可见光成像系统成像性能检测研究

通过分析可见光成像系统成像性能评价体系,引 入最小可分辨对比度(MRC)评价指标,并与调制传递 函数(MTF)共同评价可见光成像系统的成像性能。在MRC和MTF的测量原理基础上,设计 研制出既可测量MRC 又可测量MTF的装置。提出了采用两个重叠积分球分别对靶标的正反两面照明,通过改变这 两个积分球的亮度就可 以实现可变对比度的新方法。设计了可旋转的圆形靶标轮,将测量MRC和MTF所需的靶标置于 其上,以利于实现 不同参量的测量。同时,开展了一系列的实验研究。研究结果表明,测量的亮度误差均在± 0.3cd·m－2范围内,目标亮度 和背景亮度稳定、重复性好,满足了设计要求;成像性能高的系统其MRC越 小,而MTF曲线与空间频率轴所 围的面积越大。MRC和MTF的测量可更加全面、定量和有效地评价成像系统的成像性能。     

海洋大气湍流对海军光电装备性能的影响

依据观测数据给出沿海地区低层大气湍流的季节及日变化特征,以误码率、角跟踪精度以及调制传递函数和分辨率等作为衡量包括光通信设备、光电探测设备以及光电跟踪系统在海洋大气湍流环境下的性能指标,在局地均匀、各向同性Kolmogolov湍流谱以及Rytov近似假设的条件下进行了分析.结果表明:以误码率指标衡量,光通信系统的有效作用距离大大缩短;在中等湍流强度下,光电成像探测设备的湍流受限MTF及分辨率与系统的衍射受限MTF及分辨率相比存在着显著的差异,海洋大气湍流对短波、中波红外成像设备的影响已经大于衍射受限的影响,而对于长波的影响并不显著;在中等湍流强度下,相位起伏引起的角跟踪误差将从几微弧度上升到二十几微弧度.     

应用于图像复原的大气调制传递函数研究综述

大气的吸收和散射以及湍流效应是造成大气中长距离成像质量下降的主要原因,分析了导致图像恶化的大气因素和大气调制传递函数(modulation transfer function,MTF)。由于准确获取大气MTF是以大气MTF的图像复原技术研究为基础,较系统地总结了大气湍流和大气气溶胶的MTF理论结果,给出了可能的应用思路。     

采用MTF定量评估CCD错位成像的成像质量

为提高CCD错位成像系统成像质量,提出用MTF方法定量评估CCD错位成像的成像质量,推导了CCD错位成像两种模式的MTF,取人眼能分辨的最低对比度0.05为阈值,分析表明,交错采样和四点采样模式的理论极限分辨率分别提高到1.4倍和1.86倍,奈奎斯特频率处MTF值分别提高了0.110 6（27%）和0.167 9（41%）。用空间频率范围（0,0.5）内MTFA评估CCD成像质量,结果表明,交错采样模式和四点采样模式成像质量均优于CCD普通模式,且四点采样模式比交错采样模式成像质量进一步提高。建立了Matlab仿真CCD错位成像的数学模型,鉴别率板仿真结果验证了应用MTF定量评估CCD错位成像系统成像质量的正确性。     

激光选通成像系统MTF与SNR的仿真与实验研究

距离选通技术能有效提高主动成像系统的信噪比,但远距离选通成像系统的调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)与被动成像系统存在较大差异。分析了影响主动成像系统MTF与SNR的主要因素,推导了主动成像系统SNR与照明光强闪烁率的关系。分别使用氙灯和半导体泵浦的固体激光器进行了远距离主动成像实验,测得成像系统空间分辨率与湍流强度和光强闪烁率之间的关系与理论计算吻合。     

星载线阵电荷耦合器件错位成像的调制传递函数评估北大核心CSCD

为了定量研究线阵电荷耦合器件(CCD)错位成像技术的不同错位模式的调制传递函数(MTF),提出了基于MTF的评估方法,避免了以往方法表征图像质量不全面等缺点。推导了线阵CCD错位成像模式的MTF。分析表明,相比于线阵CCD的传统成像模式,利用多个线阵CCD实现错位1/2、1/3、1/4个CCD像元的错位成像模式的极限分辨率分别提高了86.2%、88.78%、89.54%,归一化空间频率0.5处MTF值分别提高了0.1679(41.43%)、0.2026(49.99%)、0.2151(53.07%),空间频率范围(0,0.5)内调制传递函数面积(MTFA)分别提高了10.09%、12.08%、12.77%。在Matlab平台上进行了仿真实验,并用灰度平均梯度和拉普拉斯能量从客观上评估了几种错位成像模式的图像质量,实验结果验证了MTF定量分析的有效性。提出的方法为后期星载遥感相机错位成像系统的设计提供了参考。     

运动目标激光主动成像系统MTF建模仿真

根据激光主动成像系统的成像原理和线性系统理论,在光电成像系统通用MTF模型的基础上,考虑了大气湍流和运动对系统成像性能的影响,建立了针对运动目标的激光主动成像系统MTF模型,并利用Matlab进行了仿真研究。结合具体的仿真结果,分析了限制系统MTF的主要因素以及目标运动的影响,为后续进行系统性能的评估和优化奠定了理论基础。     

微光像增强器的MTF测试技术研究

微光像增强器是微光成像系统的核心部分,其成像质量决定了对微弱光学信号的探测能力。像增强器的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)反映了系统对图像不同频率成分的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝法测试MTF的原理,进行系统校准和采用分段加权最小二乘拟合实现曲线的平滑去噪,构建了微光像增强器的MTF测试系统。具体是采用十字狭缝靶标进行测试得到线扩散函数(line spread function,LSF)曲线,然后对其进行去噪处理和离散傅里叶变换得到MTF曲线,测试结果与德国OEG-2MTF测试仪比较,误差率低于5%,为研制高成像质量微光像增强器提供了一种有效评价手段。     

折叠式微型数码镜头的设计

设计了一款折叠式微型数码镜头。该镜头的F数为3,视场角为52°,总长度为6.67 mm。该系统具有良好的成像品质。子午和弧矢MTF曲线在0.73视场、空间频率为285 lp/mm值大于0.3,系统的畸变约为-1.3%,该系统在最大视场处的相对照度约为70%左右,横向色差在0.9视场附近最大,约为0.42μm,小于单个像...     

水下激光成像系统的MTF分析

讨论了用调制传递函数(MTF)表征水下激光成像质量特性及其影响因素的量值关系,给出了计算该系统MTF的理论近似公式,得出了MTF与空间角频率、目标距离及接收视场角的关系,结果表明采用窄视场的同步扫描技术能有效地提高系统的成像质量。     

斜程大气湍流中成像系统分辨率的影响因素研究

大气湍流是影响光学成像系统分辨率不可避免的因素之一。为了研究大气湍流内外尺度、湍流轮廓线及探测高度对光学成像系统分辨率的影响,根据光学成像系统积分分辨率理论及修正Von Karman湍流谱,推导了斜程传输路径下考虑湍流内、外尺度的光学成像系统的分辨率积分公式。数值计算中应用ITU-R公布的随高度变化的大气折射率结构常数模型,结果表明:湍流内尺度对光学成像系统分辨率的影响要远小于湍流外尺度对分辨率的影响,而湍流内尺度又限制着外尺度对光学成像系统分辨率的影响;斜程传输时,湍流轮廓线的影响大于外尺度对积分分辨率的影响;光学成像系统分辨率在近地面受近地面大气结构常数的影响大,而当高度大于5 000 m时,光学成像系统分辨率受风速的影响大。     

紫外像增强器的调制传递函数测试系统设计

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅里叶分析的调制传递函数测试原理,设计了一套紫外像增强器的调制传递函数测试系统。然后对3支紫外像增强器进行了调制传递函数测试实验,得到3支紫外像增强器的MTF曲线截止频率均在32~34 lp/mm之间,并根据MTF曲线对3支紫外像增强器成像质量进行对比分析。最后经过重复测试得到几个重要频率点MTF测试值的标准差均低于0.02。     

大气光学湍流廓线探测方法研究进展

激光在大气传输过程中,由于湍流折射率的随机起伏会引起波前畸变、光斑漂移、闪烁等一系列光学湍流效应,因此严重制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展.通过分析大气光学湍流对多个领域的影响,指出了探测大气光学湍流廓线的重要意义.要想获取光学湍流的时空分布规律并准确评估光学湍流对光学成像或激光传输系统的影响,就必须对光学湍流进...     

不同结构红外光导探测器组件光串分析

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件,其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时,常使用调制传递函数(MTF),而探测器组件光学串音是影响探测器组件MTF的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 m的红外小光点测试系统,并用于测试不同结构红外探测器组件的线扩散函数(LSF)来评价组件的光学串音。测试结果表明:叠层电极结构侧面存在的光响应会导致LSF展宽和次峰等现象,该结果为红外探测器组件光学串音设计提供了参考。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

带摆镜的二维扫描制冷红外光学系统设计

带摆镜的像方扫描光学系统通常只在一维方向扫描成像,当摆镜在二维方向摆扫成像时,摆镜方位俯仰耦合运动带来的对光轴指向、光斑尺寸、成像性能等影响不能忽略。分析了不同的摆镜扫描光学系统的基本形式,并对像方摆镜扫描光学系统二维摆扫带来的影响进行了分析。对内轴为方位、外轴为俯仰的像方摆镜在不同的二维摆扫角度下的入射光轴指向和窗口处光斑尺寸进行了理论计算,提出了二维像方摆镜扫描光学系统设计与分析方法。利用Zemax建立了二维像方摆镜扫描光学系统模型,仿真分析了不同方位俯仰摆扫角度下的成像性能、光轴指向以及窗口挡光情况。在不同方位俯仰角度下,光学系统在17 lp/mm处MTF均大于0.4,窗口极限挡光小于21.4%。     

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/sHz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。