小畸变大视场CCD相机光学系统的设计

为提高CCD照相机的成像质量,同时使镜头结构紧凑、小型化,在大视场光学镜头的设计中,采用非球面设计.通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出工作波长为0.4～0.7pm、全视场角为51.15°,相对孔径为1:3的镜头设计实例.该系统采用"天塞型"结构,加入两个非球面后,在501p/mm空间频率处的MTF值超过O.62,全视场畸变小于0.1%,像质优良.     

低慢小目标多装备协同探测分配问题研究

综合运用雷达、可见光、红外、无线电等多种探测装备协同探测是解决低空慢速小目标的探测跟踪难题的主要手段.针对多探测装备协同的目标分配问题,建立了低空慢速小目标和探测装备模型,提出了一种基于粒子群的多探测装备协同目标分配算法,最后给出了实例仿真.仿真结果表明,该算法是可行的,在实际应用中能较好地满足指挥决策和实时性要求.     

机器视觉大视场宽景深光学系统设计

为满足机器视觉中大视场非接触精密检测的需求,实现复杂零件表面在线实时检测,设计了双远心大视场宽景深光学系统,该系统工作距离为200mm、最大视场可达180mm、景深80mm、视放大倍率Γ=16x,可实现对待检产品的三维成像,消除测量误差。通过优化设计后该系统的最大畸变小于0.05%,调制传递函数在全视场150lp/mm处MTF大于0.3,远心度最大值控制在0.1°内,很好的校正了色差、球差、场曲和畸变,像质优良,达到了机器视觉光学镜头的使用需求。     

大视场高精度紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器通过性能测试和精度标定,对紫外地球敏感器自身姿态测量的精度起决定性作用。结合静态紫外地球模拟器的组成与工作原理,分析并选取了七片透镜组作为初始结构;结合地球模拟器光学系统的技术要求,分析确定了畸变的像差容限,利用ZEMAX软件对静态紫外地球模拟器光学系统进行优化,并分别对40°和17.46°的视场角进行像质评价,经优化后的光学系统最大场曲约为0.12 mm,相对畸变小于0.25%,平行度误差优于9.4″,视场角为40°和视场角为17.46°时地球张角误差分别为0.016 391°和0.016 51°,对实现卫星高精度自主导航具有一定的现实意义。     

小视场红外探头光学系统理论分析与设计

为了提高地球模拟器张角标定中整体测试精度,本文从红外探头设计要求、红外光学系统光学设计等方面对地球模拟器张角标定的关键部件—小视场红外探头进行了深入分析,并设计出一种小视场红外探头用红外光学系统,有效解决了因视场太小造成的信噪比过低,而引起整体测试精度降低的难题,提高了张角标定的精度。     

大视场双远心工业镜头光学系统设计

为解决某航空异型零件的检测问题,文中以反远距系统为初始结构,运用光学设计软件ZEMAX设计了一款小畸变、高分辨率、大视场及结构简单的双远心物镜.系统采用近似对称结构自动校正垂轴像差,通过厚透镜校正场曲,利用薄透镜弯曲校正球差,改变两块厚透镜之间的距离校正像散,对光学系统进行了优化,以点列图、场曲畸变图等像差曲线及调制传递函数(MTF)曲线等为依据对镜头成像质量进行了评价.结果表明:设计的双远心工业镜头由7片透镜组成,在工作距离为100mm,F数为8,设计波长为可见波长,物方线视场为60mm,2/3inch CCD (8.8mm×6.6mm)为接收器件的条件下得到了放大倍率β为-0.18,畸变小于0.1%,远心度优于0.12°,调制传递函数(MTF)曲线在空间频率为60lp·mm~(-1)时,MTF值皆大于0.55的双远心光学系统,满足了系统设计要求.     

宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计

分析了近红外波段玻璃的材料特性,介绍了一种用于航空相机模拟器的光学系统设计方法,用ZEMAX作了优化设计.给出了光学系统焦距为2 000 mm,相对孔径为1/10,视场角为±5°,光谱范围为0.4～1.0μm的光学系统的设计实例.从像质评定可以看出,系统的质量基本上达到了衍射极限.     

大视场空间目标光电探测起伏背景抑制算法

针对大视场空间目标光电探测系统中目标星像大小不一(星像直径在几个像素至几十个像素)、背景受月光、云层等影响呈现大面积连续起伏或强烈起伏等问题,提出一种基于形态学重构的背景抑制算法.该算法综合利用目标和背景的信息计算标记图像,根据目标信息计算时采用多个方向上线状结构元素,在提取高亮度背景的同时,减少了大尺寸结构元素带来的计算量;根据背景信息计算与目标大小无关,避免了形态学背景抑制算法中结构元素选取的难题.以某一大视场空间目标光电观测系统获取的不同背景起伏的实测数据进行测试,结果表明,本算法具有良好的背景自适应能力,在较好抑制背景的同时,可提高目标信噪比,背景抑制效果优于对比方法.     

高温炉探测装置光学系统设计

为了获取高温炉窑内的燃烧信息,设计一个探测装置的主部分光学系统。该系统分为两部分,分别是前组系统和中继系统。整个系统的设计要求为:视场角为60°,相对孔径为1/1.2,成像波段为4μm~6μm,MTF0.5@20lp/mm,畸变小于3%,系统的总长大于700mm。另外还要求前组镜头可以在300℃的环境下正常工作。经过选择初始结构、优化、热分析等过程完成了整个系统的设计工作。在前组系统与中继系统组合成一个整体,整体系统的MTF值在20线对处各个视场均大于0.6,系统的艾里斑直径为5.884μm,每个视场的点列图大部分都在艾里斑之内,且系统的畸变小于3%;整体设计考虑了工作环境温度及提取视频数据的需要,像质也达到非常良好的效果。     

一种利用TBD自动检测低慢小目标的方法

对于强杂波背景下的非合作目标,特别是低慢小目标,要发现并掌握此类目标仅仅依赖一次雷达的信号处理和操作员长期的警惕性观察远远不够．为了解决在不增加虚警航迹上报的情况下能及时发现非合作目标的问题,将检测前跟踪（TBD）技术的思想引入到警戒雷达终端数据处理中,借助先进的数据处理算法和高性能的计算机处理能力,及时发现威胁目标．这对降低操作员劳动强度、提高目标被自动发现的能力、减少漏报或错报空情信息有着积极的意义．     

无合作目标激光测距仪光学系统设计

利用相位式测距原理的激光测距仪,在无合作目标近程测距（0.2-100m）时,采用可见激光瞄准,这对激光光斑有非常高的要求,光斑在被测目标上的大小即激光准直程度,直接影响测距精度和测程,因此,光学系统的设计就非常重要,解决这样的问题对提高无合作目标的测程与精度是非常有益的。     

大视场目标的高精度快速自动检测系统

针对传统接触式测量存在的附带损伤、精度低以及速度慢等问题,设计了一种适合大视场目标的高精度快速自动检测系统。首先,利用双目相机标定技术,精确计算出相机的内参数和外参数,完成目标和相机的空间定位。其次,对背景进行实时建模,通过重构背景的影像快速提取出目标的轮廓,完成目标的稳定检测,对光照和噪声鲁棒性好。最后,用Kalman滤波器对轮廓进行精化,从而保证了测量的高精度。实验和分析证明本系统的精度高、速度快,能够稳定的检测出大视场中存在的目标。     

可见光/红外双波段大视场共口径齐焦光学系统

针对双波段系统光路转换速度慢、不同波段目标信息存在差异的问题,文中结合可见光和长波红外两个波段的特点,设计了可见光/长波红外大视场共口径齐焦光学系统.采用共口径方式同时接收可见光/长波红外两个波段的目标信息,通过齐焦设计提高不同波段目标信息的一致性.研究结果表明:可见光工作波段为0.38~0.76μm,长波红外工作波段为7.9~9.7μm,两个波段视场为70°,焦距为6.1mm.可见光传函值在空间频率100lp/mm处在0.4以上,长波红外传函值在空间频率20lp/mm处接近0.4,在-40~60℃的温度范围进行消热差.     

低可见雷达目标探测技术研究

提出了利用双基地雷达探测隐身目标的新设想,并进行了有关的实验。本研究并不依赖大双基地角造成目标ＲＣＳ增强的机理,而是基于远端传感器及扩频增益以提高防空系统对隐身目标的探测距离,并对有关接收部分进行了计算机仿真及电路实验。结果表明,将扩频技术引入双基地雷达,会获得明显的效益;收发之间的长基线将使有效探测距离大大向前延拓。此种布局也利于避开双基地雷达空间同步与时间同步的难题     

大视场高分辨率精缩制版镜头设计

本文讨论放大率为1/10,相对孔径与视场分别为1/1.8,φ4mm和1/1.4,φ8mm两种精缩制版镜头象差校正方法,以达到象差的最佳校正,使所设计的镜头满足接近衍射极限的高分辨率的设计要求。本文所讨论的一些方法也适用于复杂化型双高斯系统的设计工作。     

等倍率大视场光刻物镜设计

本文探讨了对称远心光学系统作为等倍光刻物镜结构形式的理论依据。讨论了该物镜在满足衍射极限象质要求情况下如何控制高级象差的问题。最后给出一个相对孔径 D/f=1/2、线视场φ80mm、空间频率ν=200线/毫米时,MTF 为40%的设计结果。     

大相对孔径红外变焦距光学系统设计

设计了工作在8~12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。该系统由4组元5片透镜组成,其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜,后固定组为两片。焦距50~200mm,相对孔径较大,为1∶1。设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序,该程序可给出凸轮曲线的数据和形状,同时使像面位置不受限于高斯光学关系,能够满足某些焦距位置离焦的要求。系统在空间频率为20lp/mm处,各个视场的MTF值均在0.4以上。     

CCD光学系统成像畸变量与视场角的标定

为了解决CCD光学系统成像的畸变量与视场角标定的问题,以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型为基础,通过对影响精度的参数的测量和分析,提出一种不依赖于系统内部参数的畸变量与视场角的标定方法.实验测出视场角和相对应的畸变量,再运用拟合算法给出了视场角和畸变量的变化趋势.     

基于DMD的红外目标模拟器光学系统的设计

介绍了DMD的工作原理以及相应的红外景象模拟技术的特点,设计了一种工作在8-12μm波段的红外目标模拟器。对系统整体进行建模、分析,DMD表面照度均匀。投影系统采用四片式结构,焦距405mm。MTF在10lp/mm处大于0.5,弥散斑均方根半径小于衍射极限,系统畸变控制在0.5%以内。该系统结构紧凑,性能良好。     

分层共轭自适应光学系统扩大校正视场的方法研究

为了扩大自适应光学(AO)系统的校正视场,本文分析了在主要湍流层的共轭面上设置多个变形反射镜(DM),即采用分层共轭自适应光学(MCAO)的方法。在自适应光学系统中,角度的非等晕性产生的波前误差主要取决于校正的模式数、大气介质折射率结构常数(C2n)的分布和系统的几何尺寸。文中阐述了一种基于泽尼克多项式空间校正函数的非等晕性计算方法,并进一步给出了在多激光导星(LGS)配合下,用一个夏克-哈特曼(SH)曲率传感器测量两个湍流层强度起伏的算法。结果表明,对于孔径为3.5m的望远镜,利用两个变形反射镜能够达到3弧分的校正视场。