个体眼结构的横向色差随外置光阑偏心和视场的变化

由角膜地形图计算了8只人眼视轴与光轴的夹角。依据实际测得的角膜地形图数据、人眼波像差、眼轴数据以及计算的视轴与光轴间夹角,运用ZEMAX光学设计软件构建了考虑视轴方向的个体化眼模型。基于这些眼模型,研究了外置人工光阑相对视轴偏移在中心凹附近所引入的横向色差变化规律。研究表明,横向色差随人工光阑的偏移量线性增加;8只人眼存在一定的个体差异,横向色差随人工光阑偏移量增加的速率在5.46 arcmin/mm ~5.95 arcmin/mm 范围之间,平均值为5.7 arcmin/mm。然后研究了在420 nm至700 nm波段边缘横向色差随入射视场角的变化规律。在鼻侧和颞侧20°视场范围内,8只人眼的横向色差平均以0.36 arcmin/deg 的速率随视场角增加而增加, 不同个体的增长速率有所差别,变化范围在0.32 arcmin/deg~0.44 arcmin/deg 之间。同时横向色差在长波段的变化要比短波段处缓慢。 关键词：视觉光学;横向色差;个体化眼模型     

基于眼模型的数字眼底相机设计

本文基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型设计了一个视场角为30°免散瞳手持式的数字眼底相机,在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰眼底成像;引入眼模型辅助设计,解决了人眼自身的色差问题,从而适用于白光照明。同时,为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光,专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果显示,该相机系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.86mm,畸变仅为7.2%,并且具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。     

基于眼模型的非球面眼底荧光相机的设计

运用非球面光学理论,设计了一款基于Gullstrand-Le Grand眼模型的便携式非球面眼底荧光相机。该相机根据滤光片选择原则,选用Nikon公司的B-2A滤光组合作为滤光系统进行光谱滤光;为避免角膜中心较大曲率引起的杂散光,采用环形光阑和共轴式照明相结合的照明方式实现眼底均匀照明;摄影系统中引入眼模型结构,综合校正了人眼及系统的像差,实现了全视场20×106pixel的高清晰成像。该摄影系统包含有2个非球面结构,使系统由9片镜结构简化为7片镜结构。实验结果表明,该相机具有较大的调节能力,对-12～+12m-1的人眼普遍适用,其视场角为30°,像面成像分辨率为120lp/mm,畸变值3.9%。非球面光学元件的使用,有效地简化了系统,减小了系统体积和重量,提高了成像质量。     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

基于人眼光学模型的角膜模型的研究

位于眼球最前端的角膜是人眼光学系统的主要屈光元件之一,建立角膜模型具有重要的研究和临床意义。基于角膜面型的非球面特性,应用光学设计软件Zemax,从光学成像角度,提出了结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立,并结合国人正视眼和近视眼的有关实测数据和分析结果,以人眼的波像差为评价函数,通过对初始模型眼的优化,给出了符合我国人眼特点的正视眼和近视眼模型中的角膜模型,讨论了矫正近视的矫正眼模型中的角膜理想模型和可用于角膜屈光手术中的切削模型。基于人眼光学模型的角膜双二次曲面模型也可为波像差引导的个性化角膜切削方案提供一个更适于实际应用的数字化模型。     

基于人眼光学模型建立的角膜模型

考虑角膜面型的非球面特性,应用光学设计软件Zemax,从光学成像角度提出了结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立方法;结合国人正视眼和近视眼的有关实测数据和分析结果,以人眼的波像差为评价函数,对初始模型眼进行优化,给出了符合我国人眼特点的正视眼和近视眼模型中的角膜模型.讨论了矫正近视的矫正眼模型中的角膜理想模型和可用于角膜屈光手术中的切削模型,切削深度的最大值在角膜中心处,约26.5μm.结果表明:基于人眼光学模型的角膜双二次曲面模型,符合角膜的面型特点,适合临床实际应用,可为波像差引导的个性化角膜切削方案提供更适用的数字化模型.     

折射/衍射球柱有晶体眼人工晶体的设计

为了提高白光下人眼的视觉质量,设计了一款折射/衍射球柱有晶体眼人工晶体 (Phakic Intraocular Lens, PIOL)。根据实际人眼的角膜地形图、眼内各组分的轴向间距和波前像差,运用ZEMAX光学设计软件,构建了个性化眼模型,然后运用该模型,设计了球柱PIOL和折射/衍射球柱PIOL。研究表明：与球柱PIOL相比,折射/衍射球柱PIOL能够全面提高人眼的白光调制传递函数 (Modulation Transfer Function, MTF) 和非中心波长下的MTF,这有利于获得良好的视觉质量。研究还表明：折射/衍射球柱PIOL只需要在4mm区域设计二元面就能够满足要求。最后分析了加工工艺问题。折射/衍射球柱PIOL在先进视觉矫正方面具有潜在的应用价值。     

基于无人旋翼机自主着陆模型的摄像机外参数在线自标定

为了解决在双目视觉系统视轴夹角不断变化的情况下摄像机外参数的实时标定问题,提出了一种基于无人旋翼机自主着陆模型的摄像机外参数在线自标定方法.它首先获取下降前以及下降后的着陆目标图像,计算出两个阶段目标图像仅由高度信息所影响的偏移量,利用模型推导公式计算出光轴应当转过的夹角度数及下降高度.实验证明,方法实时更新了光轴角度,实现了摄像机外参数的自动标定.     

圆锥角膜的角膜地形图形态特征和早期诊断

目的:分析圆锥角膜的角膜地形图形态特征,探讨其早期诊断思路。方法:按照80例(136眼)圆锥角膜患者病情进展,将其分别纳入亚临床期组(41眼)、进展期组(95眼),选取同期30例(60眼)近视性屈光不正患者,纳入对照组。使用三维眼前节分析仪,对3组患者角膜地形图量化参数进行检测,并分析其角膜地形图形态特征,总结圆锥角膜的早期诊断思路。结果:对照组角膜地形图形态以蝴蝶结形为主,占56.67%;亚临床期组以梨形为主,占41.46%;进展期组以卵圆形为主,占54.74%。对照组、亚临床期组、进展期组角膜中央屈光力、双眼角膜曲率之差、I-S值、角膜散光值及SAI、SRI均依次升高,组间比较差异有统计学意义(P <0.05)。结论:亚临床期与进展期圆锥角膜的角膜地形图形态特征存在一定差异,且由亚临床期向进展期变化时,角膜地形变化包括角膜中央曲率增加、下方角膜变陡、角膜厚度变薄、双眼角膜曲率及厚度增加等,可据此进一步筛选早期诊断圆锥角膜的参考指标。     

基于双眼模型的三维视线估计方法

提出一种基于双眼模型的三维视线估计方法,以期克服二维视线跟踪方法固有的两个缺点,即对于使用者头部运动限制以及个体参数标定过程繁琐。该方法首先利用两个安装有红外灯组的摄像机组成立体视觉系统,实现人脸双眼图像的采集,之后,基于眼睛角膜球状假设,建立了一个适用于三维视线估计的三维眼模型,在此基础上,推导出人眼三维光轴的估计方法。用左右眼光轴与屏幕交点连线的中点估计方法,计算出注视点。该方法可在使用者头部运动的情况下,完成视线估计,且只需进行一次系统校准即可使用,无需其它标定过程,视线估计精度较高。     

面向激光跟踪仪跟踪恢复的伺服运动角度计算方法

为了解决激光跟踪仪跟踪恢复过程中快速精确的获取伺服运动角度问题,提出了一种面向激光跟踪仪跟踪恢复的伺服运动角度计算方法。首先阐述了基于主动红外探测的激光跟踪仪跟踪恢复原理与合作目标靶球视觉目标检测特点,并分析了跟踪恢复过程中光轴视轴非共轴不平行问题所导致的伺服运动角度非线性变化问题;其次,构建了目标距离、目标像素偏差值与伺服运动角度关系的计算模型,完成了基于整定数据的模型参数整定;最后,开展了验证实验并进行了精度分析。实验结果表明,计算模型得到的跟踪恢复角度与实际跟踪恢复角度差值不大于0.007 7°,最大偏移距离误差小于2 mm,满足激光跟踪仪跟踪恢复的应用要求。     

改进型Wollaston棱镜设计

介绍了改进型Wollaston棱镜的特点、主要参数及基于这些参数对光学系统结构的设计公式。应用Matlab软件自编程序对分束角ε与棱镜楔角γ和光轴倾角δ之间,相干平面倾角η与棱镜楔角γ和光轴倾角δ之间的关系进行了计算并对结果做了分析,得出一些有实用价值的结论,克服了Wollaston棱镜使用上的局限,因而扩大了它的应用范围。     

飞秒激光跟踪仪光轴与竖轴同轴度的标定

考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度,本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法,以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先,基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型,分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。然后,针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法,并设计了一套同轴度检测装置。最后,基于该检测装置,通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示,经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″;平移误差为26.1μm,得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。     

THz脉冲电光采样自动平衡探测系统

利用平衡探测原理分析了1/4波片的光轴与渥拉斯顿棱镜光轴夹角大小的重要性,并设计了一个自动调整系统。系统以PIC18F2423单片机为控制单元,采用THz波双光束电光平衡探测方式,通过电动机专用驱动芯片L297和L298控制步进电动机旋转,调整1/4波片的光轴与渥拉斯顿棱镜光轴夹角的大小。试验结果证明,该系统实现了THz波探测时双光束自动平衡的功能,解决了THz-TDS系统中电光平衡探测的一个自动操作问题。     

Short note on parallel illumination in the TEM

Parallel illumination conditions are required for several experiments in the transmission electron microscope (TEM). The image rotation induced by the helical trajectory of electrons passing through the magnetic field of the TEM lenses inevitably induces an inclination of the beam relative to the optical axis in the object plane--even for an electron which travels parallel to the optical axis in the far field. This angle (shear angle) is vectorially added to the convergence angle; it depends both on the distance to the optical axis and the magnetic field. By using a beam tilt compensation method, the minimum shear angle is found to be of the order of 1 mrad for a field of view of 2 microm in a 200 kV TEM. In practice, "parallel illumination" can only be obtained for fields of view 1 microm.     

光学视觉测量技术在导弹上的应用

文中给出了用于导弹轴线、舵偏角等测量的光学视觉测量装置及其测量技术原理,包括测量装置的数学模型、导弹轴线、舵面的测量模型及舵偏控制装置、测量装置的组成和工作过程。应用结果表明,采用该光学视觉测量装置得。到的角度测量精度优于0．1°,具有测量过程自动化程度高等优点。     

物面、像面、主面交于一线原理的证明及应用

通常光学成像系统,物面、像面及成像物镜与光轴都是垂直的,在特殊光学系统中,比如宇航模拟中的视景模拟光学系统,物面是倾斜的(即不垂直于光轴),造成像的不清晰。本文为使倾斜物面也能成一清晰的象,而引出了物面、像面、镜组主面交于一线的原理,并从几个方面对这个原理加以证明。在文中应用此原理推导出了单组、双组物镜组校正像面倾斜的关系式,编制了用镜组倾斜校正像面倾斜实时控制程序。     

某机载光电吊舱热环境下光轴平行性建模与分析

针对某机载光电吊舱光轴的热变形问题,在国内外吊舱光轴平行性测试方法的启发下,提出了一种基于有限元仿真的计算模型。选取其中作为传感器直接载体的光具座进行研究。建立光具座系统的有限元模型,来分析温度变化对各传感器光轴之间平行性的影响。首先在HyperMesh软件中生成高质量的六面体网格。随后在ANSYS软件中使用集中质量点在传感器的质心位置模拟传感器光轴。和光具座刚性联接。同时选取室温为热应变基点,激光传感器光轴为基准轴,分别得到高温和低温下其余光轴在方位方向和俯仰方向的相对偏转角度。分析结果表明,光具座本身满足设计和使用要求。     

基于图像处理的光轴平行性检测系统研究

针对光电系统关键部件光轴平行性检测问题,开展光斑图像采集与检测数据分析的技术研究,建立基于 CCD 相机及 USB 图像采集卡的图像采集与处理硬件系统,通过计算机驱动 CCD 相机完成光斑图像采集,对采集到的光斑图像进行数字处理,得到光斑质心在靶平面的坐标值。根据光学成像原理,计算出该光电部件激光光轴偏差的角度值,得到光电系统光轴平行性的装调量,为光电部件光轴平行性装调提供检测及数据分析工具。