星载TDICCD 相机方位扫描像移模型研究

在应用坐标系变换方法实现星载TDICDD 相机星下点扫描像移模型的基础上,将45旋转扫描反射镜（以下简称45镜）用于TDICCD 相机成像以扩大扫描视场。首先深入分析了45镜的成像特性及K 镜消像旋的原理,并利用Matlab 对K 镜消像旋效果进行仿真,验证了加入K 镜的合理性。然后利用45镜及K 镜对光矢量的转换矩阵,建立了TDICCD 相机方位扫描时的像移模型,为后续像移分析提供理论依据。     

长波红外双视场扫描型光学系统

介绍了一种长波红外双视场扫描型光学系统。描述了扫描型双视场光学系统的设计模型,利用摆镜扫描实现视场扩展,采用光路中径向切入镜组实现变倍比为2.5倍的双视场设计,其F数为1.67,摆镜扫描角度为±6.5°。光学系统采用Ge、ZnS两种红外材料,使用非球面技术很好地校正了系统像差,传函接近衍射极限,在-40～+60℃环境温度范围内系统具有良好的成像质量,可用于机载或车载光电系统。     

像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计

提出了一种新型的像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计构型。该扫描系统体积小、结构简单,具有大视场搜索和小视场分辨的特点。设计了一个红外光学系统实例,工作波段为3.7~4.8 μm,焦距为80 mm,扫描视场为±15°,瞬时视场为5°。系统全视场MTF在17 lp/mm处均大于0.5,点斑均方根直径小于30 μm,满足光学系统的成像要求。     

共形光学系统设计研究

设计了一个红外波段共形光学系统,并提出了整体解决方案.共形光学系统具有大偏心、大倾斜光学特性,因其特殊的光学结构须用瞬间视场和目标视场两个视场参量来描述,像差同时随两视场的变化而变化,使系统设计难度大幅增加.通过建立扩展形式的Wassermann-Wolf曲面结构、建立实际光线追迹模型与Zernike多项式模型相辅相成的像差评价体系,提出了共形光学系统整体设计方案,并给出了设计实例.实例结果表明,系统在整个目标视场范围内均得到较好成像质量.     

采用相位板的中波红外共形光学系统设计

为了满足现代军事装备中的侦查需求,提出了一种新型的红外共形成像光学系统,在消除光学头罩引入的复杂像差过程中,采用一对轴向移动的相位板来实现像差动态校正.给出了一个红外共形成像光学系统设计实例,其工作谱段为3.7μm～4.8μm,焦距为40mm,长径比为1.0,瞬时视场为2°,扫描视场为±15°.结果表明,在奈奎斯特频率...     

离轴三反大视场空间相机像移速度场模型

大视场空间相机在轨成像期间,由于地球自转、卫星姿态机动和颤振等因素导致焦面像速场呈非线性各向异性分布。为此提出了一种新的基于刚体运动学的像移速度场建模方法,考虑离轴角参数,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了侧摆成像时同速与异速像移速度匹配模式对相机成像质量的影响。分析结果表明:以传函下降5%为约束,侧摆15成像时,当积分级数大于10级时应采用异速匹配模式,积分级数为32级时,异速匹配相比于同速匹配使焦面动态MTF从0.340 8提高到0.970 2。当积分级数确定为16级时,侧摆角在12.3以内时可采用同速匹配模式。在轨成像结果证明了像移速度场模型的准确性,可为大视场空间相机像移补偿提供可靠依据。     

高分辨率大视场红外图像获取的改进与优化方法

提出了一种获取高分辨率大视场红外目标图像的改进优化方法.相比较于传统方法中存在的大视场和高分辨率之间的矛盾,设计了整机摆扫及同步像移补偿的实验方案.详细分析了精确的速度控制和像移补偿对于整个系统成功实现所起的决定作用,并对这两部分进行了优化设计.实验和仿真结果具有较好的一致性,从而验证该设计方法在工程上的可实现性.实验结果显示,扫描控制的速度误差为0.19%,经同步像移补偿后所得到的红外图像     

应用于多元探测器遥感仪的45°二维扫描镜像旋分析

航天遥感仪器中,为扩大观测范围通常采用45°反射镜扫描方案。当扫描反射镜绕轴旋转对物进行扫描时,随着反射镜的转角不同,物体反射像也将绕观测轴进行旋转。在采用多元探测器的遥感仪器中,焦平面上所成的像不允许产生像旋,否则会使各个像元所对应的视场无法配准。因此研究相应的像消旋方法,消除45°反射镜带来的像旋转,使其在采用多元探测器的遥感仪器中更好的发挥作用,已是一个十分迫切的问题。对扫描反射镜转动时,多元探测器不同像元的像旋进行分析,为像消旋提供一种方法。     

基于轴向移动柱面-泽尼克校正元件的动态像差校正技术

椭球形窗口光学系统最显著的特点在于其依赖扫描视场的动态像差变化特性,像散和彗差成为影响光学系统成像质量的主要因素,其中像散的影响最为突出。为解决这一难题,结合柱面透镜和泽尼克位相板的特点,提出了一种新颖的动态像差校正方法,即柱面-泽尼克元件校正方法,此元件的外表面为一对母线互相垂直的圆柱面,对应的两个内表面为泽尼克边缘矢高表面。该方法随扫描视场的变化实时地调整一对柱面-泽尼克校正元件间距以实现椭球形窗口引入像差的动态校正。突破了固定校正元件无法实现超大扫描视场的瓶颈。设计实例中成像光学系统实现了±55°扫描视场,各扫描视场像散和彗差的泽尼克像差系数P-V值校正到了±0.8个波长以内,椭球形窗口光学系统的成像质量得到了明显的提高。     

线列光纤传像束对比度传递函数的检测

根据对比度传递函数的定义,推导分析了线列光纤传像束对比度传递函数(CTF)的表达式,拟定了测量方案.在检测过程中,采用局部视场扫描测量方法,选用10/0.25的显微物镜,3#鉴别率板(分辨率为1.875 lp/mm),测得平均CTF值为0.52,仿真值为0.66.     

低空高分辨率激光雷达光学系统设计

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。     

耦合式背光介观荧光分子成像系统设计北大核心CSCD

在生物组织工程的应用中需要有对生物结构标记的三维、纵向评估。一般来说,这些生物组织的结构通常是几毫米厚和浑浊的,因此对图像成像有很大挑战性,且经典荧光显微技术不能满足于其需要。介观荧光分子成像系统是一种新兴的成像系统,该系统基于介观荧光分子层析方法,它填补了显微荧光分子成像技术和宏观荧光分子成像技术之间的空白。为提升介观荧光分子重建的性能,本文主要基于光学原理对光学系统的配置参数进行了优化和改进,包括探测器布局、非耦合或耦合的扫描模式,并对介观荧光分子成像系统的三维成像性能进行了评价和对比。结果表明,本文设计的耦合式背光介观荧光分子层析成像(mesoscopic fluorescence molecular tomography imaging,MFMT)系统能够很好地提升重建性能,获得高质量的重建结果。     

圆锥扫描光学系统成像特性研究

圆锥扫描光学系统与“十”字形或“L”形红外探测器配合，能实现对红外目标信息的脉冲位置调制，已在战术导弹引头和机载红外搜索跟踪系统中得到成功应用。为此，对圆锥扫描光学系统的成像特性进行研究，推导出光学系统参数对像平面位置和像点轨迹的影响关系，其结果对圆锥扫描探测系统的分析与设计具有现实意义。     

扫描非均匀性对点目标探测影响

为了深入研究物方扫描机构与点目标探测性能的关系,定义了度量扫描机构运动特性的扫描非均匀性指标。根据扫描成像的物理过程,建立了线阵探测器扫描成像模型,并以目标信噪比为核心分析了TDI探测器下扫描非均匀性的影响。首先,根据物方扫描工作特点设置了与扫描机构工作方式相配合的探测器积分时序,并建立了扫描非均匀性度量参量;其次,在经典成像模型的基础上建立了符合积分时序和TDI工作原理的点目标成像模型,并结合探测器噪声模型和TDI工作原理推导了目标信噪比计算公式,通过该公式分析了不同光学系统、TDI级数及目标尺度条件下目标信噪比与扫描非均匀性的关系;最后,从保证能够目标检测性能的角度给出了在相对信噪比限制条件下扫描非均匀性上限。所建立的成像模型准确反映了扫描探测系统各部分特性,分析结果对探测系统的总体设计和指标分配具有指导意义。     

基于面阵凝视扫描成像的声光光谱成像系统及其图像拼接验证试验

可见---近红外波段(400~1000 nm)成像光谱仪是光谱探测的重要组成部分。基于地基可见-近红外成像光谱仪的实际应用要求,提出了一种采用面阵探测器的凝视扫描成像光谱仪。该光谱仪还采用了一种新型分光器件声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)。其特点在于光谱的选择和施加在它上的射频信号频率相关;通过程序控制射频信号,就可以控制光谱。利用设计的光谱成像原理样机进行了地基月球观测实验。基于实验的特点,在光学设计的基础上增加了另一路共轴辅助光学,以进行粗定位。在获取成像结果之后,进行了辐射定标和尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transformation, SIFT)图像拼接处理。结果表明,利用二维指向机构和面阵凝视成像系统,结合SIFT图像拼接算法,可有效获取宽幅高分辨率光谱图像。     

G-APD阵列——一种具有单光子灵敏度的三维成像探测器

介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极微弱光目标的三维成像探测。同时,G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件,不仅体积小、重量轻、可靠性高,而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。因此,G-APD阵列是目前阵列光电探测器件的一个重大发展,必将在各种高端光电成像领域获得广泛的应用。     

最大似然空间变化图像恢复算法

在光学图像处理中,把光学成像系统看做线性空间变化系统具有普遍意义。从实际光学系统成像过程出发,考虑光学系统的点扩散函数的空间变化特性和探测器噪声特性,建立了空间变化成像模型。在此成像模型基础上,基于最大似然法提出了空间变化的Richardson-Lucy(SVRL)图像恢复算法。为了分析SVRL算法的性能,实验中利用ZEMAX软件计算不同视场的点扩散函数,而后利用此空间变化点扩散函数进行成像仿真,得到仿真成像结果,最后分别采用0视场、0.5视场、0.7视场、1视场的点扩散函数以及空间变化点扩散函数对仿真图像进行恢复。实验结果表明,对于实际的空间变化光学系统,SVRL算法的图像恢复效果十分有效。     

周视扫描成像红外双波段光学系统设计

介绍了一种周视扫描双波段红外光学系统,该系统利用K镜消除像旋转,能对中波3～5μm、长波8～10μm光谱进行双波段成像,且同时具有较大的扫描视场和较宽的光学口径.系统结构简单,装调方便,成像质量优良.     

Terahertz Transmission Imaging with 2.52 THz Continuous Wave

In this article, two terahertz transmission imaging systems are built with a 2.52 THz continuous wave laser and two types of sensors. One is array scanning system using a 124×124 pyro-electric array camera as the detector; the other is a point-wise scanning system utilizing a Golay cell as the detector. The imaging speed and quality is briefly analyzed. Terahertz （THz） imaging results demonstrate that the array scanning system has higher imaging speed with lower resolution. The point-wise scanning system has higher imaging quality with lower speed.     

红外点元探测器扫描成像方法研究

针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、非均匀性的问题,提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑,经光学镜头聚焦到红外点元探测器,进行光电转换;然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像;最后利用多阈值分割的伪彩色映射模型,将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明:红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像,且点元探测器加工制造简单,价格低廉,有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制,更加有利于红外成像技术的推广和应用。