分离式终端光学系统的鬼像分析

分离式终端光学系统(FOA)的光学元件多,输出能量高,鬼像分布复杂,给FOA的鬼像分析带来很大的挑战。利用Zemax结合自主研发软件Ghost对分离式FOA的鬼像分布进行优化设计,建立针对真空窗口和屏蔽片的角度及其与聚焦透镜的间距对FOA中鬼像分布影响的分析模型,经仿真计算得到两种适合于分离式FOA的鬼像分布方案,对比其优缺点,最终确定合理的分离式FOA鬼像分布设计方案。     

复杂光学系统鬼像分析的单向链表实现算法

光学系统的杂散光极易在系统内形成多个鬼像,严重影响光束质量和传输特性。主要研究了复杂光学系统中折射面的多次反射和衍射面的多级衍射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法,提出了一种采用单向链表数据结构进行鬼像分析的更加简洁、高效的实现算法。编制了专门的杂散光分析软件,实例计算表明,采用该软件可以快速地分析含衍射元件的复杂光学系统的杂散光,全面描述鬼像在像面的位置和能量分布,分析结果对在光学系统设计阶段排除鬼像的潜在危害具有重要参考价值。     

折-衍混合型两档变倍红外光学系统设计

当今红外成像光学系统应用广泛,根据需求,越来越多地采用双视场切换式红外光学系统.为了获得成像质量更好、轻量化的光学系统,引入了衍射光学元件进行光学系统设计,从而提高了镜头的成像质量,减少了光学元件的数量,减轻了系统质量.介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理,设计了一个含有非球面且结构简单、装调容易的折-衍混合的两档变倍的红外光学系统,分别对长、短焦距位置进行了像差分析,该设计能够很好地满足实际工程的需要.设计结果表明采用衍射光学元件的红外光学系统能够有效地改善光学系统的像质,减小光学系统的体积.     

利用光学系统优化抑制气动光学激波效应

在大气中超音速飞行的物体的光学头罩与大气之间发生剧烈的相互作用,对光的传输造成影响,这种影响叫做气动光学效应。激波效应是物体与大气相互作用之后最先形成的气动光学效应,激波会使光学系统产生离焦,光学传递函数产生畸变,进而图像质量下降。本文利用采取对称波前编码技术搭建的全焦距信息光学成像系统对目标进行成像仿真,将光学系统传递函数进行优化,一定程度上实现了抑制激波效应对图像带来的影响,并对其进行了简要分析与讨论。     

激光对红外探测系统产生的二次辐射效应

运用理论分析和数值模拟方法,建立了光学系统结构件的受辐照加热模型,以及结构件和光学元件的红外辐射在焦平面上形成的照度分布模型.并据此编制了仿真计算软件.通过该软件计算结果分析了激光照射在红外光学系统上所造成的温升分布情况,以及由此产生的光学元件和结构件的二次辐射效应.对一种典型结构的光学系统温升效果进行了仿真计算,并探...     

光学表面中高频误差的仿真分析

在光学设计和装调过程中,常常需要随时根据面形质量来预估光学系统的性能,传统的方法都是借助泽尼克多项式拟合光学表面面形来进行仿真评价。但非球面光学元件在加工过程中常常产生中高频误差,这类误差会引入小角度的散射,进而影响光学系统像质评价。提供了一种点对应点的仿真方法,通过准确评价面形质量获得高精度的像质预估结果,解决了传统的泽尼克多项式不能描述中高频成分的关键问题。该方法在实际光学系统中进行了验证,仿真结果和实测数据吻合度优于90%。     

基于二元光学的双视场红外光学系统设计

红外两档变倍光学系统具有结构简单、装调容易等特点,同时衍射光学元件的引入,增强了镜头的成像质量,减少了光学元件的数量,减轻了系统重量.介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理,设计了一个折-衍混合的两档变倍的光学系统,对长、短焦距位置进行了像差分析,结果表明该设计能够很好的满足实际工程的需要.     

温度梯度对红外光学系统成像质量的影响

利用有限元分析方法对温度梯度环境下的红外光学系统进行仿真分析,并对系统的成像质量进行了评价。利用ANSYS软件建立了某红外光学系统的有限元模型,分析了红外透镜在温度梯度作用下的镜面面形变化;用Zernike多项式拟合变化后的镜面面形数据,并将Zernike系数代入光学设计软件ZEMAX中,分析变形后光学系统的成像质量。结果表明,轴向温度梯度和径向温度梯度均会使光学元件的面形发生变化,使光学系统产生像差,导致系统的成像质量下降。在温度梯度相同时,径向温度梯度对成像质量的影响比轴向温度梯度更严重。     

神光Ⅱ升级装置终端光学组件的排布设计

设计高功率激光装置靶场终端光学组件(FOA)时考虑的重要因素足鬼像对光学元件的破坏.山于神光Ⅱ升级装置(SG-Ⅱ-U)的输出能量高、靶场空间小、鬼像分布情况复杂,导致了终端光学组件的设计难度很高.用自主研发的鬼像控制设计软件对神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件排布进行设计,给出了进行鬼像控制设计时需考虑的设计因素,并对比研究了两种靶场终端光学组件设计方案的优缺点,最后结合神光Ⅱ升级装置的特点,优化设计出神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件的最终排布方案.     

折衍射混合成像光学系统设计

讨论了衍射光学元件的特殊成像性质;提出了带宽积分平均衍射效率的概念和应用;给出了作者在国内外完成的几个折衍射混合成像光学系统的应用实例。包括一个用衍射光学元件复消色差的长焦距光学系统,一个仅由两个镜片构成的CMOS相机光学系统和一个较复杂的中等焦距、大孔径、大视场照相系统。这些系统突破了传统光学系统在结构、性能、体积和重量方面的限制,在光学设计理论上具有重要意义,在工程应用上具有重要价值。还介绍了国外衍射光学制造技术和折衍射混合成像光学系统应用方面的最新进展。     

用"镜像法"处理高功率激光系统中非共轴光路的鬼点问题

高功率激光系统中鬼光束对元件安全造成威胁,并导致主光束质量变坏,故鬼光束会聚点的位置和鬼光束会聚光斑光强的定量分析,对高功率激光系统安全运行非常重要。提出了用“镜像法”分析高功率激光系统中非共轴光路鬼点的方法。即将光路在各反射镜处“镜像”,由“镜像”得到等效光学系统,对等效系统进行鬼点分析后,再将鬼点“镜像”回原非共轴光学系统。结果表明,非共轴光学系统的鬼点情况,可由其“镜像”等效系统决定。     

超高速分幅相机中的无鬼像光学系统

超高速光电摄影系统是目前最常用的一种高速摄影设备。在进行超高速光电分幅相机光学系统的设计时,由于面数较多、结构较为复杂,很容易在像面附近形成鬼像,从而影响成像的锐度和对比度,干扰目标的识别。为了解决鬼像的问题,本研究从光学系统中的关键器件像增强器出发,分析了鬼像形成原因,并进一步采用光纤面板对像增强器进行了优化设计,从而克服了鬼像问题。采用本光学系统组成的超高速光电分幅相机拍摄了高压火花放电的过程,实验结果表明,得到的图像无鬼像。利用该系统可以方便地进行纳秒时间尺度的超高速摄影实验研究,拍摄的照片无鬼像,有利于目标的精确识别和解读。     

无重影立体电视摄像技术的研究

为了解决双目视差立体电视显示画面的重影问题,提出一种主景深上无重影的立体电视摄像技术.该方法用光开关对镜头光路左右对称分割,获得视差图像,可实现立体电视与平面电视双向兼容,重现图像立体感强.     

对光电系统中的光学系统二次成像的分析计算

在光电成像系统中,二次成像对正常图像影响较大,轻者降低系统灵敏度,重者产生虚假信号,影响观察。因此消除或降低二次成像对光电成像系统的影响,就成为光学设计的一个重要环节,使用光学设计软件CODEV可以对光学系统的二次成像进行分析和控制,确保光学系统本身的二次成像影响降到最低,满足系统使用要求。     

多尺度压缩感知鬼成像系统

现有的鬼成像系统中都使用固定尺度的散斑进行成像,而目前的仪器可以实现多尺度散斑鬼成像。本文对采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统进行研究。采用计算机仿真模拟的方法,利用具有四个分辨率尺度的图像作为原始图像,对多种不同尺度散斑且不同比重情况下的恢复图像进行了研究分析。结果表明采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统可以得到更加靠近真实值的图像,且在小散斑尺寸占据大比重的情况下,获取图像的分辨率不会受到干扰。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

极弱光关联成像研究进展及展望（特邀）

光学成像因其分辨率高,信息量丰富,具有其他探测和感知技术不可替代的地位,是人们获取信息最重要的技术手段之一。光子是光学成像系统中的信息载体。光学图像的高质量重构,依赖于对信号光子的高效耦合和对光信息的精准解耦。然而,在遥感或生物成像等重要应用场景中,由于作用距离远或辐照功率低,到达探测面的物体信号光子数少,信噪比低,对光学系统设计、信号探测和图像恢复都带来了极大困难,严重限制了光学成像性能。如何在极弱光条件下获得高质量图像,是光电成像系统研究的基础性难题,也是推动光学成像不断向更大视场、更远作用距离、更高信息通量发展亟待克服的关键技术。近年来,在光场调控和量子探测技术支撑下,并基于光场的高阶经典/量子关联发展起来的关联成像,由于探测灵敏度高、抗干扰能力强,为发展极弱光条件下的光学成像技术带来了新的机遇。文中将简要回顾关联成像的原理机制,在此基础上系统介绍极弱光条件下关联成像方案和方法。并尝试从光子动力学层面解释这些方法的物理本质,讨论这些方法的能力极限,比较这些方法所适用的场景。     

劈裂纳米矩形的Fano共振效应及对不同偏振角入射激光的衰减作用

为了探讨光场的高阶关联对于轴向运动目标鬼成像 成像质量的影响,将热光高阶鬼成像相关理论应用于轴向运动目标鬼成像的研究中。首先, 建立了理想热光高阶强度涨落的轴向运动目标鬼成像模型,给出轴向运动目标高阶鬼成像的 高阶关联函数;接着,设置不同仿真参数对建立的数学模型进行了数值模拟,同时给出了相 关仿 真图像;最后,采用峰值信噪比(PSNR)质量评价方法 比较仿真图像的成像质量,并对仿真结果进行了分析。结果表明,对于轴向运动目标,随着 参考光束的阶数增加,光场的高阶关联将会极大的增加背景 涨落的噪声,导致图像重建质量急剧变差;而信号光束的阶数增加对成像质量影响较小,但 是成像质量会 随着信号光束的增加而增加,最低阶的鬼成像得到的鬼像质量最好。     

轴向运动目标的热光高阶鬼成像研究

提出一种基于B样条概率密度函数(PDF,probability density function)估计的复杂纹 理图像分类识别方法,主要包括图像纹理PDF特征学习、 表征以及纹理类型识别3个步骤。在图像纹理PDF特征学习和表征中,引入各向异性高斯导 数方向滤波器获得纹理图像多尺度和 多方向空间结构;然后基于预先固定的B样条基函数,将图像空间结构PDF估计转化为与 基函数相对应的权值向量估计;之 后采用最远邻聚类方法,获得图像空间纹理结构的PDF特征字典库;最后采用最近邻方法, 获得各类纹理在特征字典库上的直方图 分布表示。在纹理类型识别阶段,基于直方图距离测量结果实现纹理图像分类识别。在不同 纹理图像数据库上进行了大量的验证性和对比性实验,实验结果表明所提方法的有效性 和优越性。