舰载光电成像系统探测能力分析

归纳了远目标经过光电成像系统到输出清晰图像的过程中需满足的条件,针对相应的指标要求,分析了光电系统的分辨率、几何探测能力和像面照度,确定了光学镜头的焦距、相对孔径等主要设计参数.综合考虑大气传输、光学系统及CCD探测器等影响因素,讨论了整个舰载光电系统的对比度和探测能力,对光学系统的各项性能参数进行了优化匹配.最后,在外场试验中基于所研制的光学镜头验证了舰载光电系统的探测能力,结果显示其满足探测距离≥18 km的指标要求,表明所提出的理论分析合理可行,可用于车载及机载光学系统设计.     

投影法CCD测径系统

文中介绍以线阵CCD作为光电传感器的投影放大法线径测量系统,着重分析提高系统稳定性和测量精度的方法。系统以半导体激光器为光源,成像系统采用物方远心光路。对阴影图像进行一阶微分并求其局部重心点作为其边缘特征点。对光学系统放大倍数和成像系统像差分别进行线性、非线性标定以提高测量精度。     

基于信息理论的采样成像系统评价方法

论述了基于信息理论的采样成像系统评价的理论基础,讨论了光学系统信息量、图像信息量的处理方法。提出了采样成像系统中基于信息理论的光电一体化系统设计方法。通过实现光学成像系统与CCD探测系统的匹配设计,减小了欠采样噪声,改善了成像质量。     

光电成像系统的性能优化

探讨了光学系统和阵列探测器构成的光电成像系统的整体性能和优化设计问题。针对阵列探测器的不断快速更新换代,研究了如何对光学系统进行改进以优化光电成像系统的性能。从采样成像系统的取样定理出发,研究了光电成像系统的传递函数特性,讨论了采样成像系统的相位平均传递函数,分析了光电成像系统的加工与使用误差对传递函数的影响。同时,给出了光电成像系统的信噪比计算公式。文中提出用于遥感观测的大型光电成像系统的光学系统传递函数的归一化空间频率等于0.5左右可与阵列探测器的奈奎斯特频率相匹配。结果显示,如此设计可在满足信噪比的同时使传递函数在奈奎斯特频率处达到0.1左右,分辨率达到奈奎斯特频率并且不产生频谱混叠效应。     

基于距离选通的激光主动成像技术的研究

距离选通激光主动成像可在恶劣环境条件下有效克服大气后向散射和背景干扰,得到被观测目标的高对比度图像.详细分析了大气后向散射对主动成像系统的影响,阐述了距离选通成像技术高速门控成像的原理,并就构成距离选通激光主动成像系统的关键器件如光源、像增强CCD(ICCD)、接收光学系统提出了具体性能要求和选取中需遵循的依据,文章最...     

光电成像系统目标捕获率与目标毁伤关联研究

基于面阵相机CCD的光电探测系统对弹丸的捕获率在实际应用中常受到复杂背景的极大影响,而弹丸的捕获率与飞行目标毁伤有密切关系。为了研究弹丸对飞行目标的毁伤效能,基于目标成像探测原理,研究了光电探测系统探测区空间目标光学特性,利用面元网格化分析法,研究与建立了目标空间光谱特性模型,给出了空间目标成像总的光谱辐射亮度计算函数; 依据目标探测距离、目标尺寸、环境照度以及成像面阵CCD自身特性,建立光电成像系统目标跟踪捕获率的计算模型,基于弹丸目标捕获率模型,给出飞行目标毁伤概率模型。经过计算与分析,结果验证了所建立的弹丸捕获率模型和飞行目标毁伤概率计算模型的合理性。     

光电测量系统畸变的实时数字校正

根据视场角为70°的大视场光电测量系统中光学系统产生畸变的机理及径向变化的特点,设计了由11个等距激光目标点组成的畸变检测装置。对于不同的光学测量系统,按照畸变检测的三个步骤对光学系统的畸变进行检测,根据测量得到的系统畸变变化情况,拟合出实时测量时目标点在线阵CCD上成像位置的补偿方程,编写出成像位置数据采集及实时处理的补偿程序,提高了测量系统实时测量的精度。在对焦距为29.98 cm的光学系统进行实际校正测试中,结果表明,当目标物距为1 651.59 mm、物高为400.007 mm时,按照拟合的二次补偿方程进行计算补偿,可将畸变误差从校正前的-0.026 4 mm提高到校正后的-0.002 9 mm,并使系统整体检测精度从0.36%提高到0.04%。     

1200mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性,提高光学系统的能量利用率,应用Ze-max软件设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明,设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件,容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能,结果表明,设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在50lp/mm时可达到0.4,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9m,F数为16,PV值为0.0314λ。     

光学掩模实现几何超分辨成像的仿真

将基于实际CCD模型的频谱编码方法引入光电成像系统,以克服CCD对空间分辨率的限制,实现几何超分辨成像。介绍了光学掩模实现几何超分辨成像的工作原理,基于实际的CCD模型在4f成像系统的频谱面上放置光学编码掩模来提高图像分辨率。对该成像系统模型进行了数学分析,从理论上证明了这种基于实际CCD模型的频谱编码方法的有效性。根据建立的理论完成了基于一维光学编码掩模方法的仿真实验。仿真结果表明:提出的方法能实现几何超分辨成像,解决了光电成像系统中因CCD欠采样造成的物频谱混叠和因像素尺寸非零而造成的低通效应问题。与传统的超分辨方法相比,该方法的系统结构简单、易实现。     

CCD口腔内窥镜结构设计及其工艺分析

CCD口腔内窥镜是口腔内窥系统的重要组成部分,它通过探头前部的光学系统成像后利用监视器进行观察,并可对图像进行编辑、存储和打印。就其结构设计及其工艺进行了分析,并利用CAD三维软件对其外观进行了辅助设计。     

一种汽车制动缸补偿孔形位尺寸检测方法的研究

为实现汽车制动主缸补偿孔的形位尺寸检测,提出一种光机复合高精度非接触光电成像检测方法.该方法采用高精度的传动机构带动内窥光学系统在有限的主缸内孔中运动,利用高分辨率CCD摄像系统获取补偿孔图像,通过图像处理完成制动主缸补偿孔形位尺寸测量.它实现了小尺寸盲孔的非接触测量,精度高于10μm.     

基于2类决策和改进蚁群算法的多CCD调度

多CCD系统的调度要求同时兼顾调度质量与实时性。以无人值守变电站视频监视系统为研究对象,在考虑系统特性的基础上,以目标与CCD间距、节点载荷、优先级和模糊预测因子为指标,使用模糊决策动态调整预测区域半径,并建立基于2类决策的快速调度模型。对多目标调度的求解,研究了改进的最大最小蚁群算法,通过引入合适的收敛性判据和状态转移规则,避免了过多使用启发式算法造成的决策耗时,提高了决策的效率和算法的全局搜索能力。最后进行了系统仿真和真实实验,实验结果表明该方法可减少激活节点的数目,特别是对于较复杂的多CCD-多目标调度,能同时保证算法具有较好的实时性和求解性能,验证了模型的有效性。     

DSP技术在线阵CCD测量系统中的应用

本文介绍数字信号处理器DSP在线阵CCD信号实时采集与处理系统中的应用。测量系统采用CCD传感器光采样与ADC数据采集、DSP数据处理三级流水线结构。结合AD采样技术， 充分发挥DSP处理器片内存储器容量大，快速灵活运算能力的特点，使用DSP片内双数据缓冲区交替对CCD进行信号采集和数据处理；在进行数据处理过程中，DSP以中断方式读取AD采样结果。文章还介绍了DSP的线阵CCD系统在LAMOST光纤定位单元定位精度检测装置中的应用。     

重心算法确定CCD像点位置的硬件实现

重心法是一种高精度的CCD像点位置提取算法，但由于需要处理的数据量很大，一般用硬件很难实现高采样率和实时性。在CCD光电精密在线测量系统的数据采集处理中，采用高速A／D和DSP芯片设计CCD测厚系统的硬件处理电路，给出了详细的硬件处理电路和软件设计方法，用硬件实现了对CCD信号的细分和重心算法处理，解决了一般情况下系统无法做到的高采样率和实时性问题，大大提高了系统的测量精度和实时性。     

基于莫尔条纹测量扭转变形角的方案研究

为了精确检测大型光电测量设备之间的三维变形,提出了基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量的一种高精度光学测角方法。采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行测量实验。通过实验比较不同的设计方案,采用使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定的实验方案;并采用滤波细化等图像处理方法对采集的莫尔条纹进行处理得到条纹宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量。实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7'的视场范围内旋转时,该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度在1615~1712 范围内时,扭转角的测量精度为4.3"(3 )。该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础。     

光学系统弥散斑参数的测试

采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示:弥散斑直径测试重复性为0.18μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。     

一种新的比色色差计设计方法

提出了一种新的比色色差计设计方法。该方法依据光电探测器的光谱响应特性,采用真空镀膜法制作修正滤光片,经过修正后探测器的相对光谱灵敏度符合光谱三刺激值曲线。使色差计的制作更加方便,又提高了性价比。论文讨论了红、绿、蓝三色修正滤光片的设计与镀制以及整个色差计系统的设计与制作过程,最后给出了测试结果和误差分析。     

基于图像处理的光轴平行性检测系统研究

针对光电系统关键部件光轴平行性检测问题,开展光斑图像采集与检测数据分析的技术研究,建立基于 CCD 相机及 USB 图像采集卡的图像采集与处理硬件系统,通过计算机驱动 CCD 相机完成光斑图像采集,对采集到的光斑图像进行数字处理,得到光斑质心在靶平面的坐标值。根据光学成像原理,计算出该光电部件激光光轴偏差的角度值,得到光电系统光轴平行性的装调量,为光电部件光轴平行性装调提供检测及数据分析工具。     

一种采用CCD的数字式水平仪研制

利用CCD线列传感器，借助光电转换的原理，研制了一种新型的数学式水平仪，该水平仪采用直接的数字信号输入，避免了A／D转换的环节，很好的解决了现有电子式水平仪反应时间长的缺点，同时采用单征机作为处理器，使其具有较好的再开发能力，适用于各种应用场合。     

非金属工件电镀表面缺陷现场检测技术的研究

生产过程中对表面缺陷的检测非常需要。介绍了一种为现场设计的非金属电镀工件表面缺陷检测技术 ,系统在计算机信息技术、图像处理技术和自动测控技术相结合的基础上开发而成。该技术设计了具有均匀散射照明光源的 CCD光电检测系统 ,通过图像处理和计算机自动控制 ,由执行机构自动分选出带有表面缺陷的工件。该系统有效的解决了电镀工件表面的强反射光给图像处理和检测带来的困难 ,适于生产现场自动检测应用。