高分辨相机传函测试误差分析

文中通过对高分辨相机静态传函测试中误差产生的机理进行分析,提出了相应的测试策略,有效抑制条纹靶标周期偏差、环境振动及图像噪声对MTF的影响。TDI CCD相机的MTF测试值受到条纹靶标周期偏差、环境振动和图像噪声的影响,通过分析上述因素对MTF测量值的影响机理,建立了条纹靶标周期偏差、环境振动和图像噪声对传函的影响模型,并分别提出了针对条纹靶标周期偏差引入的MTF测量值修正方法,以及针对噪声影响提出了MTF计算模板的最优化选取算法,通过最优化模板计算得到的MTF测量值可以有效抑制图像噪声的影响,同时抑制环境振动以及条纹靶标周期偏差引起的摩尔条纹对MTF测量值的影响。根据对某空间相机实测图像的分析结果,横向模板尺度应不大于摩尔条纹横向周期的4%,纵向模板的尺度应不大于摩尔条纹纵向周期的2%,分析表明模板越大,MTF受噪声影响越小,但受环境振动和条纹靶标周期偏差影响越大,实际工程中应结合相机本身的噪声水平,在最优区间选取MTF计算模板,使得测量值更准确。     

低温真空环境光学系统波像差测试方法

为了能够预知空间低温光学系统成像质量,提出了一种高精度测试低温真空环境下F数小、后截距短的光学系统波像差的方法。首先,分析设计测试光路,对低温光学系统、干涉仪以及平面镜等进行布局,为波像差测试做好准备工作;然后,对低温真空标准透镜、标准平面镜、窗口玻璃等关键部件进行分析与设计,测试时作为系统误差项扣除;最后,调试测试光路,分别得到常温常压和低温真空环境（低温温度为100 K,压强为110-4 Pa）下光学系统波像差。通过精度验证实验表明,测量值与标准值偏差为0.010（=632.8 nm）,差别很小,证明了该测试方法的可行性。解决了光学遥感系统特别是F数小、后截距短在低温真空环境下波像差难以高精度测试或无法测试的难题。     

机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求,采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式,实现了30~660 mm的22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为244 mm,总长/最大焦距比为0.37,系统具有光学总长小、变倍比大的特点,适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后,后端连续变焦光学系统可以实现15~330 mm的22倍连续变焦光学系统,该系统的光学总长为138 mm,总长/最大焦距比为0.42,可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示,该系统在两种状态下均成像良好,在探测器对应的特征频率33 1p/mm处,中心视场的MTF值均在0.3附近,接近衍射极限,0.7视场的MTF值均在0.2附近,边缘视场的MTF均在0.15附近,能够满足应用需求。     

红外准动态图像平台的设计和实现

介绍了一种用于红外焦平面成像仪参数客观测量的红外准静态图像采集和处理平台的设计与实现。该平台可从动态视频流中以任意格式抽取出任意一帧的数据,用CPLD和DSP自动对其进行处理及分析,并把图像数据通过USB2．0高速总线传回PC,进行保存、显示及检验平台处理的结果。该平台再配合外围探测器和其它器件可方便地对红外热像仪各项参数（NETD、MRTD、MTF）进行客观测量。     

航天相机MTF测试靶标研究

在采用矩形靶标测量航天相机系统MTF时,由于采样初始时刻靶标像与CCD像元间存在配准误差,因此给准确测量系统MTF带来很大困难.为了减小配准误差对测量的影响,提出了采用粗分与细分相结合的梯形靶标,并推导出在奈奎斯特频率下动态测量调制传函时,由采样初始时刻配准误差所引起的配准误差调制传递函数MTF计算公式,并按此公式分别得到了粗分精度和靶标斜率对测量相机系统MTF精度的影响.通过分析,采用梯形靶标可以有效减小配准误差对测量系统MTF的影响,提高测量精度.     

利用鬼线及傅里叶分析测量光纤狭缝光谱仪MTF

光学调制传递函数是评价光学系统成像性能的重要指标。以光纤传像束和CCD(CMOS)为代表的离散采样成像器件已经成为高效数字成像系统的重要组成部分。离散采样成像器件对输入光波面是一种线性但不是完全的空间不变过程。MTF的基本原理是系统对空间正弦信号的频率响应。将此类光学系统作为黑箱问题分析,测试系统的频率响应最优方法是选择单频正弦光强图像靶标输入。据此变缺陷为优点,研究利用光栅鬼线结合光学空间二维傅里叶分析,实现连续整数倍频的正弦光强空间波面的提取,得到连续整数倍频的正弦光强图像靶标,并测量了线列光纤狭缝光谱仪系统的MTF,通过测量值拟合获得系统的MTF曲线。     

红外热像仪成像评估系统设计

红外热像仪在军民应用领域发展迅速。如何客观地评价红外热像仪成像效果,为红外热像仪成像性能提供定量的数学描述,同时也为研究红外成像系统的图像清晰度、目标探测距离和目标跟踪性能提供支撑依据,成为必须要解决的问题。本文提出的红外热像仪成像评估(质量评价)系统具有红外图像数据采集与处理功能,配合红外成像评估的靶标系统（由黑体、辐射靶标控制台、准直光学系统、数显精密转台组成）进行红外图像数据测试评估。设计了图像评估的主要性能指标,并提出了数学模型及其实现的步骤,其中包括图像不均匀性(Non-uniformity,NU)、信号传递函数(Signal Transfer Function, SiTF)、噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference, NETD）、角线性度（Angular Linearity, AL）、目标成像定位角误差（Target Imaging Positioning Angle Error, TIPAE）等主要评价技术指标。测试结果表明,该系统的性能非常优越,成为红外热像仪研制过程中必备的调试、测试设备。     

机器人位姿测量中激光跟踪仪布局位置研究

应用激光跟踪仪进行机器人位姿测量时,为了减小激光跟踪仪分布位置对测量结果的影响,对激光跟踪仪布局位置开展优化。以ABB IRB1410型机器人为研究对象,规划了其测量区域。通过构建激光跟踪仪误差传递函数,对激光跟踪仪测距误差、测角误差对整体坐标测量精度影响进行分析。通过仿真分析研究了激光跟踪仪不同分布位置下机器人测量区域内测量点整体偏差的分布规律。通过构建激光跟踪仪布局评价函数并基于MATLAB无约束线性优化算法确定了激光跟踪仪最优布局位置主要位于测量区域中心轴线及其延长线附近,并对最优位置相邻区域整体测量偏差的分布规律进行了分析,为机器人现场测量提供一定的参考依据。     

一种连续变焦凸轮优化设计及试验验证

具备连续变焦功能是目前先进红外热像仪的重要特征之一,而变焦凸轮是驱动连续变焦光学系统中各镜组运动的关键部件。为了设计出良好性能的变焦凸轮结构,本文首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式得到像移补偿组的轨迹曲线,然后利用序列二次规划法（sequential quadratic programming, SQP）优化算法来减小动态光学曲线的压力角,结合光机设计理论运用Creo进行凸轮曲线生成及凸轮槽切除从而获得变焦凸轮结构。再基于有限元分析理论对凸轮结构进行分析,最终通过变焦系统运动及成像结果确认本文方法可行。     

红外热像仪对面目标的作用距离的公式推导及误差分析

通过分析红外热像仪镜头处所接收到的辐照度,结合红外辐射的基本理论,推导出红外热像仪对面目标的作用距离公式,讨论了影响红外热像仪对面目标的作用距离的各种因素,给出了误差计算模型．     

宽视场航天相机像面测量技术

宽视场高质量的航天相机是未来有效载荷的发展方向,基于宽视场航天相机的装调需求,提出了一种干涉测量与几何量测量相结合的像面测量方法。搭建了宽视场航天相机像面测量平台,利用激光干涉仪确定各视场的焦点位置,激光跟踪仪获取各焦点位置坐标,通过坐标换算和拟合完成像面的绘制,像面测量误差可控制在0.01 mm内。通过该方法,完成了一款离轴三反航天相机的像面绘制,系统焦距1200 mm,相对孔径1∶2.4,视场角10°×1°。测试的像面与光学设计软件ZEMAX输出的理想像面进行比对,像面形状及位置基本吻合,平面度偏差0.009 mm。测试结果表明光学系统装调到位,为探测器配准工序的完成提供了重要依据。     

长焦距非制冷长波红外热像仪折射／衍射光学设计

衍射光学元件具有特殊的负色散特性,在光学系统中能够代替透镜,有效地提高系统性能、减轻质量并减小体积.而且将其应用到红外系统中具有得天独厚的优势.文中利用折射/衍射光学技术,设计了一套两片式、长焦距、结构紧凑、质量轻便的非制冷红外热像仪光学系统.热像仪工作波段为8～12 μm,焦距120 mm,F数为1,对角线视场±4.3°,系统镜头的成像质量接近衍射极限,在探测器的Nyquist频率处MTF测量值高于0.6.对该热像仪的识别距离进行了估算,系统能够识别1～1.6km处的车辆目标.     

用热像仪测试面源红外诱饵面积的方法及误差分析

红外诱饵面积是决定面源红外干扰弹作战性能的关键指标,用红外热像仪可实现对面源红外诱饵面积的测试.本文针对红外热像仪的测量原理和计算方法,对面源红外诱饵面积的测试方法、数据处理方法及影响测量的误差因素进行了研究.该测试方法简单易行,在考虑影响因素后实施测量,并对测量数据进行大气透过率修正,可大大提高测量的准确度.     

折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

设计了一种基于机械补偿式大变倍比折衍射混合中波红外连续变焦光学系统。光学系统的焦距为50mm到600mm,变倍比为12:1。系统的变焦曲线平滑,图像可一直保持清晰,系统的MTF达到了衍射极限。这种折衍射混合连续变焦光学系统具有好的成像质量、灵巧的变倍机构,因此在高性能红外热像仪中得到广泛应用。     

基于辐射定标的某型红外光纤传像束双波段透过率测定

由于目前国内尚没有针对红外光纤传像束的波段透过率测试的规范标准和设备。提出了一种考虑光纤孔径角和光纤芯径的热像仪定标方法和某型光纤传像束的双波段透过率测试方法。通过在冷屏两端分别设置直径为8 mm和62 μm的两个光阑孔,确保定标条件和所测光纤的孔径角和光纤芯径相同;再通过在光路中插入波段滤光片来选择需要定标的波段。建立了基于最小二乘的红外热像仪定标模型,并采用该方法进行了定标实验。根据定标结果,测量了某型光纤传像束的红外光纤在2.0 μm～2.6 μm波段和3.4 μm～4.8 μm波段的透过率,其平均透过率大于70%。     

柔软光纤传像束的传像特性

研究了柔软光纤传像束的传像特性.界面交扰是柔软光纤传像束最重要的传像特性之一.迄今为止,有关这些方面的研究尚未完善.描述了一种采用光学视频系统定量测量柔软光纤传像束交扰率的新技术,并通过对柔软光纤传像束的静态MTF的测量和目视法观察,分析对比了交扰率对传像束传像特性的影响,比较了多种传像束样品的测量结果.     

CW CO_2激光器对红外热像仪干扰效果的实验研究

为了研究CO2激光对红外热像仪的干扰效果,用中心谱线为10.6μm的CW CO2激光器以漫反射方式对采用多晶硅320×240凝视型非致冷焦平面探测器和HgCdTe 288×4扫描型致冷焦平面探测器的热像仪分别进行饱和干扰实验,结果表明CW CO2激光器对非致冷型红外热像干扰效果明显,当中心谱线不在致冷型红外热像仪响应波段内时仍能形成干扰,而脉冲CO2激光器的输出波长不在致冷型热像仪的响应波段内时不能对热像仪形成干扰。     

20倍非制冷长波红外连续变焦光学系统的设计

基于像元大小为25 μm 的384×288非制冷型凝视焦平面阵列探测器,设计了一种20倍非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统的工作波段为8～12 μm,F数为1.3,具有相对孔径大、变倍比大和变焦凸轮曲线平滑等优点。该系统共有7片镜片,使用2种材料组组合,其中多数透镜使用常用的锗材料,以减少使用昂贵材料和便于加工。通过使用1片衍射面元件和2片非球面元件实现了紧凑的结构。该系统的奈奎斯特空间频率为20 lp/mm,短焦、长焦的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.4,中焦MTF大于0.58。 MTF值体现出该系统具有极好的像质特征。     

基于面阵CCD的光电测量设备光学系统像面照度不均匀度测量系统

一直以来光电测量设备光学系统像面照度不均匀度检测都没有精确的测量设备和检测系统.介绍了光电测量设备光学系统像面照度不均匀度测量系统.该测量系统采用积分球作为均匀面光源,面阵CCD作为光电接受器.通过对CCD进行均匀性校正的方法实现了对光学系统像面照度不均匀度的定量评价,检测结果准确、可靠.     

红外热像测温技术及其应用研究

阐述红外热像测温技术的工作原理和红外热像仪的基本组成,综述了红外热像仪测温技术的发展,从技术层面剖析了红外热像仪测温存在的问题,介绍了国内外在红外热像测温技术方面的研究热点,例举了利用红外热像仪进行温度场测量的应用实例,同时展望了未来的发展方向.针对红外测温领域中的理论、仪器及应用进行了较为详细的分析和总结.