红外透镜检测中的自动聚焦技术

为了精准且快速的检测红外透镜的性能,设计了一套基于图像处理的快速红外CCD自动调焦测量系统,采用波长范围为3.7~4.8 m的中波制冷红外CCD相机,对透过红外镜头产生的像自动聚焦进行二次成像,通过图像的快速处理和分析,以检测镜头对称性和焦距等性能。重点分析了目前常用的自动对焦技术,针对该检测系统提出了灰度熵与统计学函数有机结合的自动聚焦方法,并通过大量的检测结果进行验证。实验结果表明系统重复定位的位置精度达到10 m。     

基于反射式平行光管法的紫外透镜焦距测试研究

光学透镜是光学仪器中最基本的器件,而焦距又是光学透镜最重要的特性参数,如何精确测量透镜的焦距一直以来都是研究重点,然而目前鲜有针对紫外透镜焦距测试的研究。本文结合紫外透镜的特点,对一种基于反射式平行光管的紫外透镜焦距测试方法进行了研究,并以此设计出了一套紫外镜头焦距测量系统,同时选用了不同焦距的紫外镜头进行了实验,最后对系统进行了误差分析。实验结果表明,该测量系统可以对紫外镜头焦距进行高精度测量,25 mm镜头的测量误差为2.041%,100 mm镜头的测量误差为0.934%,验证了测量系统的准确性。     

基于多聚焦红外图像的温度测量及三维重构

由于红外镜头景深小,测量表面超过景深范围的样品不能得到所有位置均清晰聚焦的红外图像。提出了基于多聚焦图像融合的曲面温度测量及被测物体三维重构的方法。该方法采集同一视场不同聚焦深度的红外图像,利用多聚焦图像融合算法,获取所有位置均清晰聚焦的红外图像,即准确的红外信息。再查温度标定表,根据灰度值可得准确的温度值。最后,利用多聚焦图像系列附带的深度信息重构出表面三维高度图。实验表明,应用此方法可以准确测量物体表面温度信息,三维重构图与全聚焦图像形成信息互补。     

基于计算机视觉的弹着点坐标远程测量系统

系统采用双目立体视觉原理,通过捕捉、处理弹落击起的烟尘图像精确地获取弹着点信息。给出了一种适于野外环境构建的视觉测量模型,并提出了一种仅对焦距及光轴水平偏角进行现场标定的相机参数快速获取方法。采用序列图像实时帧间差分阈值法作为主要的图像处理手段,通过构造高斯背景统计模型获得精确的分割阈值。为排除野外环境的各种干扰,提出了依据时空相关性检测的帧间多级差分方法,为解决烟尘快速飘移对后续弹点探测的影响,给出了一种伪目标边缘跟踪算法。远程视觉传感器距靶心1.2 km对?准400 m靶区实测时,图像处理时间小于8 ms,系统响应时间小于75 ms,报靶精度优于2 m,完全满足实时准确报靶的要求。     

基于图像复原技术的红外小目标检测方法

提出了一种准确、快速的红外小目标单帧检测方法。该方法首先利用图像复原技术对红外小目标图像进行平滑预处理,达到去噪、提高图像对比度的效果;接着将滤波后的图像与原始图像做差分对消处理,抑制背景杂波;然后采用梯度法对残差图像进行锐化处理,凸显小目标;最后设置两个灰度级做阈值提取,从而检测到红外小目标。仿真实验结果表明本算法能快速、准确的检测出目标点,鲁棒性较好。     

基于经纬映射的径向畸变快速校正算法的研究

短焦距大视角镜头会造成图像的径向畸变。在阐述了镜头畸变原理的基础上,结合对鱼眼图像经度校正算法的分析,提出一种基于经纬映射的径向畸变图像快速校正算法。该算法首先建立畸变图像球面坐标定位模型,确定畸变中心;再对各经纬度像素坐标映射,进行源图像与目标图像的空间坐标转换;最后利用双线性插值算法进行灰度重采样,完成畸变图像的校正。利用MATLAB软件进行了实验,结果表明,该算法能够以较低运算复杂度实现对短焦距大视角镜头畸变图像的快速校正,得到较好的校正效果,可用于针对精度要求不高、不具备参数标定条件的场合。     

基于二维EMD的红外图像弱小目标检测

针对红外图像中的弱小目标检测,提出了一种经验模态分解（EMD）检测复杂云天背景下红外弱小目标的新方法。该方法基于Delaunay三角剖分和径向基函数,将一维EMD方法推广到二维,并将其应用于红外图像中小目标的检测。仿真实验结果表明,该方法能快速、准确地检测出云天背景下的红外弱小目标。     

基于颜色和灰度熵的视频镜头检测方法

视频镜头分割是视频检索和视频分类等应用的关键步骤,因此提出一种基于颜色直方图和灰度熵的镜头检测算法。该方法以HSV颜色直方图和图像的灰度熵为特征,计算视频相邻两图像帧的相似度,从而判断出是否发生了镜头变换。实验证明,该方法能准确检测出视频的突变镜头,对渐变镜头也有理想的检测效果。     

室内模拟环境下动态调制传递函数检测方法

针对车载视觉智能感知、低空区域防务等光电成像系统远距离观测动态性能测评需求,研制了室内运动目标模拟系统。基于线性移不变系统模型,分析了“三杆靶”、“四杆靶”靶标MTF测量原理,提出了一种基于变频栅条靶标的动态MTF检测方法,给出了变频靶标设计方案和MTF解算方法。完成了“三杆靶”和变频靶标测量方法的静态和动态MTF对比测试实验。实验结果表明:提出的变频靶标动态MTF检测方法与“三杆靶”测量方法相比,在静态MTF检测时测量数据的相对最大偏差比率为1.9%,动态MTF检测时测量数据相对最大偏差比率为2.8%,是一种高精度数字化动态MTF检测方法。该方法可以从一幅靶标图像中解算出MTF曲线,在动态MTF检测技术领域比“刀口法”、“三杆靶”、“四杆靶”等方法更具优势。     

航空相机焦面信息检测技术研究

检测航空相机的焦面信息是保证航空相机拍摄出高质量图像的重要的前提条件.提出了一种焦面信息自动检测系统,叙述了系统的工作原理、组成和软件的设计.该系统采用光学准直系统产生焦面信息,利用CCD摄像头接收图像,采用最小二乘法的曲线拟合处理数据,从而使航空相机镜头焦距的测量精度达到0.1%,实际成像面位置的判断准确率达到100%.     

透射式红外镜头的高精度定心装调

依据红外镜头光学系统的设计结果和公差分配,确定了透镜的装框方式和透镜组件的装配方式,并对镜框和镜筒结构进行了特殊设计。利用OptiCentric双光路定心仪对单透镜组件进行了定心。在用销钉对单透镜组件进行定位后,用销钉对各个透镜组件进行了复位。在完成整个镜头定心装调后,在红外传函仪上对镜头进行了像质检测。测试结果表明红外镜头的焦距和各个视场的传递函数均满足要求,说明这种双光路定心装调方法是合理可行的。     

空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术

遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素,其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台,实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应,该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大,对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升,单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求,尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统,该方法不可行。在传统精密测角法的基础上,提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术,相比于传统的精密测角法,该方法在同等测试精度的基础上,具备更广泛的适用性,其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制,可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路,并对该畸变测试方法进行了应用验证,将结果与传统畸变测试方法进行对照,表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广,对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。     

红外双视场光学系统的初始结构求解

介绍了红外双视场光学系统的变焦理论和二次成像理论,利用高斯成像原理物像交换原则求解了各透镜组元的焦距及间隔,详细介绍了双分离镜组初始结构的求解方法.分析了利用PW方法进行求解的基本理论.最后根据上述理论设计了基于中波红外致冷型320×240元凝视焦平面阵列的红外双视场光学系统,并利用光学调制传递函数对其像质进行了评价....     

长焦距红外光学系统焦距检测方法

强激光主机装置中,需要利用各种不同焦距的光学透镜对光束进行扩束和准直,透镜焦距的准确程度直接影响系统的整体性能,所以对透镜焦距的准确测量尤为重要。提出了一种利用哈特曼-夏克波前检测仪和旋转平面镜辅助测量长焦距红外光学系统焦距的新方法。给出了系统的测量原理,使用ZEMAX 光学仿真软件仿真分析了待测透镜不同通光孔径对焦距测量的影响,并且通过误差理论推导出平面镜旋转角度与系统测量误差之间的解析表达式。最后进行了实验对比,测量结果表明,当平面镜旋转至一定角度,采用合适的通光口径,系统测量精度可以优于3,远高于传统测量方法。此外,该测量方法还具有使用方便、高稳定度等显著优点。     

三分离式消热差制冷型中红外物镜的设计

为了满足多种复杂环境的使用需求,红外光学系统需要适应较大的工作温度范围。介绍了一种三分离式消色差消热差制冷型中红外物镜的设计方法。改进了三分离式结构物镜的孔径光阑位置,使物镜实现100%冷光阑效率,同时将这种结构与消热差模型相结合,推导出三分离式消热差物镜的初始光焦度分配关系,并给出透镜材料的组合原则。利用该方法设计了工作波段为3~5 m,焦距为88 mm,相对孔径为1:2的红外物镜,各视场弥散斑半径均小于5 m,调制传递函数MTF达到0.75@17 lp/mm,获得了很好的成像质量。该物镜在-20℃~+70℃温度范围内保持焦距、像面和像质很好的稳定,验证了三分离式消热差光学系统的设计方法。     

红外系统变倍机构研究与分析

红外系统具有成像质量好、探测灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强以及探测距离远等优点,在军事、民用等各个领域得到广泛应用。红外系统对目标进行搜索与探测时,对多视场或连续变焦光学系统的需求日益增强,其中一个措施就是改变两个或两个以上透镜在光学系统中的位置,从而改变光学系统的焦距。从机械设计的角度出发,对几种变倍机构的构型、工作方式及设计要点进行较详细的说明,给出其各自的适用范围和优缺点,为红外热像仪的工程设计提供参考和依据。     

参考光为平面波和球面波时焦距检测对比研究

为了研究参考光波面形状对于测量透镜焦距值的影响,采用数字全息的方法进行了理论分析和实验验证。通过在两种色光下进行实验,分别测量出参考光为平面波和球面波时的焦距值,并与标称值和理论计算值进行了比较。结果表明,当参考光为平面波时,测量到的透镜焦距值与标称值和理论计算值相对误差在5%以上; 而当参考光为球面波时,与两者的相对误差均在2%以下,因此当参考光为球面波时所测量的焦距值精度更高; 通过计算得出这两种参考光所测量的焦距值都在理论焦深范围内,故利用测量焦距值对全息图进行重构时所获得的再现像与用标称值和理论计算值所得到的再现像质量相当。这一结果对测量透镜焦距值和数字全息图重建方面有一定的帮助。     

快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计

红外焦平面成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的技术,广泛应用于侦察、制导、空间探测等方面.针对红外制导小体积、快速启动的应用要求,设计了快速启动红外焦平面成像制导系统.对应用于系统的折反式红外镜头、快速启动型红外焦平面探测器、低噪声成像电路等进行了设计,设计结果满足制导条件下的红外成像要求.     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。