）。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上,综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点,并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围（HDR）相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。     

全反射式红外变焦光学系统设计

针对透射式红外变焦光学系统结构复杂,无热化设计较难等问题,提出全反射式红外变焦光学系统设计。讨论了该光学系统的变焦理论,对反射变焦系统初始结构进行了高斯解分析,给出了其初始结构的计算方法。设计了一离轴三反射镜红外变焦系统,系统焦距为300～600 mm,F数为2.1,工作波段为8～12μm,采用某型非制冷长波红外探测器,截止频率为14 lp/mm,系统变焦过程近似线性连续,像面稳定,像质良好。     

双波段红外光学系统设计与像质评价

双波段/多波段成像技术受到普遍重视,使得双波段光学系统特别是中、长波红外成像系统成为研究的热门之一。设计了折反射式光学系统、离轴三反射式光学系统和全折射式光学系统,分析了3种不同类型光学系统及其成像性能。采用了能同时响应中、长波红外的探测组件,系统的主要技术指标为:工作波段3~5 m、8~12 m,F/#=2,2=5.74,f=100 mm,全视场畸变2%,空间频率16.7 lp/mm处的MTF0.4。对3种不同类型系统的特点进行分析和研究,给出了各种像差曲线和光学传递函数曲线,总结了3种不同类型光学系统的优缺点。     

气体泄漏红外成像检测技术发展综述

气体泄漏红外成像检测技术以其高效率、大范围、动态直观等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一。比较了气体泄漏主动/被动红外成像检测技术的优缺点及其典型技术,重点介绍了国内外较为成熟的具有代表性的气体泄漏被动红外成像系统,特别是被市场广泛接受的应用性产品的技术特点及其采用的气体红外图像处理方法等关键技术。鉴于国内在技术成熟度和市场占有率等方面的不足,全面分析了气体泄漏红外成像检测技术进一步发展的技术方向及存在的问题。     

宽波段光谱成像系统杂散光分析及抑制

宽波段光谱成像系统(0.4～1.7μm)在食品检测、农业生产、医学分析、刑事侦查等领域有广泛需求，光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为宽波段光谱成像系统主流分光元件，但采用光栅分光的光谱成像系统存在多级次衍射光谱互相串扰问题，严重影响仪器的探测能力，为了得到准确的光谱信息，需对其进行有效的抑制。文中利用Tracepro光学分析软件对宽波段光谱成像系统的多级次衍射杂散光进行仿真分析，发展了利用分区域滤光片和线性渐变带通滤光片来抑制多级衍射杂散光的方法，并分析比较了它们对多级衍射杂散光的抑制效果。仿真分析结果表明：线性渐变带通滤光片能够有效地抑制多级次衍射带来的杂散光，光谱成像系统杂散光系数降低至10-4量级，满足宽波段光谱成像系统对杂散光抑制要求。     

双视场红外扫描成像系统冷反射抑制

介绍了冷反射电平的计算公式,其可以分为基准等效温差、光学效率比和冷反射系数等3个部分.分别从这3个部分出发,讨论了冷反射抑制方法,并以此为基础提出了适用于扫描成像系统的冷反射抑制方案.传统光学设计抑制法在减小冷反射系数中存在控制过严和控制失效等缺陷,提出了一种直接控制光线在冷光阑上高度的方法,有效地解决了传统方法存在的缺陷.双视场红外扫描成像系统的冷反射抑制实例验证了该方法的有效性,与传统方法相比具有直接、优化自由度高等优势.     

基于可控内定标源的星上红外遥感相机非均匀性校正方法

长时间工作或环境变化时,红外焦平面阵列器件易产生非均匀性的问题。典型的星上定标方法是将系统指向深空场景或在入瞳处引入星上面源黑体辐射。覆盖全口径的星上黑体普遍体积较大、设计复杂且成本高昂。为了解决这些难题,我们提出了一种基于可控内定标装置和星空场景的红外遥感系统星上非均匀性校正方法。该方法利用可控内定标源提供不同的靶面基准辐照度,通过计算获得不同辐射定标段的定标参数,覆盖探测器动态范围,实现不遮挡视场情况下的高动态范围非均匀性校正。通过模拟指向深空场景的在轨定标过程,并对模拟图像进行非均匀性校正,用于非均匀性校正的评价图像的非均匀性由初始的15.87%下降到1.2%以下。本方法具有快速、高效、鲁棒性强等优点且具有实时处理的前景。相比于需要引入星上面源黑体的定标方法,本系统的内定标装置结构简单、设计小型化且节省成本。     

宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计

有毒有害气体的泄漏不仅污染环境,而且威胁人民生命财产安全,世界各国都非常重视快速有效的气体泄漏检测技术的研究和仪器开发。针对这一问题,提出了宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计方案,主要包括宽波段红外光学镜头尧子波段滤光片及切换装置尧宽波段非制冷焦平面探测器尧视频处理及系统控制电路等组成部分,充分利用非制冷探测器的无光谱选择特性,结合热图像非均匀性校正和数字细节增强处理算法,实现了对不同种类气体泄漏的高灵敏度检测,提供了适合人眼判断的气体泄漏视频图像显示结果。整个系统具有可检测气体种类多尧检测范围大速度快尧气体泄漏痕迹明显增强尧系统便携性突出尧成本相对较低等特点。     

计算成像前沿进展

计算成像是融合光学硬件、图像传感器和算法软件于一体的新一代成像技术,突破了传统成像技术信息获取深度(高动态范围、低照度)、广度(光谱、光场、3维)的瓶颈。本文以计算成像的新设计方法、新算法和应用场景为主线,通过综合国内外文献和相关报道来梳理该领域的主要进展。从端到端光学算法联合设计、高动态范围成像、光场成像、光谱成像、无透镜成像、低照度成像、3维成像和计算摄影等研究方向,重点论述计算成像领域的发展现状、前沿动态、热点问题和趋势。端到端光学算法联合设计包括了可微的衍射光学模型、折射光学模型以及基于可微光线追踪的复杂透镜的模型。高动态范围光学成像从原理到光学调制、多次曝光、多传感器融合以及算法等层面阐述不同方法的优点与缺点以及产业应用。光场成像阐述了基于光场的3维重建技术在超分辨、深度估计和3维尺寸测量等方面国内外的研究进展和产业应用,以及光场在粒子测速及3维火焰重构领域的研究进展。光谱成像阐述了当前多通道滤光片,基于深度学习和波长响应曲线求逆问题,以及衍射光栅、多路复用和超表面等优化实现高光谱的获取。无透镜成像包括平面光学元件的设计和优化,以及图像的高质量重建算法。低照度成像包括低照度情况下基于单帧、多帧、闪光灯和新型传感器的图像噪声去除等。3维成像主要包括针对基于主动方法的深度获取的困难的最新的解决方案,这些困难包括强的环境光干扰(如太阳光)、强的非直接光干扰(如凹面的互反射、雾天的散射)等。计算摄影学是计算成像的一个分支学科,从传统摄影学发展而来,更侧重于使用数字计算的方式进行图像拍摄。在光学镜片的物理尺寸、图像质量受限的情况下,如何使用合理的计算资源,绘制出用户最满意的图像是其主要研究和应用方向。