适于红外双色探测的光学系统

设计了适于红外双色探测器的光学系统．该系统在两个波段内同时较好的满足了像差校正．波前差小于1／4波长，光学传递函数接近衍射极限．该系统透射比高，设计结构紧凑，片数小.降低了对工艺水平的要求．     

波前编码对同轴反射系统失调像散钝化研究

矢量像差理论表明,一个已经校正过初级像差的光学系统,在微小失调量状态下仍会出现特定的像差表现,而工作在恶劣环境下的机载、星载光学系统这种情况尤为明显。波前编码技术已被证实对一阶、三阶像差有一定的钝化作用,基于波前编码原理,从矢量像差的角度研究了三次相位板对光学系统失调产生像散的钝化作用,并以卡式折反系统为例做了仿真验证。研究显示,波前编码计算成像系统对于元件倾斜引起的失调像散不敏感,系统轻微失调时仍能保持良好的成像效果,这对于降低光学系统的装调难度以及增强机载、星载光学系统的环境适应性具有一定的意义。     

大焦深波前编码光学系统相位板设计

设计了一种相位板,用来拓展初始光学结构的景深。对于波前编码光学成像系统的设计提出了几个需要考虑的事项及设计需求,并根据这些事项结合选定的基本参数,利用Zemax设计了一个光学系统的初始结构并优化。该初始结构是一个物距为4 m、F数为3、有效焦距为50 mm的像质良好的成像物镜。添加选择的三次相位板,其面型为扩展多项式。通过设置复杂的评价函数,将相位板的三次项系数作为变量,然后将相位板优化,得到其参数。最后通过传统光学系统和添加相位板的光学系统的各种数值对比,分析得出该设计的景深能够实现从4 m拓展到2.5 m至8 m。     

基于波前编码的红外光学系统消热差设计研究

消热差是红外光学系统设计的重要环节之一,本文介绍使用波前编码技术进行红外光学系统消热差设计的原理及方法,分析波前编码的基本原理,给出波前编码光学系统调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)的表达式.在此基础上,以三片式长波红外光学系统为例,利用ZEMAX光学设计软件分析其在常温(...     

波前编码技术在红外空空导弹上的应用研究

波前编码技术可以扩大光学系统的焦深,提高光学系统的无热化性能;也可以简化系统,减少光学零件数量。而空空导弹由于其体积较小,工作温度变化较大,其光学系统也面临着无热化设计和结构紧凑化设计等问题,因此研究波前编码技术在红外空空导弹上应用的可行性具有实际的意义。结合波前编码理论设计了一个适合于红外空空导弹,有效焦距f′为100 mm,F数为2,视场为±1.5°,工作波段为3～5μm的制冷型红外光学系统,通过Code V分析了光学系统在－45～60℃温度范围内的性能变化。     

波前编码超分辨成像技术

波前编码作为一种经典的计算成像技术,以能够大幅度拓展光学成像系统的焦深而闻名,并得到了学术界及工业界长期的关注。实际上,除了焦深的拓展,波前编码还具备实现超分辨率成像的潜力,而这在已有的研究中鲜有讨论。一方面,相位掩膜板的引入在降低光学系统传递函数并使其对离焦不敏感的同时,也有效降低了欠采样数字成像系统中的混叠效应,从而提供了更适合于进行超分辨率重构的数据源。另一方面,相位掩膜板所引起的点扩散函数支持域的巨大化效应使得以数字的方式、从采样间隔可以被认为是无限小的、理想的光学焦平面点扩散函数来计算与特定探测器物理像元大小相对应的采样点扩散函数成为可能。因此,从这两个特点出发,提出了一种为波前编码系统定制的、基于单帧图像放大的超分辨率重构算法,并且研制了原型样机对超分辨率的效果进行了检验。试验表明:焦距50 mm/F数4.5的Cooke三片系统除了焦深拓展超过20倍且具有接近衍射受限成像品质之外,利用复原算法能够实现至少3倍的高品质超分辨率重建效果。     

波前编码应用于红外光学系统无热化的研究

波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板,对波前进行调制,使得光学系统对离焦类像差不敏感,从而增大了焦深,通过对中间模糊图像的数字滤波处理,可以获得清晰图像.焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景.设计了一个有效焦距厂为100mm,F数为1.2,工作波段为7.5～13.5μ,m,工作距...     

基于波前编码的扩展景深短波红外成像系统

短波红外波段具备全天时、全天候成像的优良潜力,借助焦平面探测阵列在现代社会发挥着日益重要的作用。为了解决短波红外成像系统的离焦问题以提升平台适用性,将波前编码技术引入短波红外波段。针对无法配置调焦机构的轻小型短波红外成像系统,在光瞳位置放置三次方型相位板扩展景深。将相位板参数转换为径向坐标系数,利用调制传递函数一致性和图像可恢复性优化该系数。利用640 pixel×512 pixel的短波红外图像仿真波前编码成像性能,通过Lucy-Richardson经典算法还原中间模糊图像。光学设计和图像仿真结果表明,波前编码系统至少在±20倍景深范围内能够有效降低系统对离焦的敏感性,复原图像峰值信噪比最高可达38.5038 dB。     

基于波前编码的无热化红外成像技术综述（特邀）

波前编码红外成像技术是一种结合光学编码和数字解码两步成像的计算光学成像技术。波前编码无热化红外成像系统通过在红外光学系统的光阑附近增加特殊面形的光学相位板,对场景红外辐射进行编码调制,使得在宽的环境温度范围内红外焦平面探测器输出的中间编码图像具有高度一致性,再对中间编码图像进行数字解码得到清晰红外图像。近年来,国内外学者开展了大量波前编码无热化红外成像技术的理论分析和原理验证,表明其无热化特性的有效性。文中结合作者近年来的研究工作,主要介绍波前编码无热化红外成像技术的研究背景、基本原理、关键技术、国内外典型的设计方案和原理样机、并展望了波前编码红外成像技术的应用价值和发展趋势。     

不同光瞳对波前编码成像系统的影响

波前编码成像技术是一种光学编码和数字解码相结合进行景深延拓非常有效的技术.为了深入研究波前编码成像系统的成像性能,在介绍了波前编码成像原理的基础上,通过对比分析方形光瞳和圆形光瞳在编码前后分别对应不同离焦情况下的点扩散函数PSF和相应光学系统的模拟成像,得出:在传统光学系统中,圆形光瞳的离焦抑制能力优于方形光瞳;而在波前编码光学系统中,方形光瞳的离焦抑制能力明显优于圆形光瞳.这一结果对光学系统设计工作者具有非常重要的参考价值.     

波前编码景深延拓研究进展

波前编码成像技术（WFC）是一种用于景深延拓非常有效的光数混合图像处理技术,本文在简单介绍WFC技术基本原理的基础上,分层次系统介绍了WFC技术的最新设计理论和现实指导意义,举例说明了WFC技术的实际应用价值,最后对波前编码成像技术现状和未来做了简单探讨。     

基于稀疏编码的红外显著区域超分重建算法

由于红外光学衍射限和红外探测器的局限,得到的红外图像噪声相对偏大,分辨率偏低。对红外图像进行超分辨率重建可以提高图像分辨率,但同时又会增强背景噪声。针对此问题,提出了基于稀疏编码的红外显著区域超分重建算法,将超分重建和显著度检测相结合,可以提高目标分辨率并降低背景噪声。首先采用双层卷积提取图像特征,并自适应选择图像信息熵较大的图像块用于训练联合字典。然后利用稀疏特征计算显著度获取显著区域,再将显著区域用训练好的字典进行超分辨重建,与目标无关的背景区域采用高斯滤波。实验结果显示改进的重建算法在同等条件下重建效果优于重建模型ScSR和SRCNN,图像信噪比提高3～4倍。     

基于立方型相位板调制的波前编码图像恢复

针对立方型相位板对光瞳调制具有非旋转对称性及实际相位板方位测试困难从而导致实际波前编码系统后续图像不能准确恢复的问题,提出了以灰度梯度向量模方和为判据的等增量旋转调整点扩散函数(PSF)的维纳滤波方法。对于手持式裂缝检测波前编码系统的图像恢复,以ZEMAX软件设计得到的PSF为基础,根据立方型相位板PSF的旋转性质,进行旋转增量修正,并使用循环边界的方法消除截断振铃效应,来提高图像恢复的质量。实验表明,改进算法可以有效地修正系统的PSF,对波前编码实际系统图像的恢复有很好的适用性。     

疵病检测中适用于不同倍率物镜的波前编码板优化设计

为了更有效地对光刻投影物镜进行疵病显微检测 ,通过对波前编码(WFC)板上光线入射角度及其系数之间变化关系 的分析,设计和优化了一个可以同时适用于5X、10X显微物镜的WFC板。设计 结果表明,加入优化设计的WFC板后,分别对5X、10X和 20X显微物镜延拓了3到10倍的景深; 同时,光学系统的调制传递函数(MTF)在空间截止 频率附近都能保持较好的数值,保证了其应有的分辨率。通过成像仿真实验,对比了加 入WFC板前后的不同倍 率显微物镜的离焦成像能力。结果表明,所设计的WFC板对不同倍率的显微物镜都 有良好的景深延拓能力,在疵病显微检测中具有良好的适应性和有效性。     

基于最大可容忍深度失真模型的低复杂度深度视频编码

在保证虚拟视点绘制质量的前提下,如何降低深 度视频的编码复杂度是一个亟需解决的问题。本文提出了一 种基于最大可容忍深度失真(MTDD,maximum tolerable d epth distortion)模型的低复杂度深度编码算法,将MTDD模型引 入 到率失真(RD)代价函数,通过对编码单元(CU)进行失真度量判决 ,如果对当前CU进 行编码不会导致可察觉的绘制失真,则失真度量只考虑深度编码失真,否则失真度量同时考 虑深度编码失真和视点 合成失真(VSD),从而降低编码复杂度。实验结果表明,所 提出的算法在不 降低虚拟视点绘制质量和不增加编码码率的情况下,能显著降低深度视频的编码复杂度。     

Edge-preserving Intra mode for efficient depth map coding based on H.264/AVC

Depth-image-based-rendering (DIBR) algorithms for 3D video communication systems based on the “multi-view video plus depth” format are very sensitive to the accuracy of depth information. Specifically, edge regions in the depth data should be preserved in the coding/decoding process to ensure good view synthesis performance, which directly affects the overall system performance. This paper proposes a novel scheme for edge-aware Intra depth compression based on the H.264/AVC framework enabled on both Intra (I) and Inter (P) slices. The proposed scheme includes a new Intra mode specifically targeted to depth macroblocks with arbitrarily shaped edges, which are typically not predicted well by the standard Intra modes of H.264/AVC and result in high rate–distortion costs. The proposed algorithm segments edge macroblocks into two regions each approximated by a flat surface. A binary mask identifying the two regions is defined and encoded by means of context-coding with adaptive template selection. As a novel contribution, the proposed mode allows exploiting the correlation with causal neighboring edge macroblocks to improve the performance of context-coding of binary masks and allow significant bit rate savings. The proposed method has been exhaustively compared with different state-of-the-art algorithms for edge-aware depth coding and the results highlight significant improvements in most of the cases, both in terms of reconstructed depth quality, view synthesis performance, and overall texture plus depth rate–distortion performance.     

基于波前编码的红外无热化光学系统相位掩模板热效应特性分析

分析了基于波前编码技术的无热化光学系统中相位掩模板的自身热效应,得到了不同温度下光瞳处相位板相位函数的变化.分析了由相位板热效应引起的波前编码系统成像特性的变化.通过数值及图像仿真证明了相位板热效应对波前编码无热化光学系统性能产生的影响.结果表明,相位板热效应对系统MTF(调制传递函数)的离焦不变特性和编码图像的可复原性产生严重的影响.     

基于共焦图像序列的自适应聚焦度量场景深度估计方法

为了估计场景深度信息,提出了基于共焦图像序列的自适应聚焦度量方法。首先,利用相机阵列获取场景多视角图像,用相机阵列模拟一个虚拟孔径相机并合成共焦图像序列。接着,采用自适应聚焦度量方法计算共焦图像序列中每个像素点的聚焦度量值并找出最大度量值作为清晰点。最后,根据相机阵列与共焦图像序列的几何配置估计出场景的深度。此方法提高了场景中深度不连续处的准确度,能较准确地恢复出场景的深度信息。     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

基于协作稀疏编码的红外小目标检测

为了实现复杂背景下的红外小目标检测, 提出了一种基于协作稀疏编码(CSC)的红外小目标检测算法。首先通过滑动窗口法提取待测 试图像的图像块,并将 其转化为列向量作为超完备字典;然后采用CSC模型计算每一个图像块在超完 备字典中的系数矩 阵以及误差矩阵,其中系数矩阵的L_2,1范数代表图像的背景信息,而误 差矩阵的L_1,2范数代表红外小目标信 息;进而利用ADMM(alternating directional method of multiplier)算法解 算,得到系数矩阵和误差矩阵;最后通 过误差矩阵重建,得到红外小目标的位置。仿真及公开数据实验结果,证实了本文方法的有 效性。