基于汽车后视系统的短焦距超广角镜头光学设计

充分考虑了鱼眼镜头的特点,设计了一款应用于汽车后视系统的短焦距超广角镜头。系统焦距3.2mm,F数为2.0,全视场角179°,系统总长17.5mm。采用6片式结构,所有镜片均为球面未采用非球面,大大降低了成本,并对各像差曲线进行了分析,全视场MTF值在100lp/mm达到0.5以上,系统结构简单紧凑,像质优良。     

应用泽尼克多项式自由曲面的成像物镜设计

为了解决自由曲面难以应用于成像系统设计的问题,通过对泽尼克多项式自由曲面的波像差的分析,对一种采用泽尼克多项式自由曲面的成像物镜进行研究.在对非球面离轴反射型成像物镜研究的基础上,应用泽尼克多项式归一化描述光学系统的波前边界,建立与赛得和像差之间的对应关系,推导出采用泽尼克多项式自由面替代偶次非球面的方法.设计采用三片泽尼克多项式自由曲面反射镜组成设计成像物镜,在100倍放大倍数、视场角为130°、相对孔径为2.5的条件下,调制传递函数实现100 lp/mm 60%以上,畸变小于2.0%.研究结果表明,应用泽尼克多项式自由曲面可以减小离轴光学系统像差,达到提高清晰度、简化光学系统结构的作用.     

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.     

1300万像素折衍混合式手机镜头设计

设计了两款高像素的折衍混合式手机镜头。两款镜头F数均为2.2,都将第一片透镜的后表面作为衍射面,第一种结构采用正-负-正的三片式,光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间,全视场60°,焦距为5mm,系统总长5.8mm,优化后在223lp/mm处所有视场MTF值均大于0.4,在446lp/mm处所有视场MTF值均大于0.19,相对畸变小于2%,第二种结构为四片式,光阑前置,全视场70°,焦距4.2mm,系统总长6.7mm,优化后在223lp/mm处0.7视场内MTF值均大于0.36,在446lp/mm处0.7视场内MTF值接近于0.2,相对畸变小于1%,三片式镜头系统总长小,MTF曲线也更高,但四片式镜头有较大的视场角且场曲畸变更小,两者各有优势。     

基于ZEMAX的1300万像素手机镜头

为了满足市场对高像素手机镜头的需求,结合光学设计和非球面理论,利用ZEMAX光学设计软件,设计了一款1300万像素的手机镜头。该手机镜头由4片非球面塑料镜片、1片滤光镜和1片保护玻璃组成,镜头光圈值为2.8,视场角为76°,有效焦距为4.4mm,后焦距为0.58mm,镜头总长为5.6mm。中心视场处的MTF值大于0.5,且畸变小于1.8%,成像效果良好,满足使用要求。     

非球面在小变倍比变焦距光学系统设计中的应用

为了提高变焦系统的性能,使其拥有良好的像质,简化系统结构,方便机械加工、装调,在小变倍比变焦距光学系统设计过程中引入了非球面设计。利用光学设计软件ZEMAX对系统在长、中、短3个焦距位置进行优化设计,由此得到了一焦距15.6196～23.4084mm,视场±10.29°～±7°的变焦系统,系统由4组6片透镜组成,其中包括1个非球面。该系统具有结构简单紧凑、成像质量较好等特点。     

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。     

AMOLED头盔显示器光学系统设计及视空间评价

基于投影式物镜,采用新型AMOLED图像源,引入折射/衍射混合结构,通过系统优化,得到一款3片投影式头盔显示器光学系统.该系统采用0.61英寸AMOLED微显示器,视场为45°,质量为1.35 g,直径为11.32 mm,分辨率满足SVGA显示模式,实现了头盔系统的超轻小设计.通过理想透镜焦距变化模拟人眼调节,对其MTF(调制传递函数)进行了精确的视空间评价,评价结果显示:对于3 mm瞳孔,该系统中心视场的MTF在0.5 cycles/arc min处为0.41,远夫于AIM(视网膜空间像调制度)曲线的值     

大光圈微型高清照相物镜的设计和性能分析

基于Д. C. Boпocob公式得到照相物镜的基本特征参数,通过PW法计算物镜系统的初始结构参数,设计了一款大光圈微型高清照相物镜,并在非序列仿真环境(Non Sequential Component,NSC)下对系统结构合理性进行了分析.照相物镜的光圈值F数为2.2,视场角2 w=65°,系统总长6.13 mm,有效焦距为4.5 mm.系统由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,其中第1、3、4片透镜为正透镜,第2片透镜为负透镜,光阑面位于第1片透镜之前.优化后,各视场的均方根(RMS)半径都小于艾里斑半径,在半奈奎斯特频率处各视场的MTF值均大于0.54,畸变小于2%.系统搭配Aptina的AR8033型CMOS,可实现800万像素光学品质的微型照相物镜系统.     

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.     

基于Zernike矩的抗旋转攻击图像感知哈希算法

以Zernike矩为特征图像感知哈希算法,由于Zernike矩对图像旋转具有不变性,使得算法具备了旋转攻击下的鲁棒性;同时由于Zernike矩是图像的正交表示,能够很好地提取图像的内容,使得算法具有良好的区分性.算法首先将图像归一化,然后提取图像Zernike矩作为特征,经过密钥置乱后,对特征进行量化生成哈希串.算法在...     

基于混合算法的自由曲面网格结构多目标优化

为有效提高自由曲面网格结构的性能,改进了自由曲面网格结构的多目标优化方法,基于NURBS技术生成自由曲面,以曲面控制点高度为优化变量,结构应变能为静力性能优化目标,提出了以综合考虑曲面相似性、流畅性以及网格规整性的几何综合量化指标为几何优化目标;将目标函数的敏感度与进化算法NSGA-II结合,提出了敏感度混合进化算法。进行了自由曲面索撑网壳与自由曲面空间网格结构的多目标优化。研究结果表明：与其他3种算法相比,敏感度混合进化算法不仅可获得精确性、均匀性更好的Pareto解集,而且明显提高了算法的优化效率;两个结构优化后的应变能分别下降了21.2%、60.9%,几何综合量化指标分别下降了15.4%、30.9%;优化后结构自身的力学性能有所提高,以综合量化指标为目标函数有效提高了自由曲面的相似性、网格流畅性以及网格规整性。     

干眼症检测仪照明和成像系统的设计及实现

为了准确的测量出人眼泪膜破裂的时间,设计了一种干眼症检测设备的照明和成像系统。首先,为了得到placido盘在人眼表泪膜上的照度均匀的投影图,设计了照明光源,照明光源采用环形排布LED灯珠的设计,使得光源可以将placido盘后表面均匀照明。其次,设计了工作距离105mm的成像物镜,物镜在空间频率91lp/mm处,全视场MTF值均大于0.3,系统畸变小于0.8%。实验结果表明,该系统可以清晰的采集到人眼泪膜完整时的placido环投影的图像。本系统具有结构简单、易加工、成像清晰等特点,很好的满足了整机的需求。     

基于Zernike矩和PSO算法的摄像机神经网络标定

提出了一种新的基于Zernike矩和粒子群(PSO)算法的摄像机BP神经网络标定方法。首先,利用Zernike矩和曲率不变性求取圆形标定模板中心的亚像素坐标,提高神经网络训练数据的精度;其次,利用PSO算法优化网络的初始权重和阈值,提高网络的收敛速度和泛化能力。实验结果表明,该方法在X轴和Y轴方向的测量误差小于0.06 mm,整个测试集均方根误差为0.194 mm,证明了该方法的有效性。     

利用深度图像改进光场描述符的三维模型检索算法

针对光场描述符丢失三维模型空间信息以及全景视图描述符投影视图较少的问题,提出一种结合深度图像的三维模型检索算法. 该算法引入深度图像对光场描述符加以改进,得到投影视图后,分别提取其离散小波变换特征和Zernike矩特征;然后对深度图像进行聚类去掉冗余信息,并通过随机游走算法来确定每一类的权重,以更好地反映类间关系;最后设计改进全景视图相似距离计算方法,用于进一步的三维模型检索. 在普林斯顿模型库上的实验结果表明,该算法有效利用了三维模型空间信息,提高了检索精确度.     

轴对称非球面平行磨削Y轴向对刀误差补偿

在光学系统中应用非球面光学元件能够提高光学系统设计灵活性,改善光学系统成像质量,缩小光学系统尺寸,在整体上减轻系统质量。本文通过系统分析轴对称非球面元件精密磨削工艺过程中的轴向对刀误差等加工误差因素,建立轴向对刀误差校正方法,并将其运用到轴对称非球面精密磨削与抛光加工过程中。由实验可知：通过误差补偿,加工时间节省60%以上,Φ80mm口径非球面抛光后的面形精度PV值为0.62μm（0.982λ）,RMS值达到0.093μm（0.147λ）,满足非球面面形精度要求。实验结果验证了理论分析与误差补偿方法的正确性,实现了轴对称非球面光学元件的快速精密加工。     

球面干涉检测中改进的调整误差校正方法

根据球面干涉检测中待测球面调整误差的高阶近似模型,提出新的基于泽尼克多项式拟合的球面调整误差校正方法.该方法根据测得原始面形数据的泽尼克多项式系数以及待测面数值孔径,得到调整误差所引入的低阶和高阶像差量,实现高精度球面调整误差校正.通过Zygo干涉仪及大数值孔径待测球面对提出的校正方法进行实验验证,校正精度达到了均方根值近0.001λ、峰谷值0.011λ.实验结果表明,该方法可以实现很高的球面调整误差校正,无需了解实际调整误差量,便于自动化处理,可以降低检测装置中对待测面调节机构精度的要求.     

大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究

针对大型光学非球面制造难度大的缺点，根据非球面的轴对称性，在对非球面方程及曲率分析基础上，采用简便的二轴联动超精密磨削机床，给出两种砂轮加工光学非球面的几何模型，分析了形成光学非球面造型误差的主要影响参数，并通过计算机仿真，得到一系列有价值的结果，即：(1)调整平行砂轮安装角以获得最大行程，可明显提高加工效率和精度；(2)为提高加工精度与效率，在保证砂轮形状精度前提下，带角圆砂轮应采用较大的角圆半径；(3)在加工效率、精度以及质量的稳定性上，带角圆砂轮比平行砂轮有显著的优势；(4)平行砂轮加工成本低，在缓变非球面的粗磨阶段，可用其以较小的安装角度达到加工要求．从而为提高加工效率与精度提供工具选择的依据．