基于神经网络的Hough变换及其光电实现

本文介绍了神经网络实现了Ｈｏｕｇｈ变换（ＨＴ）的方法,并且推导了ＨＴ与Ｆｏｕｒｉｅｒ变换之间的关系,采用Ｆｏｕｒｉｅｒ光学系统实现了Ｈｏｕｇｈ变换,从而解决了ＨＴ计算量很大并且需要很大存储空间的问题。     

LD光束经自聚焦透镜变换后的特性研究

通过两种方法对二极管经过自聚焦透镜的光束变换规律进行了分析，利用计算机模拟了自聚焦透镜的输出端沿轴线任一点的光斑形状，从而给出了自聚焦透镜输出光束的特性，并讨论了它对二极管端面泵浦耦合光学系统效率的影响。     

自由曲面变焦的内调焦式光学系统设计

具有调焦功能的光学系统在空间探测领域中有着重要的应用需求。设计了一种基于自由曲面垂轴偏移的内调焦光学系统,该系统中采用特殊自由曲面面型结构,构建自由曲面透镜组,利用垂轴偏移的变焦特性,改善光学系统的成像位置,提升在空间环境多样性和宽物距成像的适应性能力。具体分析了自由曲面透镜组的调焦原理,并成功将自由曲面透镜组应用到焦距为100 mm的光学系统中,分析像距扰动和物距变化两种情况下的成像质量和偏移量。结果表明,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率处大于0.3,满足成像要求,该系统具有成像性能稳定和微米量级补偿量等特点。     

免偏振敏感消色差超构镜设计研究

超构透镜作为一种灵活调控空间光场相位、振幅及偏振的有效选择,在超分显微成像中受到了广泛的关注。为了提高多波长显微成像的分辨率,解决传统光学系统结构厚重、设计复杂等问题,基于相位补偿理论,运用传输相位法以及粒子群优化算法,设计了一种基于二氧化钛纳米单元柱的反射式消色差超构透镜,在500~550 nm之间实现了恒定聚焦,且该透镜具有偏振不敏感的特性。与数值孔径相同但有色散的超构透镜的对比结果有效证实了该超构透镜的消色差功能。所设计的透镜可应用于多波长显微成像系统中并提高成像的分辨率。此外,该消色差透镜在数码相机和光学仪器等领域中也有较好的应用价值。     

透镜模型下基于色散和强度传输方程的相位恢复技术

针对基于强度传输方程（Transport of Intensity Equation, TIE）的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制,以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差,提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性,将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像,从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7,均方根误差为0.061 8;同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复,实验结果与真实参数误差为1.74%,证明了所提方法的正确性和有效性。     

胶合式全景环形透镜的设计

介绍了一种新的胶合式全景环形透镜(PAL),改善了全景环形透镜的设计自由度,使全景透镜承担部分校正色差的任务,简化后继透镜组的结构,减少杂散光生成,缩小长焦距全景环形透镜光学系统的体积,并扩大系统的视场.对全景环形透镜的色差和视场进行了理论分析,给出了选择新型全景环形透镜胶合玻璃材料的方法.设计了一个双片胶合式全景环形透镜及其后继转像透镜组,系统焦距为10.3mm,总长170 mm,孔径为f/3.7,PAL最大口径为70mm,光谱范围为0.486-0.656 μm(可见光谱).后继转像镜组由8片透镜构成,系统后焦距(BFL)为17 mm.实验结果证明系统像差校正良好.     

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

针对动车组空间三维坐标的测量需求,设计了三维激光雷达共光路变焦光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式,以高斯光学为理论基础,对能量传输进行了详细的分析,得到扩束透镜链的严格限制关系。为简化系统结构,利用液体透镜代替传统的机械变焦机构,以几何光学为理论基础,计算出光学系统初始结构,并采用Zemax光学设计软件进行仿真,设计出三维激光雷达发射/接收共光路光学系统。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰,还简化了结构、缩小了仪器体积。采用液体透镜调焦代替机械调焦,避免了调焦引起的机械振动,有效提高了激光雷达的定位精度。通过改变液体透镜的光焦度,实现了在2~30 m测量范围内,发射光学系统在被测物体表面的光斑半径小于20 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。     

相位波带片型时间透镜研究

基于Opti-System软件,对相位波带片型时间透镜进行了深入研究。明确了中心波长对相位波带片型时间透镜焦距色散补偿量的影响机理,建立了中心波长、色散补偿量与输出光脉冲消光比及脉冲宽度间的关系。研究结果表明,相位波带片型时间透镜的焦距色散补偿量,在1 310~1 550 nm波长范围与光信号中心波长呈近似线性关系。通过线性拟合,得出焦距色散补偿量与中心波长的线性关系公式。对于不同波长的输入光波,可通过公式确定最佳焦距色散补偿量,实现最窄脉宽和最优消光比的光脉冲输出。研究结果可为优化相位波带片型时间透镜设计提供理论指导,进而拓宽相位波带片型时间透镜的应用范围。     

会聚光中的傅立叶变换透镜用于彩虹全息

在提高激光能量利用率和增大成像面积前提下 ,为了尽量减小透镜口径 ,采用会聚光照明前傅立叶变换透镜。由于它在全息制版镜头对称面上形成实的频谱面 ,从而可进行空间滤波处理。结果 ,透镜口径由平行光照明时的 13 5mm减小到 98mm ,成像面直径达到 10 0mm ,曝光时间可缩短为原来的 1/5。由此可得出 ,会聚光照明的傅立叶变换光路 ,在减小透镜口径方面优于 4f系统。     

基于二维微透镜阵列增大手术显微镜出瞳直径方法研究

医生使用传统含目镜系统的手术显微镜进行手术,当其头部移动时,该系统仅存在很小的出瞳直径,因而这就迫使医生在手术过程中长时间保持头部在特定位置。可见,传统手术显微镜存在显著弊端:长时间持续观察会增加医生的疲劳度。对使用二维微透镜阵列(microlens array,MLA)增大目视光学系统出瞳直径进行了理论探讨,并用傅里叶光学原理进行了理论分析。并且在此基础上,设计了增大手术显微镜光学系统出瞳直径的二维微透镜阵列器件,该二维微透镜阵列器件中两个折射面相对放置,且两者相距一个微透镜单元焦距的长度。经计算机模拟计算证明,使用该二维微透镜阵列器件可以有效增大目视光学系统出瞳直径,并可获得更加均匀的出射光束。     

光学识别系统小型化设计

针对光学识别系统的技术指标,对其光学系统进行小型化设计.其中,傅里叶透镜与准直扩束系统均采用摄远型式结构,在满足其长焦距的前提下大大缩短了系统的光学筒长.为了使系统结构更精巧,引入了二元光学元件,利用ZEMAX辅助设计软件对光学系统结构进行优化;通过有效地折叠空间光路使系统布局更紧凑,最后研制出的小型化透射式光学识别系...     

Design of a Modified Cassegrain System Used in Joint Transform Correlator

In order to detect and recognize infrared target with joint transform correlator,a modified Cassegrain optical system is designed.The main advantages of the system are large field-of-view,infrared dual-band common optical path and compact structure.In the modified Cassegrain optical system,the working wavelengths are 3.7~4.8μm and 8~12μm,the field-of-view is 4° and the aperture is 240mm.The paraboloidal primary mirror and hyperboloidal secondary mirror are all replaced by spherical surfaces.So the problems ...     

光阑约束和离轴失调Lohmann系统的分数傅里叶变换

为了研究受硬边光阑约束及失调Lohmann光学系统对分数傅里叶变换的影响,采用了平顶多高斯光束模型模拟硬边光阑,推导了平面光波在受硬边光阑约束和系统透镜离轴时的Lohmann 型分数傅里叶变换光学系统中传播的解析表达式;计算机模拟了受半径为7.696cm的硬边光阑约束和透镜离轴失调量时的输出.结果表明,在有硬边光阑约束和离轴失调时Lohmann两种结构并不等效.     

基于液晶透镜的电控式光学影像缩放系统

为了在便携式设备上实现光学影像缩放,不包含机械式移动的光学系统开发是必要的,因此,我们对可电控改变焦距的液晶透镜所组成的光学系统进行研究,研究内容包含液晶透镜焦距对于放大率、变焦比以及对焦范围的关系。由于单片液晶透镜仅能达到对焦功能,因此我们首先利用两片液晶透镜组成的系统来计算不同物体距离的影像缩放条件。接着,我们利用三片液晶透镜,做到与机械式系统相同,可单独控制清楚物体平面距离以及控制影像大小的系统。实验结果表明:利用三片透镜屈光率从-11.3m-1连续电控调整至24.9m-1的液晶透镜,可实现清楚物体平面距离由10cm连续调整至100cm且缩放比为6.5∶1的光学缩放系统。我们利用不同调焦范围的液晶透镜,根据设计原理,来达成不同对焦范围与不同缩放比的电控光学缩放系统。     

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。     

圆锥双液体变焦光学系统的研究

基于圆锥结构的双液体变焦透镜,以无穷远物体成像为例,深入分析了无机械运动的圆锥双液体变焦光学系统在满足焦距改变和像面保持不变两个基本要求时,其相关参数必须满足的条件,并给出了相应的关系表达式。在此基础上,通过数值逼近的办法计算了该光学系统在外加电压作用下满足以上两个基本要求时可以达到的变焦范围。设计的无机械运动变焦透镜系统的变焦范围比较宽,并且系统的焦距值可以根据实际需要通过选择不同焦距的固定透镜满足相应的要求。     

折衍混合长波红外光学系统消热差设计

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响,给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件,讨论了衍射光学元件的温度特性,并将其引入到红外光学系统的消热差设计中.利用ZEMAX软件,设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统,其工作波段为8~12 m,视场为10.2,焦距为45 mm,F/#为1.5,总长为70 mm.设计结果表明,该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6, 87%的能量集中在探测器的一个像元内,实现了消热差设计.该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点,适用于军事或空间红外系统.     

硫系玻璃在民用红外车载成像系统中的应用

针对324256非制冷探测器,设计了一个工作波段为8~12 m,有效焦距为9 mm,F数为1.3,视场角为33.2626.28的红外车载镜头。镜头采用了硫系玻璃材料Ge28Sb12Se60制备的两片镜片,结合常规红外材料锗以及硫化锌材料制备其他两片镜片,通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统整体无热化设计的效果。利用硫系玻璃易于精密模压制备非球面的特点,仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面。设计结果表明该系统在-40~60 ℃的温度范围内具有良好的消色差/热差性能,且调制传递函数(MTF)接近衍射极限。     

一种内调焦对心器用电视测微镜头的设计

利用CODE V光学软件设计了一种用于内调焦对心器的电视测微镜头。该镜头由四片透镜组成,采用正负正焦距对称结构。其焦距为17.20 mm,数值孔径为0.063,视场为16.82°。该镜头工作在486～656 nm波段,总长为68 mm。系统的全视场畸变为-1.13%,调制传递函数MTF值在空间频率为60 lp/mm时大于0.64。设计结果表明,该系统的成像质量良好,结构紧凑,满足使用要求。     

光学相关识别2f+p系统

Vander lugt光学相关器中含有两个傅立叶变换透镜，从输入到输出面的光学长度是4f，在制作复数滤波器时，参考光是一束倾斜入射的平行光。我们设计的复烽滤波器带二次位相因子的光学相关识别2f P系统，在制作复数滤波器时，参考光是一束倾斜入射的会聚光，使复数滤波器包含一个二次位相因子；在进行目标识别时，只需一个傅立叶变换透镜，复数滤波器后面不再使用傅立叶透镜进行傅立叶逆变换，而是直接通过复数滤波器的衍射，在其后的p平面上得到分离的相关 峰，因此从输入面到输出面的光学长度是2f P，与VLD相比，不光少一个傅立叶透镜，光路也较VLC短许多（通常p比f小许多），使光学相关识别系统结构更为紧凑。坦克模型识别实验证明，2f P系统用于光学相关识别，相关峰强而尖锐，且与零频项和卷积项能很好的分离，信噪比很高，多个星形合作目标识别实验，证明2f PVLD一样具有平移不变性，百星形合作目标本身具有一定的旋转、比例不变性，因此可用于导航、盲降等多种用途。实验取得良好的效果。并且给出了详细的理论推导。