日盲紫外-可见光双光谱照相机系统

为准确检测电晕放电的位置和强弱,考虑电晕放电会发出日盲紫外波段(240～280nm)光,对这一波段的目标进行检测可以避免太阳光的干扰这一特点,研制了一种基于分光方式的日盲紫外-可见光双光谱照相机。设计了一种孔径为68mm、焦距为180mm的高分辨率折反射结构的日盲紫外镜头,并设计了基于TMS320DM642的DSP芯片的图像处理电路。借助DSP/BIOS实时内核和RF5框架,实现了图像采集、图像输出显示、和压缩存储任务的调度,采用加权平均算法实现了图像融合。在阳光强烈的夏天对90m处的汞灯紫外点光源和背景进行了野外成像实验,获得了较为清晰的紫外图像、可见光图像以及合成图像。此外,提出了相机的改进建议。     

宽光谱多传感器轴一致性检测系统设计

光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标,为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题,本文结合光路切换和光热转换的思想,设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统;通过步进电机的驱动,带动导轨上方反光镜位置移动,实现系统光路的切换;采用镀有硫化铜的锗玻璃,作为光热转换靶材,将短波长的光斑转换为热斑,采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4～14μm波段光谱范围的检测;对光学系统进行像质评价分析,可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑（Root mean square, RMS）直径均在9μm以下,能量集中度较好;对系统检测精度进行分析,最大测量误差为0.1 mrad;通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验,对系统可靠性进行验证,结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑,适用波谱范围广,能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。     

基于小波变换的紫外光和可见光图像融合算法

针对高压设备电晕放电和故障点定位的问题,设计了一种基于紫外电晕技术的高压放电检测系统,并提出了一种适用于紫外光图像和可见光图像融合的小波算法。利用240 nm^280 nm这一日盲波段获取紫外放电图,引入了图像融合技术,实现了对电晕区域精确地定位。小波变换具有很好的时频特性,可以用于同时提取不同尺度上的有用信息,为图像融合提供了有利条件。通过仿真实验,将该算法与以往的加权平均方法和拉普拉斯金字塔变换方法进行了比较。研究结果表明,由该方法得到的融合图像可以有效地保留细节和边缘,图像更加清晰,细节更加丰富,融合效果明显优于其他两种方法。该方法满足紫外检测系统的需要,能够广泛应用于电晕放电的检测和定位,从而为解决电晕问题提供依据。     

应用于紫外检测技术的ICA图像融合算法

针对高压电气设备电晕放电故障点定位问题,对ICA图像融合算法、紫外检测技术和紫外成像系统等方面进行了研究。将ICA图像融合算法运用到高压设备电晕放电检测中,根据高压设备局部放电会发出紫外光的原理和紫外光波长在日盲200 nm~400 nm波段的特点,对高压设备局部放电区域采集紫外光图像和可见光图像进行图像融合,在融合图像中准确定位局放故障点。研究针对紫外图像和可见光图像灰度直方图差别大的特点,对传统Fast ICA算法进行优化,以优化后的权值对融合系数进行加权处理,建立融合规则使局放故障点表达更加清晰,并将算法运用于紫外成像系统。研究结果表明,改进后的Fast ICA算法对比于紫外成像仪的其他算法所得图像信息更加丰富、定位更加精准,融合图像可以有效地定位高压设备电晕放电故障点。     

多波段共口径红外系统光机热一体化设计

针对红外系统对热辐射比较敏感的特点,即除了来自系统外部的杂散热辐射会影响系统的性能,系统内部的热辐射也会降低系统的灵敏度,在研制某型号红外系统中,根据技术指标对其光学系统、机械结构以及热辐射抑制进行了详细论述和设计.系统口径1000mm,采用可见光、中波红外、长波红外3个光谱波段共用口径的光学结构,可见光波段焦距2000 mm,目视鉴别率690 lp/mm,中波红外波段焦距为2000 mm,长波红外波段焦距为2000 mm.采用地平式二维转动机构以实现对成像头部组件俯仰、方位的调整,保证对目标的瞄准和跟踪.重点对系统内部杂散辐射进行了分析,包括机械内壁不同表面不同发射率对像面接收辐射能的影响,以及光机内壁不同温度不同发射率对像面接收辐射能的影响.设计了水冷循环系统制冷光机系统的温度,降低系统内部杂散辐射.测试结果表明,可见光波段焦距及目视鉴别率达到了预先设计的要求值,各红外分系统的焦距也分别到达了预先设计的要求值,所摄取的图像对比度清晰.     

四波段共光轴成像实验平台及其图像融合

为获取以及充分利用场景的多波段信息,同时为多波段图像算法研究奠定基础,基于非制冷红外焦平面阵列,研制了共光轴分束的可见光+近红外、短波红外、中波红外和长波红外四波段光电成像实验平台.给出了基于四波段光电成像实验平台的图像处理案例,使用现场可编程门阵列完成各路图像的预处理与多波段图像融合.预处理过程主要包括可见光机芯盲元...     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

红外双波段双视场共光路光学系统

考虑红外多波段双视场共光路系统多谱段色差严重且能量透过率低,本文设计了结构简单的红外中波/长波双波段双视场折射系统,实现了成像系统的功能多样性。该系统采用了320pixel×240pixel红外中波和长波双色焦平面阵列探测器,通过引入非球面元件提高了系统校正像差的能力,实现了镜片组的结构性调整。系统包括变焦和二次成像两个子系统,其中变焦系统短焦距为50mm,长焦距为200mm,满足100%冷阑匹配。像质评价结果表明:在17lp/mm处,调制传递函数(MTF)在中波处大于0.5,在长波处两个视场下都接近衍射极限;另外80%左右的能量都能被集中在一个像元上,光谱透过率均匀,且无严重的冷反射现象。优化后的光学系统具有适用范围广,结构紧凑以及成像效果好等优点,在机载光电侦察跟踪设备上有较好的应用前景。     

红外与可见光双波段图像同步采集与传输系统

设计并实现了长波红外与可见光双波段图像的同步采集与传输系统。通过设计长波红外焦平面图像传感器UFPA和可见光图像传感器CMOS的驱动时序,获得了同步双波段的图像数据,经过FPGA同步采集后拼接成包含有双波段图像信息的一帧图像,只需单一传输通道USB3.0接口传输到上位机。在PC机上将拼接的一帧图像拆分还原成各自单独的红外和可见光原始数据,极大地方便了后续的图像处理或显示。与目前传统的双路图像采集系统对比,文中研制的设备实现了同步实时采集与单通道传输,并具有连接方便、低功耗和处理灵活的优点。     

双DMD红外双波段场景模拟器光机结构设计

针对常规红外双波段场景模拟器多基于单数字微镜器件(DMD)设计、不能对两个波段进行差异化调制、只满足仿真测试的工作波段需求、实用性差的问题,提出了一种基于双DMD的双通道、共口径、两档变焦、结构紧凑的红外中/长波场景模拟器,并对投影系统、照明系统、双色合束镜等主要部分进行了详细的光机结构设计。光学引擎采用远心光路直接照明DMD靶面,利用空间立体式布局来避免不同光路间的干扰,且使用两块小型金属平面反射镜压缩照明光路以提高系统集成度;采用半运动学弹性夹持方式固定合束镜,重点计算了弹簧夹为得到最小预载应发生的偏转量及其在材料中形成的弯曲应力;利用MATLAB求解出两波段黑体的工作温度,并拟合出经光学系统后两波段辐射出射度与全红外波段黑体辐射出射度的比例关系ψ(T)曲线。测试结果表明,黑体温度为850 K时达到最高表观温度要求,中波图像对比度为250∶1,长波图像对比度为14∶1,满足现阶段红外中/长波场景模拟器的使用要求。