一种改进的凝视焦平面探测器亚像元成像处理算法

利用光学微扫描和亚像元成像处理技术,实现亚像元成像系统是当前提高光电成像系统空间分辨率的重要技术途径.本文在分析二维凝视焦平面探测器的亚像元成像和重构原理的基础上,提出了一种改进的基于二维2×2微扫描的亚像元成像处理方法,解决了边界精确标定法的标定以及边界值近似法的误差问题.模拟分析表明:算法可有效实现亚像元成像,且处理工作量小,易于实现实时处理,可望在可见光和红外亚像元成像领域获得应用,算法对于发展高性能热成像系统具有重要的理论指导意义和实用价值.     

光学微扫描器技术及其实现方式

微扫描成像技术是一种用于提高成像系统分辨力的新技术,它利用多幅相互之间具有亚像元位移的序列低分辨力图像来重建高分辨力图像。微扫描器是微扫描成像系统中最重要的组成部分。文章简要地阐述了成像系统由于欠采样所带来的混叠效应,以及微扫描成像技术提高采样频率以减小混叠效应的原理,分析了微扫描工作模式和成像过程,然后介绍了几种典型光学微扫描器的实现方式。     

用于红外凝视成像系统的光学微扫描器

空间分辨力不足限制了凝视型红外焦平面探测器的发展,微扫描技术可以在不降低探测器热灵敏度的前提下提高成像系统的空间分辨力,同时可以扩大成像系统的视场。为此设计了一种基于新型压电驱动器的光学微扫描器。介绍了新型压电驱动器和扫描器的工作原理,测试了扫描器的频响特性。采用软件补偿和串联硬件陷波器相结合的开环控制方法,补偿压电陶瓷迟滞效应和抑制机械谐振,加控制器后的100Hz三角波扫描非线性度从6%减小到了1%,提高了扫描线性度,实现了高频三角波扫描。     

考虑探测器填充率及微扫描对位偏差的扫描型亚像元热成像算法

针对实际扫描型亚像元热成像系统可能存在探测器填充率不为1以及微扫描对位偏差,研究了填充率不为1以及存在微扫描对位偏差条件下的亚像元热成像处理算法,证明通过适当的亚像元处理技术依然可获得高分辨力的亚像元成像;给出了适合实时处理的快速处理算法;分析了填充率和对位偏差对亚像元处理图像的影响,为实际亚像元成像系统的装配以及处理算法的调试提供了理论指导.算法的实现对提高扫描型热成像系统的技术性能指标具有重要意义.     

旋转式红外微扫描器研制

针对红外成像系统因衍射光斑大导致图像分辨率低、焦平面探测器填充因子小导致图像传函值小等两大主要缺陷,提出了通过微扫描成像技术提高图像分辨率和传函值的技术方案.简要介绍了微扫描成像的工作原理,重点论述了旋转式红外微扫描器设计方法,并推导了有关设计公式.在微扫描器及其成像演示装置研制基础上,开展了微扫描成像实验,成功得到分...     

一种下一代激光雷达的设计与实现

研制了一种下一代小型化实时成像的激光雷达样机,这种新的激光雷达系统由激光二极管、准直镜、MEMS微扫描器、收集光学、带通滤波器、光电探测器和信号处理装置组成,其核心器件是基于MEMS的微扫描反射镜。详细分析了系统的结构和参数,结果表明:其距离分辨率为1cm,视场角为24°,谐振频率为1.5kHz。该下一代MEMS微扫描器激光雷达系统具有高精度、低成本、小体积和三维实时成像等优点。     

红外凝视成像系统中的微扫描器控制

基于压电陶瓷驱动器,选用2×2微扫描模式,降低了系统控制难度。分析了影响微扫描器控制的几个因素,设计了一款以单片机为核心的控制电路,解决了微扫描器位移与同步的控制问题,并以此构建了一款基于国内某制冷型探测器的反射式微扫描热像仪,通过实验验证了采用2×2微扫描模式能够有效提升热像系统的空间分辨力。     

扫描型焦平面热成像系统的亚像元处理算法研究

通过对垂直方向具有光学微扫描的288×4焦平面热成像过程的分析研究,提出了一种可实现亚像元成像处理算法,在垂直扫描的方向可使探测器传递函数的截止频率提高一倍,可明显改善系统成像质量和作用距离.算法简单,处理工作量小,易于实现实时处理.算法的实现对提高扫描型热成像系统的技术战术性能指标具有重要意义.     

一种大步长的光学微扫描方法

旋转倾斜光学平板是一种光学微扫描方法,为了解决其对光学平板尺寸要求苛刻的问题,采用一种大步长扫描法,理论分析了该方法对频谱混叠和探测器调制传递函数的影响,并结合实验仿真对超分辨重建图像的质量评价参量进行了实验验证。结果表明,该方法不但降低了平行平板加工难度,而且依然能抑制图像频谱混叠并保持探测器调制传递函数。     

机载新颖连续变焦中波红外光学系统设计

针对制冷式640×512元凝视焦平面阵列探测器,设计了结构紧凑的高性能机械补偿30倍连续变焦光学系统.该系统采用新颖的三组元变倍形式和三次成像方法设计.工作波段为3.7 ~ 4.8 μm,F/# =4,变焦范围750 ~25 mm.首先利用光学设计软件给出了系统的光学外形结构图; 然后,进行了像质评价分析,变焦曲线分析,温度环境适应性分析和冷反射分析; 最后,介绍了该系统应用微扫描成像技术提高分辨率的方法.结果表明,该光学系统在空间频率30 lp/mm处的光学传递函数 ( MTF) 值均接近衍射极限, 弥散斑直径的均方根 ( RMS) 值均小于15 μm.变焦曲线平滑,且移动组最大行程小于71 mm.移动组透镜的轴向移动可完成系统调焦及温度补偿.光学系统满足100 %冷光阑效率,在-40 ~60 ℃温度范围内均有良好的像质.同时,满足新一代机载前视红外( FLIR)系统的要求.     

凝视红外成像末制导系统性能测试评估方法

针对国外新一代高速导弹的特点,结合红外成像探测系统要求及其工作环境,开展凝视红外成像探测系统在高速导弹上应用的性能测试和评估方法研究,提出了高速导弹气动光学效应环境的分析与测试方法和气动光学效应下的末制导探测系统性能测试评估方法,并通过风洞试验、数学仿真和实验室性能测试试验进行红外成像末制导系统各项性能的测试,从而全面评估红外成像末制导系统在高速导弹中的应用性能,为开展凝视红外成像末制导系统的设计和优化提供了重要依据和指导。     

激光成像技术的新发展

激光三维成像技术具有有别于其它光学成像技术的许多特点,在侦察、测绘、制导和导航等领域有着广泛的应用前景,是激光应用领域的一个研究热点。随着激光技术和探测器技术的发展,近些年来,一种以三维探测器阵列为核心的新型体制的激光三维成像技术得到了迅速的发展,该体制的激光三维成像系统包含了单光子三维雪崩探测器阵列、半导体泵浦微片激光器、衍射光学元素微光机电系统等诸多前言技术,是激光三维成像技术的一种发展方向。本文对该技术的特点、应用、关键技术和发展状况等情况作一简要介绍。     

基于透射变换和二维指向镜的大视场光谱成像研究

为了对大视场范围内的目标进行 光谱成像,人们通常采用二维指向镜和面阵凝视光谱仪相结合 的技术途径。当用二维指向镜对近距离目标进行成像时,在不同方位 角与俯仰角下产生的像旋和畸变等都不同,从而给后续处理带来了 困难。因此需要先建立目标实际坐标系、探测器图像坐 标系和俯仰方位角三者之间的光学传递模型。根据该 模型即可得到透射畸变图像与真实图像之间的变换关系。然后通 过透射变换对透射畸变图像进行正视校正,便可对 大视场图像进行拼接。外场实验结果表明,该方法可行性 强,简单易行,稳定性好。     

基于面阵凝视扫描成像的声光光谱成像系统及其图像拼接验证试验

可见---近红外波段(400~1000 nm)成像光谱仪是光谱探测的重要组成部分。基于地基可见-近红外成像光谱仪的实际应用要求,提出了一种采用面阵探测器的凝视扫描成像光谱仪。该光谱仪还采用了一种新型分光器件声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)。其特点在于光谱的选择和施加在它上的射频信号频率相关;通过程序控制射频信号,就可以控制光谱。利用设计的光谱成像原理样机进行了地基月球观测实验。基于实验的特点,在光学设计的基础上增加了另一路共轴辅助光学,以进行粗定位。在获取成像结果之后,进行了辐射定标和尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transformation, SIFT)图像拼接处理。结果表明,利用二维指向机构和面阵凝视成像系统,结合SIFT图像拼接算法,可有效获取宽幅高分辨率光谱图像。     

成像差分吸收光谱系统设计及应用

被动差分吸收光谱技术(DOAS)是一种以太阳散射光为光源,利用不同气体分子的特征吸收来实现气体定性定量测量的方法。成像光谱技术作为一种新型光电探测技术,能同时获取观测区域的空间信息和光谱信息,该技术与DOAS结合构成了成像差分吸收光谱系统(IDOAS),可实现对气体的二维成像测量。设计了基于凸面光栅Offner成像光谱仪、面阵CCD、紫外镜头和扫描旋转台的成像差分吸收光谱系统,描述了系统的组成并着重介绍了Offner成像光谱仪的光学设计。针对该系统开发了基于MFC框架的软件系统,实现了探测器参数设置、数据采集与显示、数据存储、电机扫描控制、多波段成像、图谱合一等功能。利用该系统对发电厂烟羽排放进行外场测量,采用被动差分吸收光谱方法对采集的太阳散射光谱进行处理获得SO_2柱浓度,实验证明系统运行稳定可靠,可用于污染气体的二维成像解析。     

一种基于图像处理的红外微扫描器件测量与校准的方法

在以红外焦平面为核心的红外成像系统中,微扫描器件可以有效提高整个系统的空间分辨率。针对微扫描器件的检测,本文提出了一种基于图像处理的测量与校准方法,并搭建了一套检测系统用于对微扫描器件进行检测与校准。以某型微扫描器件为测试对象,实验结果表明本文所提方法在测量精度、重复精度以及不确定度方面均达到了良好的效果,可以为微扫描器件的设计、生产提供基础支撑。     

凝视红外成像制导系统数学建模与仿真技术

基于凝视红外成像制导工作的原理,论述了凝视红外成像末制导系统虚拟样机及其工作环境建模方法,介绍了红外成像制导仿真系统数学软硬件环境和仿真方法,给出了初步的数学仿真结果,对开展凝视红外成像末制导系统技术研究具有指导意义。     

中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波红外制冷式凝视焦平面阵列探测器,探讨了红外连续变焦系统的设计方法,并在考虑红外吊舱使用要求的基础上,设计了结构紧凑、质量轻便的机械补偿5~×连续变焦光学系统.该系统工作波段3～5μm,F~#为2.0,变焦范围30～150mm,变焦轨迹短而平滑,且在全焦距范围内成像质量良好.系统由7片透镜组成,采用二次成像结构,在实现冷光阑效率100%的同时缩小了系统径向尺寸.     

基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析

实现了基于光泵浦远红外气体激光器和高莱管探测器的连续波太赫兹成像.从太赫兹光学器件的选择和配置角度讨论了成像系统的设计和搭建流程.详细测试了系统在信噪比、空间分辨率、探测器响应和成像速度方面的性能指标.利用该系统采集了一系列样品的太赫兹透射图像,实验结果验证了系统的成像效果,揭示出太赫兹成像技术在安全检查和质量控制方面...