高斯光束等价光线追迹的新方法

提出一种输入和输出空间参考平面取在物象共轭平面处的高斯光束等价光线追迹的新方法,不仅可处理实际复杂光学系统高斯光束的传输和变换,而且能方便地算出象散、场曲和畸变等象差。     

基于光线追迹法的单椎管X光器件的模拟及验证

本文基于光线追迹法建立了一种单椎管X光器件的数学模型。利用数值模拟的方法实现了对X光经过不同单椎管X光器件传输的传输效率和光斑形貌的模拟,通过实验验证了模型建立的正确性。利用建立的数学模型研究了单椎管的成像特性,指导单椎管X光器件的制作。     

某大视场机载摆扫红外扫描仪几何成像仿真与误差分析

为了分析大视场高空间分辨率红外多光谱扫描仪系统误差的影响,为检校方案的确定提供依据,通过利用严格成像模型对机载摆扫红外扫描仪进行成像仿真分析。针对红外扫描仪摆扫系统中相机投影中心与稳定平台回转中心不重合的设计特点,重点研究相机安置误差与POS系统安置误差的相关关系。仿真实验表明:相机安置误差与POS系统安置误差对定位精度影响规律基本一致,两者存在较强相关性但随着摆扫角度增大而减小;在摆扫幅度小于20 时,相机安置误差可合并到POS系统安置误差。该结论可为后期的检校方案设计提供参考。     

基于实际光线追迹的共形光学系统设计

提出了基于实际光线追迹的共形光学系统设计方法,获得了较好的设计结果.共形光学系统具有偏心、倾斜特性,需用两个视场参量来描述--关联视场和瞬时视场.随着关联视场的变化,系统的球差与各类轴外像差呈现出动态变化特性.共形光学系统中,像散和彗差是最重要的两种像差,强烈地影响系统成像质量.与一般的光学系统相比,共形光学系统光学设计难度进一步提高.已发表的有关共形光学系统设计的文章都基于泽尼克多项式像差理论,限制了系统像差的进一步详细分析.为此,通过建立实际光线追迹像差模型有效克服了上述难点.实例结果表明,该方法能有效指导共形光学系统设计.最后在整个关联视场内得到较好的成像质量.     

基于高密度子网格光线追迹的三维发射层析重建算法

三维(three- dimensional,3D) 发射层析技术(emission computerized tomography,ECT) 是一种简单、高效且准确的燃 烧场3D成像与检测技术,其中权重矩阵的计算 精度决定了层析重建的精度和质量。本文研究了一种基于高密度子网格光线追迹的权重矩阵 计算方法, 将被测区域划分为密度更高的子网格,并根据相机成像模型实现光线追迹,以确定离散网格 对投影像素 的权重因子。数值模拟和燃烧火焰重建实验表明该算法具有较高的精度和计算效率。该研究 对于3D发射层析技术的实用化具有重要的理论意义。     

一种变折射率光学系统光线追迹的新方法

光线方程仅在系统折射率为轴对称分布及近轴近似条件下可求得解析解,而对非近轴光线,尤其是变折射率系统,只能用计算机进行光线追迹,求数值解。常用之法是Taylor级数展开法,可达到一定精度,但计算量相当大。变形光线方程后,对定义的新变量直接应用一种标准的数学积分技术———Runge-Kutta方法,可达同样精度要求,而计算量大为减小。此法的另一好处是在于计算过程中简化了各光学平面两侧折射率的计算。在介绍Runge-Kutta方法的同时,给出算例以与Taylor级数展开法比较。     

基于光线追迹法的非均匀温度场视觉测量畸变校正

为了解决视觉测量在非均匀折射率环境中应用时出现的成像畸变问题,建立了在非均匀温度场中形成的非均匀折射率场,研究了光线在该折射率场中的轨迹并根据轨迹偏差修正了图像畸变。利用背景纹影法重构了由非均匀温度场产生的空间折射率场,将空间点发出的光抽象为光线,根据龙格-库塔法修正非均匀折射率场中的光线轨迹并校正图像畸变。利用PnP(pespective-n-point)算法和校正前后图像中同一点的像素坐标解算该点的世界坐标。实验结果表明,该方法能有效降低测量误差,修正被测图像的畸变。     

基于光线追迹的闪光灯泵浦激光聚光腔的结构优化

聚光腔是灯泵固体激光的重要部件,主要作用是最大限度地将泵浦光能聚集到激光棒上的同时,尽可能使激光棒获得均匀的泵浦。为了实现灯泵固体激光器大能量输出,需考虑优化激光聚光腔,提高其泵浦效率。通过以蒙特卡洛离散方法为核心的光线追迹技术和合理的模型建立,以四灯为例,研究了对确定直径的激光棒,泵浦效率随构成腔体的椭圆长短轴比(a/b)的变化,以及同样的长短轴比下,泵浦效率随泵浦灯直径的变化。得到了在确定直径的激光棒和泵浦灯下,泵浦效率最高的椭圆长短轴比例。此外,研究了对确定直径的激光棒在不同直径泵浦灯的情况下,泵浦均匀性随椭圆长短轴比a/b的变化。     

基于光线追迹的红外探测光学系统杂散辐射研究

杂散辐射分析与抑制是红外探测光学系统设计的重要环节,杂散辐射增加了系统的噪声,降低了红外探测系统对目标的探测能力。首先对红外探测系统杂散辐射源进行了分析,对基于光线追迹的杂散辐射分析理论进行了介绍,并结合具体的红外探测光学系统实例,提出了反向光线追迹的思路,分析系统关键表面的特性,提出了给机械表面涂覆吸收膜的方法来抑制系统的杂散辐射,分析结果满足杂散辐射抑制的要求。     

线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。     

红外成像系统NETD客观测量方法研究

针对目前国内热成像系统的两种测量方法进行简要总结,面对红外成像系统检测的工程化要求,选择精度较高,但是测量时间较长的信号传递函数(SiTF)方法,通过优化测量步骤,改进图像测量算法,大幅缩减检测时间,经过两次不同环境温度下的测量,得到的测量结果稳定性好,重复性好。该方法为噪声等效温差NETD工程化测量提供了有效手段。     

基于红外热像仪的弹药热毁伤测量误差消除方法研究

红外热像仪已广泛应用于弹药毁伤性能评估领域。针对国内基于红外热像仪热毁伤评估精度矫正文章较少的情况,梳理了部分评估误差来源,并提出了对应的误差补偿思路。通过对热毁伤测量试验的误差来源进行理论分析,对由测距和大气透射引发的测温误差做出公式修正。并通过爆心定位、设立标识杆,排除了测量过程可能会引入的误差。最后,对火球红外图像进行了盲元校正及图像增强处理,提升了图像辨识度,改善了火球毁伤范围定位的精确度。     

非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究

非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。     

针对复杂地形的热红外成像仿真研究

红外热成像系统由于具有全天时观测能力而得到广泛应用。为了测试和评估高分辨率红外热成像系统的性能,需要大量多种成像条件下的热红外影像作为输入数据源。为获取真实可信的地面热红外仿真图像,提出了一种针对复杂地形的热红外成像模拟方法。该方法综合起伏地表的地形、光照、遮蔽和邻近地域辐射等因素,系统研究了三维地表热辐射的产生和传递机理。利用光学遥感影像和数字高程数据,生成了一天中不同时刻的地面热红外图像。结果表明:该方法生成的24 h序列图像,符合实际地表热辐射场的日变化规律,从而为可见光图像制备红外基准图提供了一种有效途径。     

基于低秩矩阵近似的低噪宽幅热红外成像技术

为解决强背景弱信号场景下热红外成像系统噪声制约图像信噪比的问题,提出了一种基于低秩矩阵近似理论的低噪宽幅热红外成像技术.利用面阵摆扫方式实现宽幅扫描成像并构建严格的观测矩阵,通过加权核范数最小化方法求解去噪的低秩矩阵形式.试验证明该技术具有较高的峰值信噪比与降噪鲁棒性,在宽幅成像的同时也提高了探测灵敏度.研究成果在红外弱目标识别、广域侦查等领域具有一定应用价值.     

红外热像仪在被动式超低能耗建筑性能检测中的应用

概述了红外热成像技术探测外墙热工缺陷的原理及应用现状,结合工程实例对红外热像仪的应用进行了分析,分别采用定性和定量两种方式判定热工缺陷严重等级。结果表明,利用红外热像仪可以快速得到建筑围护的温度场分布,从而判断是否存在热工缺陷,更是为建筑节能效果的评价提供了高效、准确的检测手段。     

基于红外热成像的在体呼吸监测方法

人体红外辐射及温度特性与呼吸等生理活动密切相关。针对远程监测需要,提出了一种基于面部红外图像分析的在体呼吸监测方法。为了提高红外热成像中鼻孔区域识别及跟踪精度,研究了基于Harris角点法的提取方法,及基于光流场方法的特征跟踪识别方法;分析对比了不同环境中在体呼吸信号时频特征及统计参数。实验结果表明,本文提出的方法可以准确监测在体呼吸信号,分析呼吸模式变化,为红外热成像方法在临床医学的应用提供了参考。     

热成像设备测试方法的实验及分析

设计了一种以信号标准化、温度控制精确化、结构微型化为要求的热成像设备关键指标测试方法。在实验室对噪声等效温差、最小可分辨温差、调制传递函数、信号传递函数等指标进行测试,对测试中的问题进行了分析,提出了在多种温度不同增益下测试噪声等效温差、利用神经网络算法在内多种算法提高分辨图像能力的方法,实验结果表明,方法有效可行,提高了对热成像设备检测的能力。     

空间目标红外成像特性建模与仿真

基于空间目标成像特性的几何模型,引入了区域分解、网格划分的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标红外光谱特性与成像特性的数学模型,给出了目标在探测器入瞳处及像面上的能量分布计算公式。基于目标和探测器的轨道参数,分析了空间目标的成像条件,给出了成像角度和成像尺度判断的数学依据。以风云一号卫星和伽利略卫星为例,根据目标的结构特性、材料特性、轨道特性等确定输入条件,计算获得了目标在探测器入瞳处的辐射照度及目标红外星等随时间的变化关系,同时获得了目标灰度图像随时间的变化特征。仿真结果验证了建模方法的正确性,实现了空间目标红外成像特性的动态模拟。     

基于红外热成像技术的车厢内部火灾预警研究

红外热成像技术是目前最为实用的火灾预警检测手段之一,可以有效提高列车车厢的运行安全。基于红外热像仪的原理及优点,结合动车组车厢较为狭长的特点,探讨红外探测器的镜头选择;提出了融合绝对温度和基于高度变化的火焰判定概率模型,提高了火焰检测的精度。在动车车组车厢环境中的测试验证了方法的有效性和稳定性,降低虚警。