折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

折反式坦克目标跟踪识别红外光学系统设计

基于光学相关探测,根据坦克目标跟踪识别系统的需求,设计了一种新型的卡塞格林红外光学系统,其非球面的主镜和次镜都取代为球面镜,不存在卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调困难的问题;为满足大视场、大孔径的像差要求,用三个校正透镜,在保护罩中用一个偶次非球面.其系统结构紧凑,口径大,焦距长,分辨率高,并且各视场均能获得接近衍射极限的成像质量,满足坦克目标跟踪识别系统的总体要求和像质的要求.     

大型空间红外相机多反光学系统桁架杆框架的设计

针对大型空间红外相机对复杂支撑功能且重量小、刚度高框架的需求,本文设计了一个全部由桁架杆互相支撑形成的框架,并通过结构分析、工艺试验和力学试验验证了框架的可行性和可靠性。该框架由58根碳纤维支撑杆和21个接头组合形成相机的主支撑结构,可支撑多个周向分布的光学组件,且满足框架总质量不超过55kg的要求。介绍了框架的装调和胶接方法和步骤,进行了有限元分析和力学试验,验证了三角形封闭的桁架杆结构在黏接强度降低的情况下,仍能够在相机受力状态下具有足够的安全裕度。力学试验得到框架的一阶谐振频率为90.4 Hz,满足一阶谐振频率不低于60Hz的要求,与有限元分析结果相符。     

无遮拦折反射红外光学系统

提出了一种新型无遮拦红外折反射光学系统的设计方法以解决原系统存在的中心遮拦问题。分析了传统离轴两反望远系统由于存在线性像散而无法实现无遮拦设计的原因,给出了消线性像散的条件。基于上述条件提出了通过对接共轴透镜组实现无遮拦折反射系统设计的基本思想。最终,通过联接不同的中继镜组完成了无遮拦中波、长波红外系统的设计。设计的应用于制冷型3~5μm中波和8~12μm长波红外的两套无遮拦折反光学系统的焦距为200mm,F数为2,全视场为2.75°×2.2°。各视场光学传递函数显示设计的光学系统的成像质量接近衍射极限。得到的结果表明,利用消线性像散的共焦离轴两反系统与同轴透镜组联合设计,可以得到高性能无遮拦的折反射红外光学系统。     

在轨光学相机探测图像数字仿真系统设计与实现

根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了对干扰因素成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算,以提高仿真图像的逼真度;根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open GL技术完成了仿真软件的实现。     

基于光学自准直的航空相机自动调焦系统

分析了摄影环境的大气压力和温度的变化对航空相机离焦的影响,介绍了基于光学自准直的自动调焦系统的硬件电路原理和软件流程设计.基于光学自准直的检焦技术,选用两种图像清晰度评价函数,运用爬山搜索法采用变步长进行检焦控制,不仅有效地节省了检焦时图像处理的时间,而且提高了检焦的精度.通过引入高度和摄影角度数据,进行离焦量计算,通...     

基于平面对称光学系统像差理论的折反射全景成像系统优化设计

全景成像技术在机器人、计算机视觉和虚拟现实领域有着重要的应用,与此同时也对其成像质量提出更高的要求。然而,对于此类大视场系统的设计较多地停留在光线追迹的方法,没有出现能对大视场像差进行参量化设计的方法。现将平面对称光学系统像差理论应用于此系统,得到关于光学参数的像质评价函数,采用差分进化算法解决多变量评价函数的优化问题,实现了一种折反射全景成像系统的优化设计,并用Zemax光线追迹软件证实了理论的正确性。结果表明,此类系统可以采用平面对称光学系统像差理论来优化设计,该思路是正确有效的。     

免散瞳眼底照相机的精密调焦

为实现免散瞳眼底相机在被观测眼底图像较暗情况下的精确调焦,提出了双光楔裂像调焦方法.采用该调焦方法,将一条矩形狭缝视标投影成像到视网膜上,在双光楔的作用下,通过矩形狭缝上下两半部的光线传播方向不同,根据上下两半条矩形狭缝在视网膜上所成像分离的方向和大小决定调焦的方向和调焦量的大小,将视网膜上两半条矩形狭缝像调焦到位于一条直线上.实验结果表明:相对于直接观测眼底细节进行调焦来说,双光楔裂像调焦方法能使调焦精度提高50度(0.5 m-1)以上.这种调焦方法具有精确度高、操作简单等优点.     

摄影镜头的光学薄膜膜系设计

摄影镜头的光学薄膜是减反膜 ,但摄影镜头的接受载体是彩色感光胶卷。所以摄影镜头的减反膜不仅应达到减反效果 ,还必须满足彩色胶卷的感光要求。从工作经验出发 ,阐述设计摄影镜头光学薄膜膜系的方法、重点 ,以及膜系设计的工艺性问题     

"日盲"紫外折反射全景光学系统设计

利用折反射全景成像系统的大视场和高噪声屏蔽特性,研制了一套视场角为360°×(45～90°),相对孔径为1:2的"日盲"紫外折反射全景光学系统,用于紫外目标探测研究.综述了紫外探测技术要素,确定了紫外折反射全景光学系统设计参数.基于像差理论及紫外光学系统特性,从参数分配、初始结构求解入手,采用分裂透镜、加齐明镜等方法设...     

Design of pollution preventing system for camera window

This research is focused on the development of a window protection system to prevent pollution of a glass, mirror, or camera lens. For this, a new method for efficient pollution prevention was designed and the characteristic evaluation for developing the system was partly performed. Formerly, the method of using an air purge was generally used for preventing pollution of a camera window. However, the conventional method often induces contaminations due to back flow of air purging. These pollutants can do crucial damage to the camera window and peripheral materials especially in clean room condition. And the conventional method always requires an air supply; therefore, it is difficult to apply the method where an air source cannot be supplied such as a traveling crane located at mountain altitudes. Moreover, the frequent air purging operation or maintenance-personnel intervention causes window surface damage. To solve the above-mentioned problem, an efficient concept for preventing such pollution is proposed in this research. Without air purging, we proposed a new method using repulsion induced by electrifying dirt or moisture to positive magnetic force with high-voltage charge and then injecting gas to the ITO (Indium Tin Oxide) coated window for generating positive ion. In support of the superiority of the designed method for pollution prevention of a window, key factors for permeability and photographing test were defined and partly evaluated as compared with the conventional method. To sum up, in this research, we aim to develop an efficient pollution preventing system for a camera window based on a new method through characteristic evaluation and stabilization of the designed system.     

测绘相机光学镜简设计、加工及装配

研究了光学镜筒的设计、加工和装配.从材料选取、结构形式确定和性能分析等方面论述了测绘相机光学镜筒的设计过程,探讨了透镜支撑结构-薄壁壳体的加工方法.最后,介绍了单镜组和主镜筒的装配过程.通过比较,选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,运用PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒的分析表明其结构强度和刚度很好,可满足相机结构要求.薄壁壳体通过精密铸造,再经过车削而成,各定位阶梯内圆柱面同轴度达到0.01mm.镜简装配要点是无变形安装固定透镜、精确控制空气间隔和高精度定心.装配完成的镜头光学传递函数达到0.43(77lp/mm),满足测绘相机精度要求.     

宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计

当前空间相机的光学系统的要求是 :在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA(Threemirroranastigmat)可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计,所研究的TMA系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到 5°× 0.2°,焦距为 6m,像质接近衍射极限。     

水下自主航行器微光照相机驱动系统设计

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,并给出了改进方案;使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调,解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题;最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明,系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz,串行转移时钟的幅度重叠率优于50%,并行转移时钟的幅度重叠率优于90%,驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns,驱动波形稳定、平整,电子倍增驱动信号高电平可调,功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题,可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。     

Video camera calibration for optical densitometry

An efficient technique for calibrating video cameras to record optical density (OD) from microscopic images is described. The method corrects for variation over the field of the brightfield and darkfield intensities, does not assume a linear response of the camera to the incident intensity and requires a single calibration filter.     

离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦,从而影响遥感成像质量.本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿.首先,分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点,确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理.然后,介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器,推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系,分析了调焦系统所能达到的调焦精度.最后,通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线.对闭环控制方式测试数据的计算分析显示,闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm,满足相机调焦控制精度±10μm的要求.     

An automatic optical inspection system for inspection of CMOS compact camera module assembly

This paper presents the development of an automatic inspection system to check lens focus status and white balance level and to inspect defects including black and white defect, dim defect, color defect, and line defects in manufacturing process of compact camera module. To check the imaging status and inspect the defects of compact camera module, a unique image capturing system is developed to get image data from CMOS sensor at high speed. It has a complex programmable logic device, and the camera link and the frame grabber is used to transfer and store images to PC. Several kinds of unique image charts are designed to inspect the various types of defects in compact camera module, and they are implemented and displayed on the LCD monitor directly to reduce handling and exchanging time of inspection charts during test procedures. Various image processing algorithms are developed to analyze the captured image from each test chart and to find and verify the defects of camera modules. The experimental results show that the proposed system is able to reliably inspect various types of defects with high precision and high speed in real manufacturing condition.     

微纳型空间相机被动式隔振系统设计

为了改善某型号微纳型空间相机在发射阶段的振动环境并避免相机发生破坏,针对微纳型空间相机的任务需求设计了一种被动式隔振系统.首先,对相机隔振系统进行了建模,研究了隔振系统的响应特性.然后,通过对隔振系统振动的耦合模型进行分析计算,实现了振动解耦并与传统分布形式进行了对比分析.根据相机结构参数和隔振系统模型,对被动式隔振器...     

空间相机电子设备热控系统设计

摘要：为了解决大功率的空间相机电子设备的散热问题,对其热控系统进行了设计与仿真分析。针对需要散热的电子元器件、印制板以及机箱采取了加导热片、表面发黑处理、涂导热填料等导热和辐射方式进行散热。根据电子设备的空间环境和采取的热控措施,应用TMG软件建立了热分析模型,对其热控系统进行了仿真分析,同时进行了电子元器件的结温计算。结果表明,电子设备的印制板的温度范围为35.6℃～45℃,电子元器件的结温温度范围为45.4℃～88.5℃,均低于降额热控温度指标。热控系统设计合理,所采取的热控措施能够满足设计要求。