双三次样条插值联合变换相关器亚像素探测技术

针对传统光学联合变换相关器只能探测到整数像素的位移矢量,提出用双三次样条插值方法提高联合变换光相关器探测位移矢量精度到亚像素.用光学联合变换相关器探测2幅图像的整数像素位移,取峰值整数坐标的5×5邻域,用双三次样条插值对此邻域进行二元曲面拟合,对曲面求导得到亚像素位移矢量,再用拟合法来复原图像.对比采样精度分别为0.01、0.1像素时的稳像效果,结果表明,两者峰值信噪比相差不大,但采样精度为0.1像素时,所花时间更能满足稳像实时性的要求.基于双三次样条插值的光学联合变换相关器探测精度达到0.1像素,峰值信噪比得到了较大提高.     

联合变换相关器傅里叶变换镜头光学系统设计

针对联合变换相关器的目标识别的设计要求,为提高联合变换相关器光学特性,本文提出三片式傅里叶变换透镜的设计。该设计根据电寻址液晶EALcD和CCD对傅里叶变换透镜的匹配要求确定设计参数。工作波长为O．6328,um,焦距200mm,全视场角4°,相对孔径1：4。系统引入偶次非球面,使镜头结构紧凑、重量轻、筒长短。设计结果表明：在空间频率501p／mm时,光学系统的MTF大于0．8,接近衍射极限,像质优良,满足联合变换相关器的总体设计要求。     

基于太赫兹波段的三反变焦系统设计

太赫兹波段是指频率从0.1～10 THz,处于微波与红外波段之间.因其具有较强的穿透性、高效抑制背景噪声、良好的时间和空间相干性等特性,故在空间探测应用领域具有很大的潜力.相对透射变焦系统而言,反射变焦系统具有长焦距、大孔径、小体积、利于轻量化设计等优点,故在空间遥感探测领域被广泛使用.因此,设计太赫兹反射式变焦光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景.以三级像差理论和矢量像差理论为基础,分别设计了太赫兹波段的共轴三反变焦系统与无遮拦三反变焦系统,焦距范围为300～1200 mm,成像波段为18～35μm,采用RTM-T01非制冷型太赫兹探测器.共轴三反变焦系统的视场角为0.3°～1.2°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.2;无遮拦三反变焦系统的视场角为2° ×2°～0.5° ×0.5°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.3.通过对两种设计结果的比较,可知由于共轴系统反射变焦系统存在遮拦,对增大视场具有局限性,因此,无遮拦反射变焦系统对于空间大视场高分辨探测具有重要应用价值.     

四片式变焦距长波红外光学系统设计

针对320×240焦平面阵列探测器（像元大小25μm×25μm）,设计了一个变倍比为3倍的长波红外连续变焦光学系统,其工作波段为8~12μm,从短焦到长焦位置的F数从0.98到0.85逐渐减小,可实现焦距在45~135mm范围内连续变焦。该系统由4组元组成,每个组元仅有一片透镜;共8个面,其中5个为非球面、1个为衍射面。使用ZEMAX光学设计软件进行像质评价和优化后,在空间频率20lp/mm处,系统在整个变焦范围内MTF接近衍射极限。     

像方远心的消色差变焦物镜设计

针对掩膜板式成像光谱仪前置变焦物镜展开研究,深入研究其像方远心物镜系统的消色差设计。采用最小偏向角法求解消色差方程,并以编程的方式简化了筛选玻璃组合的过程,分别对变焦系统的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组进行筛选玻璃组合,大大的提高了初始结构选取的效率。设计完成的消色差变焦物镜焦距为49.3～148 mm,工作波长为400～1 000 nm,F数为4.3,在加入分光棱镜的情况下,二级光谱均小于0.045 mm,其中长焦下共像点的二级光谱可以达到0.006 mm,并且实现像方远心,在66 lp/mm处的调制传递函数值均大于0.5,接近衍射极限,像质良好,畸变小于1%。满足了成像光谱仪前置物镜的宽光谱消色差、像方远心、变焦等要求。     

非制冷型红外双波段连续变焦光学系统设计

为了满足同步观测、跟踪,同时探测红外中/长波两个波段信息的目标,文中采用共口径方式将红外中/长双波段融合到同一个光路中,设计了一款非制冷型大变倍比红外双波段连续变焦光学系统,引入衍射面和偶次非球面,进行像差校正,选择机械负组补偿方式进行变焦.通过光学被动式消热差方式,匹配材料及分配透镜光焦度,对双波段红外光学系统在-40~+60℃温度范围内进行了消热差设计,并对系统的像质进行了分析.研究结果表明:在不同温度,系统在两个波段下,各个视场内调制传递函数在奈奎斯特频率为20lp·mm~(-1)处均接近衍射极限,系统整体无温度离焦,像面稳定,像质良好,结构紧凑,满足使用要求.     

宽波段非制冷红外变焦光学系统设计

面向有毒有害气体探测需求,提出采用双色宽波段高灵敏度红外气体探测方法,并针对宽波段变焦色差校正难题,提出一种基于复消色差和机械正组补偿理论的宽波段红外变焦光学系统设计方法,设计了一种宽波段非制冷红外变焦光学系统。系统焦距25～75 mm,工作波长3～12μm,F数为1.8,适配640×512分辨率的非制冷双色红外焦平面探测器,像素大小17μm,变焦过程中系统总长保持160 mm不变。设计结果表明,系统在全焦段各视场调制传递函数在30 lp/mm处均接近衍射极限,成像质量良好,满足设计要求。系统具有结构紧凑、波段范围宽等优点。     

基于光学相关器的电视跟踪处理方法研究

根据目前电视跟踪测量系统中相关跟踪算法存在的问题,提出联合变换光学相关器应用于电视跟踪测量系统中的跟踪算法思路;通过分析联合变换光学相关器的原理和结构,说明了基于光学相关器的电视跟踪处理技术可行性;设计出基于光学相关器的电视跟踪处理系统,高精度的脱靶量测量将通过目标运动检测传感器和联合变换光学相关器共同作用得以实现;最后通过理论推导和分析得出:光学相关器应用于电视跟踪测量系统将使电视跟踪测量设备在功能上得到增强。     

高变倍比长波红外连续变焦光学系统设计

针对非制冷型320×240型探测器设计了一个变倍比为10x的长波红外连续变焦光学系统,并利用ZEMAX光学设计软件进行像质评价。该系统的工作波段处于8~12μm,可以实现30~300mm范围内的连续变焦,F#可达到1.5,在空间频率16lp/mm处MTF>0.4,接近衍射极限。该系统具有变倍比大、相对孔径大、成像质量高等特点,满足系统成像质量要求。     

变焦系统径向偏移对像点的影响分析

针对变焦距系统在变焦过程中由于变焦组的径向偏移误差导致像面径向偏移的问题,利用ZEMAX光学设计软件中的坐标断点功能,模拟了变焦镜头在进行变焦过程中变焦组存在径向偏移误差时像面的径向偏移.结果表明:变焦系统像面径向跳动量与变焦系统变焦组径向偏移误差成正比,与变焦系统焦距成正比.变焦组径向偏移小于0.03mm,对系统成像质量影响较小;变焦组径向偏移0.05mm,系统调制传递函数(MTF)值低于0.3,系统像差值变大.     

非球面在小变倍比变焦距光学系统设计中的应用

为了提高变焦系统的性能,使其拥有良好的像质,简化系统结构,方便机械加工、装调,在小变倍比变焦距光学系统设计过程中引入了非球面设计。利用光学设计软件ZEMAX对系统在长、中、短3个焦距位置进行优化设计,由此得到了一焦距15.6196～23.4084mm,视场±10.29°～±7°的变焦系统,系统由4组6片透镜组成,其中包括1个非球面。该系统具有结构简单紧凑、成像质量较好等特点。     

基于JTC和像素置乱技术的光学图像加密

随着信息技术的迅猛发展,数据加密和安全认证等信息安全问题变得越来越重要.光学信息处理技术具有强大的并行数据处理能力、更多的自由度和高的数据安全性,因此,基于光学信息处理的加密系统得到了广泛的研究.提出了一种基于联合变换相关器和像素置乱技术的光学图像加密方法,此方法基于联合变换器的加密系统,将联合变换功率谱的像素置乱后作为加密图像,像素的排列顺序与随机相位板一起作为解密密钥.计算机模拟试验证实了这种方法的可行性和有效性.     

长波红外两档变焦光学系统技术研究

介绍了红外两档变焦光学系统的变焦理论和二次成像理论。分析了将后固定组与二次成像组相结合结构形式的高斯光学理论。这种结构减少了一个组元,结构简单,并降低了体积重量和成本。最后根据上述理论,设计了基于长波致冷型探测器的两档变焦红外光学系统,可实现320mm/80mm两档变焦,工作波段7.7～9.5μm,F数为2,满足100%冷光阑效率。评价结果表明,该系统像质优良,满足实际需求,证实了该种方法也具有一定的可行性。     

用于多光谱辐射测温的VNIR波段变焦镜头设计

采用多光谱辐射测温法对火工品燃烧温度进行检测时,要求热辐射系统同时能够成像,针对此要求对系统进行了设计。从测量参数约束出发,对变焦镜头主要参数、变焦方程以及各组元的基本参数进行了计算。依据变焦原理与变焦方程编写MATLAB分析程序,以正切差、视场角、系统总长为约束条件,综合考虑光焦度分配,以寻求最佳的结构参数,设计的变焦镜头可实现400~1700nm波段图像信号的传输。最后采用ZEMAX软件,分别在可见光和近红外波段进行优化设计和像质分析。可见光波段在满足视场要求的情况下,其各点传递函数均不小于0.5@100lp/mm,满足移动精度的要求。     

高斯小波在低对比度目标识别中的应用研究

应用光电混合联合变换相关器对复杂背景低对比度目标进行探测识别时,物面图像不作任何处理根本无法获得相关峰,无法实现目标探测识别的目的。为此提出在物面应用高斯小波模极大法处理技术,有效抑制了背景噪声的干扰,提高了有用信息量的衍射,从而提高了应用联合变换相关器对复杂背景低对比度目标进行探测识别的能力。实验证明对于对比度高于6%的复杂背景目标经高斯小波处理后,获得的相关峰对比度较处理前相关峰对比度能达到百分之百的增强效果。文中给出了雾天汽车处理前后的实验结果,有力地证明了该方法的有效性。     

致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统设计

研究并设计了一种适合于致冷成像的离轴三反射镜光学系统.设计了二次成像的反射系统结构,将冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率,第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,有效地减小了第一反射镜的口径.通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用高次非球面校正像差,保证了系统的成像质量.设计的致冷型红外系统工作波段为3~5μm,焦距为500mm,F数为2,视场为10°×0.5°.该系统各视场的调制传递函数在奈奎斯特频率处(20lp/mm)都在0.5以上,并具有紧凑的结构.     

红外投影系统光学被动无热化设计

针对红外成像系统的检测和评估需求,基于光学被动消热差原理,设计了一套用于中波红外仿真系统的投影系统。讨论了红外仿真系统所用投影光学系统的设计思想和设计方法,并对最终的成像效果进行了分析。该系统焦距为250mm,F/2.5,视场角为±2°,总系统长度500mm。依据二次成像系统的设计方法,实现了100%冷光阑效率,且其调制传递函数在17lp/mm处接近于衍射极限,能在-20℃~60℃范围内无需调焦便可保证成像的稳定性,具有分辨率高、均匀性好、可加工性强等优点。     

Application of binary optical element to infrared hyperspectral detection

In 1988 Swanson and Veldkamp et al.[1] rectified single lens longitudinal chromatic aberra-tion and spherical aberration based on the characteristics of color-dispersion of BOE, and they prepared a new type of BOE—— a multi-phase structure lens. From then on, a lot of work has been done to explore the application BOE in the optical imaging field[2—5]. However, the charac-teristics of BOE in color-dispersion only depend on incident wavelength, which poses a great problem to investigator…     

变焦电子腹腔镜物镜光学系统的设计

医用内窥镜在现代医学中的应用越来越广泛,为了使医生在临床检查的时候能够更好的观察病灶图像,设计一种可以实现变焦的电子腹腔镜物镜的光学系统,可以对病灶图像进行原位放大观察。以高斯变焦公式为基础,利用ZEMAX软件模拟设计了一个变焦物镜的光学系统,当视场范围在24°~64°,焦距在5mm~15mm三倍变焦,成像大小保持在6mm左右。传递函数设定在40线对时,其传递函数(MTF)要满足≥0.6,点列图弥散斑直径≤0.05mm。设计具有大视场,镜片数少,结构简单等特点,可以对病灶图像进行放大,具有较高的实际应用价值。