红外目标模拟器的光学设计

设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统,利用Zemax光学设计软件进行优化设计,最终设计结果为工作波段8~12μm,焦距230.599mm,视场12°,入瞳距600mm,入瞳直径100mm。整个光学系统有9个光学透镜,最大口径229.77 mm,光学系统达到衍射极限,全视场MTF均优于0.39,80%的能量集中在23μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求,能很好地应用于红外光电系统的性能测试。     

大视场全天候折反式红外全景云量观测

为了实现红外全景相机在全天候条件下对云量的远距离探测,设计了一种基于长波红外波段的全景成像光学系统.通过全景相机拍摄获得云的红外辐射分布信息,结合云量计算实现了对天气状况的判断和预测.系统采用折反式结构,利用等距离投影模式进行了反射镜面型拟合数值求解.结果表明:云量观测光学系统工作波段为8~12μm,F数为2,焦距为6.5mm,视场角为360°×120°,校准畸变量在±0.5%以内,调制传递函数值在奈奎斯特频率为30lp·mm~(-1)处接近衍射极限,在-40~45℃范围内衍射面与非球面相结合的方式实现了光学被动式消热差设计,系统估算探测距离达到7 km.适用于远距离全天候观测.     

基于单个IMU的光电升降桅杆姿态测量方法

为解决光电桅杆在升降过程中的姿态解算问题,提出了一种全新的光电桅杆工作姿态测量方法。采用1个IMU实时测量光电桅杆升降过程中顶端工作部的点姿态(俯仰角,滚转角γ和方位角ψ),利用桅杆工作部起始点姿态与升降过程中工作点部姿态间的转换矩阵,实时解算出光电桅杆的工作姿态(扭曲角θ,倾斜角α,和偏向角β)。理论上推导了姿态解算方程,构建了光电升降桅杆动态姿态解算模型。利用姿态传感器MPU6050搭建了姿态测量系统,验证了桅杆姿态解算模型。实验结果表明:在 |θ,γ,ψ| < 90°时,此方法可以准确的测量出光电桅杆的工作姿态。     

基于图像法稳瞄精度的检测方法研究

针对稳瞄惯导一体化系统在动态情况下,用人眼去判读它的稳瞄精度的实时性和准确性都比较差。为了解决此问题,提出了一种基于DSP+FPGA的图像检测技术的检测稳瞄精度的方法,并结合图像处理实现了对目标的高精度判读且可以计算目标在各帧图像中的坐标,从而达到了对稳瞄精度检测的目的。结果表明:检测精度可达到0.05mrad;整个实时检测系统具有良好的稳定性,能同时适用于实验室和靶场环境。     

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。     

光栅成像光谱仪图像畸变校准方法研究

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单,性能稳定,技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变,会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度,并利用低压汞灯进行波长定标,确定特定波长所对应的像元数,通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像,从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明,可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。     

流涎法塑膜制备过程中厚度在线检测方法

采用流涎法制备塑膜时,实时检测流涎口处半透明粘稠状塑膜厚度,从而及时调整生产工艺参数,以更好地提高塑膜的生产质量。本文采用光学在线测量法,利用直射式双反射光路激光三角法,建立振动状态下厚度测量模型,设计了厚度测量传感器,提出了两步标定法,保证半透明粘稠状塑膜厚度测量的准确性。实验表明,测量误差小于10μm,有效地消除了钢带在线振动产生的误差,该方法适用于流涎口处半透明粘稠状塑膜厚度的在线测量。     

基于FSM的Z型薄片式柔性结构力学性能分析

为了补偿光学成像系统在成像过程中受自身重量、振动以及温度变化等因素引起的相位误差,设计了一种Z型薄片式柔性支撑结构用于反射镜相位补偿。建立了Z型薄片的力学模型,推导了多组柔性薄片模型下的反射镜系统平移刚度和偏转刚度表达式,根据刚度方程分析了薄片厚度及倾角对柔性支撑结构的力学影响。最后,通过有限元分析对理论模型进行了仿真验证。针对100 mm口径铝材反射镜仿真结果表明,理论推导值与仿真结果相对误差小于8%,说明了所建力学模型与刚度方程的高准确性,为柔性支撑结构的设计、力学分析以及参数优化提供了理论指导。     

激光测照器光学系统小型化的研究

为解决传统激光测照器光学系统只实现光束准直、光束均匀度较差的问题,对激光测照器光学系统小型 化进行研究。对激光光束进行扩束,利用盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton,GS)改进算法设计用于光束匀化和 准直的二元光学元件B1 和B2,根据光功率恒定原理,建立光束匀化的坐标变换公式,在ZEMAX 中编写宏指令设计 非球面透镜组光学系统。结果表明：该系统能使光束均匀度达到96.2%,发散角优于0.25 mrad,实现了光学系统的 小型化(光学系统结构为110 mm×42 mm×42 mm)。     

基于傅里叶变换的干涉条纹对比度增强算法

论述了一种干涉条纹对比度增强的算法.将二维离散傅里叶变换后得到的干涉条纹图像频谱分布,应用带通滤波器滤波.滤波过程中,在保持通带内相位谱不变的条件下,增大了通带内幅频谱的值.然后对滤波后的频谱分布进行逆二维离散傅里叶变换,可得到对比度增强后的干涉条纹图像.实验表明,该方法在保持干涉条纹中心线空间位置不变的情况下,可以有效地增强干涉条纹的对比度.