子孔径拼接干涉检测大口径平面波前

介绍了子孔径拼接检测平面波前的基本原理,提出了基于均化误差和最小二乘法的多个子孔径同时拼接的数据处理方法,有效减小了误差传递和积累.用该方法对Zemax仿真的望远镜光学系统进行了子孔径拼接检测,拼接光学系统波前和直接用Zemax得到的全孔径波前对比,其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.015 1λ和0.0016λ.并用口径为100 mm的小口径干涉仪对口径为200 mm的平面镜进行了拼接实验,将其全孔径波前与直接检测的结果对比,其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.055 9λ和0.0004λ.实验结果表明了该算法的有效性,该方法不仅适用于检测光学元件,也适用于对光学系统平面波前检测.     

大口径光学件误差均化拼接技术

运用子孔径检测及拼接的方法可完成大口径光学件面形的干涉测量。为了能够减少子孔径拼接的误差累积与数据处理算法带来的精度影响,运用子孔径拼接的误差拼接算法,并通过对实验检测数据的处理,得到拼接结果与全孔径检测结果比较,面形波面峰谷值相差0．0842,均方根值相差0．01λ,误差在Veeco光学干涉测量仪器的公差范围内。实验结果验证了误差均化算法可有效减少误差的传递与累积,实现子孔径拼接技术对大口径光学件的正确检测。     

大口径望远镜水平轴系的模态分析

根据某大口径望远镜水平轴系的结构设计方案，利用结构分析软件I—DEAS，建立了结构分析模型。求得了水平轴系前几阶固有频率和振型图。分析结果显示出了水平轴各部分结构振动的强弱分布，为结构的动力学优化设计提供了可靠的依据。提出了次镜支撑的偏置十字型中心结构，该结构具有较高的谐振频率，因此可以用于大口径望远镜中。     

拼接式望远镜子镜间平移、倾斜误差及子镜间隙对成像质量的影响

通过理论及数值仿真分析拼接式望远镜中子镜的平移误差、倾斜误差和子镜间隙对系统成像质量的影响。理论推导了存在不同误差时拼接式望远镜点扩散函数(PSF)及远场光斑斯特列尔比(S.R,用RS.R表示)的表达式,建立了三种误差对拼接式望远镜PSF和远场光斑RS.R的影响的仿真模型,分析了三种误差分别对拼接式望远镜成像质量的影响。分析结果表明:当子镜存在平移误差时,拼接式望远镜成像质量随着子镜平移误差标准差δ增加逐渐变差,当δλ/20时,拼接式望远镜远场光斑RS.R0.9;当子镜存在倾斜误时,拼接式望远镜成像质量随着波前相位均方差(RMS,用erms表示)增加逐渐变差,当erms0.3 rad时,拼接式望远镜远场光斑RS.R0.9;当子镜间存在间隙时,拼接式望远镜成像质量随着间隙因子w增大逐渐变差,当w0.025时,拼接望远镜远场光斑RS.R0.9。     

空间光学合成孔径成像系统原理与关键技术分析

根据傅里叶成像理论,分析了光学合成孔径系统成像原理,指出光瞳函数的离散化,提高了光学合成孔径成像系统的分辨本领,但降低了系统传函中频性能,并使系统在信息获取时具有方向选择性。运用遗传算法对光瞳构形进行优化,光瞳优化后,四孔径系统的优化参数从310.8降到13.7,减小了23倍。在合成孔径成像系统单个子孔径存在像差的情况下,Piston误差对系统的影响最大,其次是离焦误差、倾斜误差、球差、彗差和像散,对于四孔径系统,Piston误差对系统的影响几乎是离焦误差的2倍,像散的4倍。系统曝光时间与填充比的平方或立方成反比。     

大口径望远镜主镜支撑优化分析

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一.光电系统中主镜轴向支撑点位置,对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量.本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究,利用有限元软件ANSYS建立了主镜的参数化模型,对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化,从而给出了最佳支撑点的位置.优化分析结果表明了,主镜的面形精度满足系统的精度要求,并且轴向支撑对镜面的面形影响较大.     

利用视场光阑实现多镜头成像拼接

提出了一种在成像系统前增加视场光阑实现多镜头二维成像拼接的方法,可同时满足大视场成像范围和高分辨力的实际要求。运用光学成像原理把大范围视场分成多个部分,再用多个CCD摄像系统分别对各个小范围视场成像。导出了光阑尺寸的计算公式,从而精确地限制了每个摄像系统的成像范围。对参与成像的各要素如光阑,图像采集镜头,CCD等元件的参数以及它们的相对位置和相互所成角度都进行了数学推导和运算。考虑了物距变化给成像带来的影响,建立了一个相对完整的实物模型。利用此方法进行了成像拼接实验,当景物置于成像系统前2m以外时,拼接成像效果完全达到了实用要求。     

大口径望远镜三镜结构设计及优化

第三反射镜(简称三镜)在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析,并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03 nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.     

利用图像拼接实现微结构的大视场测量

为实现基于图像的飞秒激光烧蚀硅晶片光斑阵列的完整测量,对采集的多幅光斑阵列图像拼接,得到完整的飞秒激光烧蚀光斑阵列图像。首先,对飞秒激光烧蚀光斑图像进行增强处理,对光斑进行方形拟合提取中心点,获取每两个中心点间的像素值,运用线纹对微视觉测量系统标定,获得像素尺寸与几何尺寸之间的比例系数,根据比例系数对像素尺寸与几何尺寸进行换算,得到对光斑阵列的视觉测量值;最后,用拼接后的光斑阵列进行图像测量,得到测量尺寸与实际尺寸间的误差平均值为3.00%。经实验验证,利用图像拼接对微视觉系统大视场微结构进行图像测量是可行的。     

大口径望远镜方位轴系静承载能力分析

针对大口径光学望远镜方位轴系的结构特点,利用ANSYS建立了相应结构的二维简化模型,对接触刚度、接触算法等接触仿真相关参数进行了简要分析与设定。结果表明,与经典的赫兹接触理论相比,ANSYS计算得到的最大接触压力与弹性趋近量误差分别为4.3%和0.4%,验证了ANSYS分析中模型建立和参数设置的合理性。再利用所得ANSYS模型,结合轴承实际参数,对该望远镜方位轴系的平面止推轴承进行了静力学分析,建立了一种静承载能力曲线的绘制方法,为大口径望远镜方位轴系设计提供了可靠的理论依据。     

基于图像拼接的大尺寸零件精密测量

为了探究图像拼接的大尺寸零件精密测量方法,本文首先分析图象序列获取与拼接原理,然后再分析图像拼接及测量结果,以便掌握大尺寸零件精密测量的有效性。     

实时视场拼接系统的设计与实现

当要求的场景尺寸超出一个光学传感器的范围时,同时取得完整的场景就成为一个难点.针对这一问题,采用多个光学传感器同时对场景进行采集,可以得到几幅互相有一定重叠的场景图像.应用改进的相位相关算法对重叠图像进行快速配准,应用渐入渐出融合算法消除拼缝,实现无缝大视场拼接.并将整套算法在以TMS320DM642为核心处理器的平台上实现,得以构成一个小型化视频拼接系统.实验结果表明,该系统可以自动地对存在一定重叠和旋转的两幅768×494分辨率、25帧/秒的视频图像进行拼接,获得无缝、清晰的大视场视频图像,满足系统实时性的要求.     

云南天文台1.2m望远镜的光学系统

云南天文台 1 .2 m地平式望远镜目前进行着两种天文光学工作 :在国家地震监测网络中心内的人造卫星激光测距站的建立及常规观测 ;国家高技术 86 3的 6 1单元自适应光学系统的建立。对望远镜光学系统和两类天文光学工作给予了介绍。     

双处理器实时视频拼接系统

当一些视频系统需更大观测范围,同时获得完整场景是一个问题.针对这种情况,提出一套基于FPGA和DSP双处理器协同工作的视频拼接系统,设计了包括双处理器、FLASH程序存储器、SDRAM数据存储器、SRAM数据存储器、视频AD和视频解码器等硬件结构.系统采集两路视频信号输入,对其进行数字视频转换,然后由FPGA做基本图像处理,并将其送入SDRAM进行存储.DSP将初步处理后的图像数据取出,并对其进行图像配准和图像融合.为了保证图像的实时性,系统采用实时高效易实现的改进的PSO算法实现图像配准,采用平均加权法实现图像融合.实验结果表明,此系统可对两幅720×576分辨率、25帧/秒的视频图像进行实时拼接,满足所需大视场视频图像要求.     

天基光电望远镜对空间目标成像的模拟

提出了一种天基望远镜对空间目标成像的模拟方法。由卫星轨道参数计算得到卫星在地心赤道坐标系中的坐标,再通过平移、旋转和比例变换将其变换到望远镜坐标系中的坐标,模拟得到卫星的成像图。通过旋转和比例变换,将恒星坐标从地心赤道坐标系变换到望远镜坐标系,模拟得到星空成像图。两者合成得到总模拟图。将望远镜的位置矢量和光轴的方向矢量之间的夹角作为望远镜视场是否被地球遮挡的判断依据。以0星等和10星等为参考,用计算机模拟得到256级灰度图。仿真结果表明,该方法既能有效地模拟卫星的运动,又可以克服对相同星空背景的重复模拟。     

液晶光学相控阵的改进型口径拓展方法及远场特性分析

天线通光口径是液晶光学相控阵的重要技术指标,本文在多子阵并行驱动和两级器件级联方法(PAPA)的基础上,提出改进型的i-PAPA方法,通过对COM电极进行分区域驱动,在单个相控阵天线上实现大口径相控光束控制,具备单器件工作、插损低等优点。通过数值仿真分析,结果表明：相控阵天线后的近场相位分布连续;当指向角度在0°到+6°范围内,远场衍射效率和指向角度的数值关系呈现平滑单调下降,衍射效率均大于48%;当指向角度在0°到+3°范围内,衍射效率均大于80%。     

拼接望远镜中分块主镜曲率半径的误差分析

本文根据几何光学原理,利用光线追迹方法建立的拼接望远镜光学系统的仿真模型,分析计算了拼接主镜中分块镜曲率半径误差对拼接望远镜光学系统的影响。当主镜为单镜面时候,其曲率半径误差引起的波像差可以通过调焦进行补偿;当主镜为分块镜拼接镜时,由于分块镜曲率半径误差的随机性,望远镜光学系统无法对波相差进行有效补偿,对分块镜的曲率半径要求很严格;当对拼接主镜进行共相后,相当于补偿掉单个分块镜中由曲率半径误差引起的平移和倾斜误差,望远镜像质有很大提高并降低了对分块镜曲率半径误差的要求。     

大口径光电望远镜风阻力矩自抗扰补偿研究

光电望远镜口径超过5m以后,应该补偿风阻力矩干扰,以提高光电望远镜跟踪精度.本文首次将自抗扰控制器应用于光电望远镜的伺服系统中,根据自抗扰控制器可以动态补偿系统模型扰动和外部扰动,将作为负载扰动的风阻力矩归为外部扰动,利用扩张观测器对包括风阻力矩的各项扰动进行观测和补偿.该方法能有效地抑制风阻力矩对系统的影响,同时提高伺服系统速度环的响应速度,减小了稳态误差且无超调.仿真结果表明,具有自抗扰控制器的调速系统,当随机风阻力矩在±100N.m之间变化时,系统稳态误差的均值为1.8×10-5rad/s,标准差为9.87×10-4rad/s,最大值约为5.7×10-3rad/s,其抗扰性能明显优于PID调速系统.     

带分划板的连续变倍双筒望远镜设计

介绍一种用两组元透镜来实现倒象和连续变倍的双筒望远镜设计。该设计在物镜焦面位置安装带刻线的分划板 ,可对目标进行瞄准和测量。特别是在系统不另设可变光栏的情况下 ,利用光学系统透镜边框作孔径光栏 ,使系统在整个变倍过程中不仅出瞳直径和出瞳距离均变化不大 ,而且系统与定倍望远镜一样具有较大的象方视场、出瞳直径和出瞳距离 ,从而使系统无论昼夜使用都具有真正的变倍作用和良好的观察效果。     

远场合成孔径计算光学成像技术：文献综述与最新进展

传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广的图像信息,一直是该领域的永恒课题。计算光学成像通过前端光学调控与后端信号处理相结合,为突破成像系统的衍射极限限制,实现超分辨成像提供了新思路。本文综述了基于计算光学合成孔径成像实现成像分辨率的提升以及空间带宽积拓展的相关研究工作,主要包括基于相干主动合成孔径成像与非相干被动合成孔径成像的基础理论及关键技术。本文进一步揭示了当前“非相干、无源被动、超衍射极限”成像的迫切需求及其现阶段存在的瓶颈问题,并展望了今后的研究方向以及解决这些问题可能的技术途径。