温度变化对光电系统成像模糊的影响研究

针对温度变化使光电系统成像质量下降的问题,从图像模糊程度的角度,分析了温度变化对系统离焦的影响,建立了离焦模糊图像的数学模型,进而揭示了温度变化对成像模糊的影响规律。利用建立的数学模型,对一幅清晰的图像进行仿真实验,仿真结果表明:温度变化越大,光电系统成像越模糊。通过研究温度变化对光电系统成像模糊的影响,为光电系统的环境适应性设计提供了重要的参考。     

一种空间相机焦距的自动温度补偿系统

温度因素造成空间相机离焦,使相机的焦面不在最佳摄像范围内,为了实现焦面的自动控制,保证相机的成像质量,提出了一种空间相机焦距的自动温度补偿系统。首先,详细分析了目前相机焦面的补偿策略,针对其缺点和不足提出一种改进方法;其次,介绍了该系统的构成、设计及其工作原理;最后,对其进行了实验验证。实验结果表明:离焦量可以控制在10μm以内,焦面的调整误差不大于1.3μm,温度水平控制满足系统设计要求。提出的空间相机焦距的自动温度补偿系统可以实现自动控制相机温度水平、自动计算相机的离焦量、自动控制相机的焦面,满足相机工作时焦面处于最佳摄像范围内的要求。     

机载航空侦察相机调焦机构设计

本文针对一种机载和航空侦察相机,研究了导致航空相机焦面偏离的各种原因,指出温度、大气压力变化和照相距离的变化,是导致相机离焦的主要原因。通过对该原因的分析、研究,确定了自动调焦系统方案,设计了一套原理简单、结构可靠的调焦机构。对该调焦机构进行精度分析并进行了相关的试验。试验结果表明,该调焦机构设计合理可行。     

轻小型空间遥感相机精密调焦机构设计与试验

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时,由于大气压力、温度、力学环境等的变化,导致焦面离焦。为了满足成像质量要求,相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求,设计了一套调焦范围3 mm的像面移动式调焦机构,质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性,防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器（16位）实时反馈靶面的位置信息,以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明:调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz,可以有效地避免共振现象;CMOS靶面的直线性精度优于20,定位精度优于4.2 m,满足调焦精度要求;焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性,满足了空间遥感相机的成像质量要求。     

红外光学系统无热化设计研究

分析了温度对红外光学系统的影响。军用红外光学系统往往工作在温度变化较大的环境中,因此必须采取有效的温度补偿措施以减少离焦。介绍了红外光学系统无热化设计的方法及原理。根据小型红外光学系统的设计参数,提出了光学被动式无热化设计思路。试验结果表明,光学系统在0～60℃范围内可保持良好的成像效果。     

广角长波红外物镜环境适应性分析

长波红外物镜受应用环境的影响很大,环境温度的变化会引起物镜的离焦效应,振动环境对光学装调提出要求,为了验证广角长波红外物镜的环境适应性能,对长波红外物镜的温度适用范围进行了理论计算,并通过光学设计仿真在该温度范围内物镜的成像质量,实际光学装调中考虑到光学物镜抗振性能,经过实际成像与振动试验得到,在?驻t=±15°范围内和经过正弦对数扫描振动与随机振动试验后成像质量均良好,试验结果验证了长波红外物镜的环境适用性,该物镜能够满足空间使用的要求。     

新型航空相机自动调焦系统的设计

根据航空摄影侦察高机动性的特点和调焦精度要求,提出了数据采集与计算的自动调焦方法.分析了航空摄影时大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响,给出了计算相机离焦量的简易数学方程,介绍了新型航空相机自动调焦系统的设计原理和基本组成,完成了系统的硬件电路和软件流程设计.光学测试和实际应用证明:这种控制技术不仅实用可...     

一种机械被动式无热补偿方法

军用光学仪器大都工作在一定的环境温度范围内,温度变化将导致光学系统的像面离焦,成像质量明显下降,必须采取有效的温度补偿措施.介绍了多种无热补偿方式,如机电被动、光学被动和机械被动三种无热补偿方法,并且给出设计实例.提出一种新的补偿方法,利用热双金属进行机械被动补偿,使成像质量明显提高.计算和仿真结果表明,采取该方案补偿后的光学系统,在温度变化时像面与壳体依然保持相对稳定,即可以自动消除环境温度变化造成的像面离焦.这对红外光学系统的无热化设计具有重要的意义.     

长焦距空间相机调焦机构设计

长焦距空间相机容易因环境变化产生离焦现象,引起相机成像质量下降。根据空间相机不同的结构特点和工作环境,需要设计相应的调焦机构。从保证相机成像质量和结构空间要求的角度出发,阐述了调焦机构的工作原理和组成,进行了调焦机构的方案选择,分析了调焦机构误差分布,提出了一种由精密滚珠丝杠和直线轴承实现导向和运动方向转换的调焦机构。对调焦机构进行了力学试验和分析。试验结果表明,调焦机构较强的结构刚度和稳定性能够满足空间相机在复杂环境条件下精确可靠调节调平面位置的要求。     

长波红外地平仪的无热化光学系统设计与实现

长波红外地平仪光学系统受空间应用环境的影响很大,环境温度的变化会引起光学系统的离焦效应,通过理论计算长波红外光学系统的温度适用范围,光学设计结果仿真在该温度范围内光学系统的成像质量,实际光机结构设计时考虑到光学系统的离焦补偿,实现长波红外光学系统的无热化设计.     

Demonstration of a far-infrared streak camera

An atomic infrared (IR) streak camera is demonstrated that operates in the mid- and far-infrared (λ=5-85 μm), well beyond the long wavelength cutoff of conventional streak cameras. The temporal and spectral characteristics of the streak camera are determined using the FELIX free-electron laser as the IR light source. The temporal resolution of the streak camera was found to be as short as 1.2 ps. The high sensitivity of the streak camera is demonstrated by single-shot characterization of the IR pulses of FELIX     

基于TOPSIS-AHP法的红外航空成像侦察相机综合评价

根据红外航空相机的成像原理,提出了相机评估指标.通过层次分析法(AHP)求解得到各指标的权重向量,并运用逼近理想解排序法(TOPSIS)对相应指标进行计算,最后通过实例验证了该方法的可行性.计算结果表明,空间分辨率和温度分辨率是红外航空相机敏感度最高的两类指标,为今后相机的研制与改进提供了参考方向.     

微光ICCD相机的动态调制传递函数理论模型研究

在微光像增强型电荷耦合器件(Intensified Charge-coupled Device,ICCD)积分时间内,空间振动影响微光ICCD相机的成像,导致成像质量下降。对于振动环境下微光ICCD相机成像,采用动态调制传递函数(modulation transfer function,MTF)评价空间振动对成像质量影响。结合微光ICCD相机特有结构,提出微光ICCD相机的动态MTF理论模型,分析低频正弦振动及高频正弦振动中,振动幅度、振动周期、积分时间等不同因素对成像质量的影响。     

基于红外热图像灰度修正的辐射测温

基于红外热像仪的测温精度依赖于大气温度、相对湿度、大气透射率、翻转表像温度等参数的测量精度。为了减少这种依赖性和提高测量精度,提出了一种基于红外热图像灰度修正的辐射测温方法。首先基于高精度面源黑体建立了红外热图像灰度修正模型,然后通过灰度修正模型对实测的目标灰度进行修正,最后通过基于加权最小二乘法建立的热像仪辐射定标模型等计算出修正后的目标亮度和温度。在实验室环境下,分别基于红外热像灰度修正辐射测温法和直接用热像仪测温对目标进行了测量。结果表明,在实验室环境下,前者的平均测量精度较后者提高了3.6%。该方法对实验室环境下红外测温有较好的实用价值,对外场红外测温也有一定的借鉴意义。     

中波红外相机盲元的实时动态检测与补偿方法

盲元的存在严重影响了红外相机的成像质量,基于场景的盲元检测与补偿方法可以有效地解决此类问题。本文提出了一种改进的局部“3σ”方法,通过计算图像的三维噪声获得图像的平均噪声,据此得到盲元检测的最小判据,然后采用局部“3σ”方法和中值滤波法对盲元进行实时的动态检测与补偿,并将该方法应用于自研的某中波红外相机中。对黑体成像实验的结果表明,本文方法与辐射定标法相比,盲元检出的重合度平均可以达到82%以上;与传统的局部“3σ”方法相比具有相同的盲元检测与补偿效果,但可以将盲元的过检率降低30%以上;地面及载机挂飞成像实验的结果表明,本文方法可以对盲元起到很好地抑制作用,红外相机的昼间和夜间图像均不存在明显异常的黑、白点,图像中景物细节丰富、图像质量优良。因此,本文方法可以对盲元进行实时的动态检测与补偿,在自研的中波红外相机中的运用是可行和有效的。     

地球静止轨道红外相机热控设计及验证

随着相机分辨率的提升,相机光机主体温度水平及温度稳定性要求随之提高,且红外相机需要将探测器制冷到较低温度。工作于地球静止轨道的红外相机所处空间热环境复杂,相机光学系统会长时间受到太阳照射,且无长期背阴面,为相机的热控设计带来了很大的挑战。结合地球静止轨道空间热环境特点以及相机成像需求,采用遮光罩&热门的方式有效屏蔽外部热流的影响,将主光学系统温度控制在（20±3） ℃以内,为相机每天成像时间不少于20 h提供了温度保障;采用高效隔热技术以及高效热量排散技术将探测器控制在80 K以下,满足成像模式探测器温度需求。地面试验以及在轨飞行数据表明,相机的热控设计合理可行,为后续高轨红外相机的高精度控温提供了有力支撑。     

利用红外转换屏研制短波红外探测器

采用重力沉积技术制备了CaS:Eu2+,Sm3+红外上转换荧光屏,确定了最佳制屏工艺参数,研究了红外转换荧光屏的性能。设计和制作了耦合短波红外CCD 相机,对相机的成像性能进行了试验,结果表明研制的短波红外CCD 相机能够实现对1 064 nm、1 550 nm 等短波红外激光的探测和成像。采用红外转换荧光屏制作红外CCD 相机为短波红外探测器的研制提供了简便、有效的途径。     

红外遥感相机成像参数优化研究

为了更好地优化红外遥感相机成像参数,文章首次提出信噪比-动态范围积相机性能综合评价指标。建立了红外遥感相机的噪声电压模型并深入分析噪声影响,当恒定噪声电压项远大于时变噪声电压项时噪声电压模型可以近似简化为线性模型。进而建模分析了积分电容和积分时间对信噪比和动态范围的影响,并首次提出信噪比-动态范围积作为相机性能评价的指标。信噪比-动态范围积随着积分时间同步增大,积分时间较小时增速较快,积分时间较大时增速迅速下降;信噪比-动态范围积随着积分电容的增大先增加后减小,存在极值。研究结果对红外遥感相机的参数优化设计具有重要作用。     

环型孔径折叠型超薄镜头

介绍一种环型孔径光路折叠型超薄光学镜头,可以在有限厚度和体积内得到较长的焦距。光线通过镜头最外面的环形孔径进入光学系统,然后再通过一系列的同轴环形非球面反射镜反射聚焦在光学系统的像面上,实现了光学系统的大口径与超薄特性。此系统具有小型系统的紧凑性优势和大型系统的成像性能优势。文中对此类光学镜头进行了优化设计,并给出了像质评价结果。此系统适用于对光学镜头体积和质量要求比较严格、传统成像系统不适用的情况。