大视场高分辨率光学检查镜的设计和检测

设计具有大视场、高分辨率和微小畸变特点的工业检查用光学镜头.将检查物镜的设计与照明系统相结合,利用ZEMAX光学设计软件,对照明系统和成像系统整体进行像差校正和优化设计,利用照明的匹配、明视野和暗视野的变化来改变和提高物镜的实用分辨率.设计了具有上述特点的2.35倍光学镜头,对设计好的镜头进行公差分析、外部机械结构设计,并最终完成装校.搭建调制传递函数(MTF)测试系统,对装校后的镜头进行成像质量检验,测试结果显示,实测MTF值达到理论设计值的80%以上.     

曲面多探头内窥镜光学系统设计

随着微创手术在医学领域的广泛应用,对内窥镜技术提出了更高要求。目前,由于内窥镜的成像视场小,因此对宽视场内窥镜的需求越来越迫切。设计一种曲面多探头光学系统,依据曲面复眼光学原理设计单个探头镜头,并通过阵列方式实现宽视场。结合转像系统,使曲面多探头成平面像,实现测试。根据成像要求,设计的光学系统全视场为135°,在空间频率为166 lp/mm处全视场MTF值大于0.5,满足使用要求。公差分析结果表明该设计结果具有较好的鲁棒性,易于加工装调,该技术成果在内窥镜测试领域具有广阔的应用前景。     

光纤传像束同CCD像元耦合的平均调制传递函数分析

通过对光纤传像束同像元不同耦合情况的分析,具体推导了不同耦合情况调制传递函数（MTF）的解析表达式,并进行了对比分析.表明不同的耦合情况,即单根光纤进入邻近CCD像元的不同情况,对MTF的影响不同;单根光纤进入邻近CCD像元的数目越多,MTF值越低.     

电极电压对条纹相机成像性能的影响

新装配的条纹相机在设计电压下往往不能实现最佳成像,如何实现多个电极电压的协调配合是快速实现条纹相机最优成像的关键.通过理论分析并利用数值模拟方法对条纹相机成像性能与电极电压的关系进行深入研究.研究发现,电极电压的分配对于变像管条纹相机成像性能至关重要,第1阳极对像面位置影响较小,第1聚焦极和第2聚焦极对像面影响显著,且第1聚焦极和第2聚焦极电压的调节对像面位置的影响方向相反.搭建实验平台对条纹相机进行测试,结果与理论分析一致.通过聚焦电极电压和阳极电压的联动调节能实现条纹相机像面位置的调节和分辨性能的优化,这对快速实现条纹相机最佳性能的优化具有重要应用价值.     

铸件焊接过程中温度,应力场的测试方法

本文根据铸件焊接过程中温度场，应力场的特点，设计了温度、应力测试系统。在弄清影响系统输出主要因素的基础上，确定了热输出标定方法和测试方案，并应用该系统对铸件焊接过程中的温度场与应力场进行了测试，初步弄清了温度场，应力场的变化规律。     

CCD航空相机调制传递函数测试与分析

调制传递函数是衡量CCD相机成像系统性能指标的重要参数.本文在调制传递函数的理论分析基础上,通过对分辨率靶标在相机镜头焦面成像位置与CCD像元之间的偏移,对CCD相机调制传递函数的影响进行分析,建立数学模型,并对CCD相机系统在奈奎斯特频率处的调制传递函数进行了测试,实验结果与计算结果基本吻合.     

新型空腔结构下的橡胶高温磨耗测试温度场的仿真研究

基于内部生热理论及阿克隆磨耗机的结构,从热分析的角度改进橡胶磨耗测试方法,设计了一种新型空腔试验结构。新型结构采用强化传热界面下的内流体热输运方式,将轮辋空腔内高温流体作为热源,实现对试验胶轮内部加热。通过计算机仿真选取试验胶轮表层作为研究重点,将模拟结果与实际实验所得轮胎表层温度分布对比,验证了所设计结构的合理性和可行性。进一步探究不同模型入口结构以及部件材质对实验结果的影响,并对模型的稳态、瞬态温度场进行仿真分析,观察不同结构时胶轮温度分布特点。仿真测试结果表明,该新型空腔试验结构设计合理,且不同结构模型的胶轮试样内部的温度分布不同,为橡胶磨耗测试设备的设计提供依据。     

一种机载MIMO雷达大场景成像算法

针对远离场景中心的目标成像存在的参考函数失配问题,理论上分析了机载MIMO雷达成像失配函数的特性,提出了一种基于目标场景条带分割的机载MIMO雷达的大场景成像算法,并导出了成像条带分割的约束关系.该算法通过将测绘带沿距离向分割为多个窄的条带,降低了失配函数对成像结果的影响,有效增加了机载MIMO雷达的成像场景宽度.最后分别利用仿真的单目标和多目标数据对提出算法进行了测试.仿真结果表明,所提出算法是可行的,可实现宽测绘带的高分辨成像.     

高分遥感成像系统MTF对土地利用图斑边界提取的影响

为确定高分遥感成像系统MTF对土地利用图斑边界提取的作用规律,通过改变MTF值,并利用面向对象影像分析方法确定土地利用图斑边界提取误差,建立了MTF值与土地利用图斑边界提取误差之间的函数关系。结果表明,当MTF值大于0.35时,边界提取误差小于1%;当MTF值小于0.25时,边界提取误差快速增加;MTF值与边界提取误差间大致服从一种对数函数关系。进一步分析表明,土地利用图斑间光谱可分性和图斑面积越大,则边界提取误差越小。     

柴油机气缸套瞬态温度场移动边界方法分析

在柴油机缸套有限元分析中,瞬态热边界条件对缸套的温度场分布计算结果起决定性作用。为了分析某型号中速柴油机气缸套的温度场及热负荷状态,采用移动边界方法进行了气缸套温度场瞬态分析。通过一维工作循环数值模拟得到缸内工质瞬时温度和换热系数,选取燃气数据变化关键时间点,结合该时刻的活塞位置对缸套内表面进行区域划分并分别求得不同区域瞬时热边界条件,进而对气缸套进行周期性载荷施加,计算得到稳定工况下循环瞬态温度场分布情况。计算结果表明:在稳态工况运行时,气缸套表面温度呈波动状态,最大波动幅值出现在气缸套上部,该位置的热负荷也最为严重。气缸套表面温度波动幅值沿气缸轴线向下止点方向不断减小,缸套内部温度波动幅值沿径向方向迅速衰减。     

基于非均一型微透镜阵列的仿生光学系统设计

生物复眼具有视场大、体积小、动态灵敏度高等特点,在机器视觉及无人驾驶等人工智能领域均具有着重要应用。设计了一款基于曲面阵列的非均一型仿生复眼光学系统,复眼系统中各级子眼焦距不同,通过优化设计使得物面经曲面子眼阵列后成像为平面。该复眼系统视场达到了102.8°,由13个环带的子眼组成,其中1-9级子眼采用标准透镜设计,在截止频率68 lp/mm处,各视场MTF值均大于0.29;10-13级子眼采用非球面设计,通过改变边缘子眼口径和视场的方法改善像质,使10-13级子眼各视场的MTF值均大于0.28。各级子眼在全视场范围内畸变均小于4%,点列图的RMS半径均小于探测器像素尺寸7.4μm。为避免各子眼间的光束串扰问题,设计了复眼的单通道成像锥形孔阵列,并针对高精度增材制备技术,完成了曲面复眼的结构设计。公差分析后,该系统像质仍满足使用要求。     

基于MTF的红外镜头无热化性能评估方法研究

红外镜头因受温度影响较大,需进行无热化设计,而目前国内外针对红外镜头的无热化评估方法的研究并不多.提出在现有传递函数仪的基础上,采用光学检测的方法对红外镜头在不同温度下的MTF值进行检测,得到其不同温度下焦点位置偏移量.针对其关键的中继镜头的设计,分析了三种可能的设计方法,最终选定了最可行的设计方案.通过对某一标准镜头的测试也验证了方案的可行性.     

基于CCD的数字光处理光源特性测量

针对数字光处理(DLP)投影机所用光源，提出了基于光阑小孔成像和CCD相机的光源色度坐标和亮度分布测量方法，建立了相应的光源测试系统.分析了DLP光源的结构及其对锥形光束的影响，并对测试系统中的CCD进行了光谱响应曲线测试和三基色校正，以得到准确的颜色测量值.测试结果表明，绝大多数DLP光源的色度坐标与D65光源接近，而光源的亮度分布特性对最终DLP投影画面的成像质量有很大的影响，并可用几何中心与亮度中心之间的偏差来表示.     

印刷电路板检测系统光学设计

设计一种广泛应用于印刷电路板(PCB)自动检测装置的光学系统,能兼顾系统的测试效率及检测精度,而且通过改变系统的放大倍率,满足不同型号的PCB板的测试要求.通过线阵CCD推扫式测量,提高系统的分辨率,扩大视场.设计结果表明,该镜头处于不同组态时,其MTF在奈奎斯特频率处均大于0.3,畸变值均小于0.1%.系统满足高分辨率小畸变的要求.     

三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析

为满足立体测绘卫星的设计要求,通过构建三线阵CCD影像的摄影测量估算模型,对三线阵CCD影像的立体测绘精度进行分析,研究了影响立体测绘精度的主要误差源.进而,依据立体测绘的精度要求,对卫星设计中所涉及的有关主要误差源,如GPS定位系统、姿态测量与控制系统、时统以及相机有效载荷系统,提出了相关的技术要求和保证测绘精度所应采取的技术措施.     

基于PST的杂散光测试系统研究

杂散光的研究是保障光学系统高质量成像的关键因素之一。为了保证测试可靠性,首先提出光束性能测试的方法,满足测试所需要求。建立一个大口径的杂散光测试实验装置,对可见光、红外光波段进行测试及分析。然后利用光电倍增管对微弱信号进行提取,提高PST测试范围的数量级,并对探测器响应曲线进行分析。最后测试过程中,在不同离轴角度下,通过测试系统的实际测量值和标准相机得到的标准值进行对比,系统地论述测试系统存在误差的因素。改进后系统的PST测试曲线整体成下降趋势,PST在离轴角度为±3°时可达到10~(-3)~10~(-4),表明系统对杂散光的抑制能力完全满足成像质量要求。     

相机响应函数定标的正则化方法

相机响应函数是真实场景辐射量与图像灰度值之间的映射关系,对相机响应函数的标定具有重要的研究价值。根据相机的成像原理给出了相机响应函数的数学模型,分析了最小二乘法标定相机响应函数存在的病态问题。为了获得稳定、精确的相机响应函数,提出了一种正则化方法对相机响应函数进行标定,该方法在索波列夫空间中设置不同的正则算子。通过实验分别论证索波列夫参数不同时相机响应函数的稳定性,确定了索伯列夫空间参数,应用L曲线法确定了正则化参数。验证结果表明,正则化方法能够显著提高相机响应函数标定的稳定性和精确性。     

材料热物理参数对沥青路面温度场的影响

为了分析沥青面层材料热物理参数对路面整个深度范围内温度场的影响规律,根据传热学和气象学的基本原理,得出路表面热平衡方程,以实测太阳辐射值、气温、风速作为模型的边界条件,采用ANSYS CFX软件,进行三维数值建模。通过实测数据验证模拟值的准确性,进而分析路面材料的吸收率、导热系数、比热、发射率和密度对沥青路面温度场的影响。结果表明:该CFX计算模型具有较高的精度;同时,为改善高温地区沥青路面温度场,路面材料应具有吸收率小、导热系数小、比热大、发射率大的特点;研究结果可为节能环保型路面的选材与设计奠定基础,并为如何改善沥青路面温度场提供理论依据。     

分压电路对X射线条纹相机成像稳定性的影响

在X射线条纹相机静态测试中,发现分压电路的稳定性显著影响条纹相机成像性能.为提高成像稳定性,对分压电路进行测试,发现分压电路输出不稳定性由电流热效应导致,对此采用小电流分压电路方法,以降低电流热效应.测试和比较了两种分压电路的电压和电流输出,条纹相机静态成像性能和系统调制传递函数.理论分析和实验结果表明,相机在使用小电流分压电路加电20 min后,工作电流、温度及电子透镜焦距分别改变了1.4%、7.5%和0.14%,静态成像以及系统调制传递函数均优于原有方法.     

数字光处理投影系统成像质量测量方法

介绍了数字光处理（DLP）投影系统的工作原理，提出了基于光学调制传递函数（MTF）的成像质量测量方法.利用绿场传感信号探测数字微镜器件（DMD）的快速翻转，并实现数字微镜器件翻转、电荷耦合器件（CCD）曝光时间和图像采集三者之间的严格同步.对数字微镜器件图像在x、y两个方向上进行快速傅里叶频谱分析，根据其二阶调制传递函数幅值提出了3个评价指标，分别反映数字光处理投影系统中像质的最差值、平均值以及离散度.实验结果表明，该方法的设计思路合理可行，成像质量测试系统具有良好的精度和稳定度，可以为数字光处理投影机的质量控制提供有效的评估手段.