水下成像镜头的光学设计

水下光学成像技术,如水下摄影、水下电视、水下激光距离选通成像系统等,是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收等特殊的光学特性,以及使用环境的特殊性,使水下光学成像系统的设计和研制较陆上光学系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键,及设计与使用水下光学成像系统时需注意的问题,最后给出了水下电视光学成像系统设计研制的实例。     

渤海海域水下光学成像规律研究

通过对水下光学成像的特点和海水透明度的分析,得出可以通过研究海水相对透明度值的规律来研究水下光学成像规律;利用渤海海域的透明度规律,结合某型设备在渤海海域的使用情况,得出渤海海域水下光学成像能力呈年周期性变化,全渤海海域水下光学成像能力较差。     

振动对光学成像系统传递函数影响的分析

摘要：机载或车载成像系统的工作环境复杂,存在大带宽,频率密集的振动,光学成像系统的性能经常受到这些机械振动的限制。 文章从光学成像系统物像相对振动的形式入手,基于刀口理论（线扩展函数）,用光学调制传递函数（MTF）作为评价函数,对各种振动形式对图像分辨率的影响进行量化分析,并分析了各种参数对调制传递函数的影响,为光学机械的强度、刚度、和精度设计提供理论基础。结合工程实际,提出减小振动对成像质量影响的具体措施。     

角振动对光学成像系统传递函数影响分析

对光电平台的角振动对光学成像系统传递函数(MTF)的影响进行了研究,利用几何分解方法将角振动分解、等效成像点相对于像面的线振动,建立了角振动参数与像点相对像面的线振动参数的关系式,并通过分析纵向、横向的高频、低频线振动对光学系统MTF的影响,推导出线振动参数与MTF的量化关系式,得到了对应的角振动参数对系统MTF影响的量化关系。结合工程实际,分析了各频率角振动的来源,提出了减小角振动对成像质量影响的具体措施。     

水切割特性的影响因素及其影响行为分析

介绍了水切割机的工作原理、关键技术问题和重要参数的计算方法,分析了针对特定加工对象(如材料的强度、硬度和厚度等)压力、横移速度、喷嘴直径和靶距等参数对切割特性的影响,为水切割机及其加工工艺设计提供了理论依据。     

小孔成像的光学传递函数分析

根据光学传递函数（ＯＴＦ）,提出一种分析小孔成像最佳位置的方法,小孔成像的最佳位置可等效为一个具有“可变光焦度”的薄透镜来确定     

光学低通滤波器的特性分析

光学低通滤波器(optical low pass filter,简称OLPF)利用石英双折射晶体的分光性质来实现低通滤波。对数码相机中的OLPF的频谱特性、色散特性及宽角度入射时的特性进行理论分析、研究和模拟。结果表明:通过改变多块双折射晶体叠加排列的位置,可以改善OLPF的频谱特性;一般的OLPF可以用于宽光谱以及宽角度入射情况。     

空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响

现代科技和军事的发展,对空间光学成像遥感器的分辨力要求不断提高,遥感器在空间环境下的尺寸稳定性显得更加重要.从所经历的空间环境入手,详细分析了遥感器在运载阶段和空间在轨运行阶段经历的动力干扰源及其加载方式和响应情况,空间在轨运行阶段经历的热环境和响应;阐述了遥感器动态成像质量评价方法和热光学分析等问题.指出今后研究的重点和发展方向是空间动力干扰源的定量化和TSO一体化等.     

秸秆燃烧和沙尘对气溶胶光学特性的影响

利用多年积累的我国几个典型地区的太阳辐射计观测数据,反演了秸秆燃烧和沙尘日及其前后晴朗日的气溶胶光学厚度(AOD)和表征粒子尺度的Ångström指数(α),并运用观测结果和反演数据对已知气溶胶源予以验证。对比分析了多个典型地区源自秸秆燃烧和沙尘的气溶胶光学特性,结果显示,秸秆燃烧和扬尘时AOD都大幅增加,而α在秸秆燃烧时比通常晴朗日增大,取值大于1.3;在扬尘时比通常晴朗日明显减小,取值小于0.5。另外,不同地区不同气溶胶源的AOD与α的关系明显不同。分析结果表明,α可作为秸秆燃烧和沙尘天气的一个标志参数,为生物燃烧性有机碳黑气溶胶光学特性的检测方法提供依据,也可为分析我国西北城市地区受周边沙漠的影响程度提供有益参考。

     

含二元光学元件的光学系统成像特性和设计方法

二元光学元件(BOE)用于常规光学系统可以提供附加设计参数和选择光学材料的自由度。本文主要研究了基面为平面或球面的旋转对称BOE的成像特性以及设计制作的方法:用两种等效模型推导了BOE的初级象差,分析了产生差别的物理实质;给出一、三级成像特性与色差公式,编制了程序可解析求解满足初级象差平衡的折/衍混合系统的初始结构参数,用CODE-V校算,结果吻合;给出了生成掩膜的算法,编制了程序,在激光照排机上输出了掩膜图。最后结合可见、紫外、红外波段的3个典型系统设计例子,讨论了二元光学元件在光学系统中应用的场合和限制。     

水下捕捞机器人水动力学性能分析

海参捕捞机器人在水下捕捞作业时的性能受姿态变化的影响较大,为了使海参捕捞机器人始终保持最佳性能,需要在实际应用前对不同姿态下的捕捞机器人进行水动力学分析。利用计算流体力学软件 中的RNG 湍流模型作为仿真模型,考虑到仿真计算的精度,对近壁区域的处理进行了研究,在湍流模型的基础上加入了标准壁面函数。应用该模型对水下捕捞机器人水平直航、水平斜航和垂直斜航3种姿态下的水阻力和水阻力矩进行分析。结果表明:不同的姿态将影响水下捕捞机器人所受到的水阻力和水阻力矩的大小;在水平直航时捕捞机器人受到垂直向下的作用力较大,而产生的俯仰力矩较小;在水平斜航时漂角对捕捞机器人的影响较大;在垂直斜航时捕捞机器人的垂向力和俯仰力矩均随着流速和攻角的增大而增加。     

水下航行器对转减速器设计与特性分析

在驱动对转螺旋桨时,须将高速单轴电机转速降低,为此提出了一种适用于水下航行器对转驱动的减速器。对该减速器的原理进行了介绍,通过运动学与动力学分析,揭示了此种减速器具有平衡电动机反作用力矩的特性,从而可以减轻航行器横滚控制系统的压力;在减速器减速比的讨论上,提出了此种减速器的减速比除了取决于本身特性外,还取决于双轴的负载特性;并通过对负载电机特性及电池放电特性的分析,总结了设计此种减速器驱动应注意的关键问题,最后给出算例,为此种减速器在航行器上的应用提供了有力证据。     

超精密车削表面微观形貌对光学特性的影响

研究了超精密车削表面微观拓扑形貌与光散射特性之间的关系,用于评价车削加工表面的光学性能并优化加工过程.采用阈值分析和粗糙表面散射理论分析两种方法研究了仅有理想刀痕的表面所产生的重影现象.阈值分析是指先计算单段圆弧刀痕的散射特性,再根据周期性结构对光的调制性来求得被加工表面为镜面对刀尖圆弧半径和进给率(主轴每转的进给距离)选择的大约临界值要求.在入射光波长500 nm的情况下,当刀尖圆弧半径选择500 μm时,可以计算得出阈值进给率为19μm.粗糙度散射理论分析则是通过电场积分公式——Stratton-Chu公式进行更精确的计算.实验表明,对于超精密车削加工得到的表面,当从入射光的非镜面方向,尤其是一极大散射方向观察不到光强时,即可以认为加工出了镜面效果.     

海洋环境对水下运动目标性能影响分析

海洋环境会对海上装备的性能产生巨大的影响,因此,在研制和使用海上装备时,要对其进行充分考虑.文章分析了海洋环境对水下运动目标的航行及其通信等方面的影响,提出了海上装备对海洋环境的适应性要求.     

翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析

选用NACA 4位数翼型,采用计算流体力学方法分析了翼型对水下滑翔机滑翔经济性和稳定性的影响。研究结果表明,合适的翼型可以极大地提高滑翔经济性,但对滑翔机静稳定性的提高并不明显;对于非对称翼型,翼型的弯曲程度和弯曲方向对滑翔经济性和静稳定性的影响均很大。在此基础上,并结合工程实际,提出了变后缘柔性机翼方案,通过数值模拟试验验证了所提出方案的可行性。研究成果为水下滑翔机柔性机翼的设计提供了理论参考。     

基于机器视觉的水下视觉成像分析及优化

海洋是地球上重要的资源宝库之一,在人类历史中人们对海洋资源的利用在不断深化。随着现代技术的发展,水下机器人可以代替人类对海洋进行探索,其中水下摄像机是水下机器人执行水下任务必不可少的工具。根据水下视觉环境的分析,提出了摄像机的镜头畸变问题和水下噪声干扰问题,并分别使用张正友标定法和图像滤波方法来改善水下视觉图像质量。     

表面亲疏水特性对毛细管内双组分渗流特性的影响

垫片密封泄漏预测模型一般基于Hagen-Poiseuille定律。该定律适用于气体或液体的单组分泄漏预测,而对于双组分或多组分介质的泄漏,其适用性有待进一步研究。在考虑泄漏通道亲疏水特性的基础上,采用格子玻尔兹曼方法（LBM）模拟矩形微通道内的双组分渗流过程,获得不同密度的双组分介质在毛细管内流动的基本规律。研究发现,通道的亲水和疏水特性对双组分渗流的影响显著,具体表现为黏滞在亲水性壁面上的重组分使流动通道的截面积缩小,从而使轻组分的流量下降。研究表明,双组分在亲水性壁面通道内的流动不同于一般的双组分混合流动,因此在利用Hagen-Poiseuille定律预测渗流时需对公式进行修正。     

大视场主动光学成像系统的成像研究

从主动光学成像系统的照明模型出发,研究了大视场情况下目标和景物的成像性质,分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用,得出了光学成像系统像面照度的计算公式,并对其衬比传递特性和视场大小对成像的影响进行了详细的分析,得出了小视场近似的条件,其结果可用于主动光学成像系统的设计、图像分析和目标识别.     

纳米材料的光学特性

纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别 ,突出地表现在小尺寸颗粒和庞大的体积百分数的界面 ,界面原子排列和键的组态的较大无规则性。这就使纳米材料的光学性质出现了一些不同于常规材料的新现象。一、纳米材料的光学特性1 线性光学性质。纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域 ,主要集中在纳米氧化物、氮化物和纳米半导体材料上 ,如纳米Ａｌ2 Ｏ3、Ｆｅ2 Ｏ3、ＳｎＯ2 中均观察到了异常红外振动吸收 ,纳米晶粒构成的Ｓｉ膜的红外吸收中观察到了红外吸收带随沉积温度增加出现频移的现象 ,非晶纳米氮化硅中观察到了频…