采用二元光学透镜的传像光纤束耦接镜设计

在光学耦接镜设计中引入衍射面,根据二元光学元件的三级像差理论,分析了衍射面初始结构参数的求解规律,通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出工作波长0.8～1.1μm,焦距33.6 mm.光学长度为63 mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例.该耦接镜成像质量优良,适用于单丝直径16 μm,截面直径为6 mm的光纤传像束.     

像束相关性误差对波分复用光纤传像系统成像效果的影响

在波分复用光纤传像系统中，像束光纤的相关性错位误差将直接影响整个光纤传像系统的综合成像效果。本文重点分析了色散方向与光纤相关错位方向的关系对成像质量影响的规律，以及应采取的措施。     

像束相关性误差对波分复用光纤传像系统成像效果的影响

在波分复用光纤传像系统中,像束光纤的相关性错位误差将直接影响整个光纤传像系统的综合成像效果。本文重点分析了色散方向与光纤相关错位方向的关系对成像质量影响的规律,以及应采取的措施。     

提高光纤成像系统传像质量的研究方法

针对提高超长异型光纤传像束系统的传像质量,提出一种研究方法,综合分析了光纤的排列、光纤填充系数、数值孔径以及后续图像合成算法.制造光纤时光纤束采用六角形的排列.使用折射率小的包层.在图像数据处理时,使用抽样定理、三次样条图像信号重建和亚像元配准等图像处理算法,最终提高了光纤成像系统的传像质量.实验证明,通过信号的重建以及错位的校正等方法,能够有效地改善成像光纤束的传像质量.     

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.     

光纤传像系统中的耦合技术研究

由于柔软传像束光纤优良的传像特性和可以任意弯曲的特殊性能,因而使其被广泛地应用于医学、工业用显微镜,及科研、航天、军事等多种场合中,光纤束在成像系统中的精密耦合又是其中的重点.在总结了光纤束的传像特性及其应用背景的基础上,从数值孔径匹配的角度对异型光纤束的前后端耦合进行了一组优化设计,并给出了在可见光波段的实验图片及结果分析.     

高分辨率光纤传像束的制备及其光学性能

从酸溶法光纤传像束所需原料的配方确定开始,合理设计了纤芯玻璃、包层玻璃和酸溶玻璃三种材料之间物化性能的匹配性.这三种玻璃材料的物化性能将直接影响到所制备的高分辨率光纤传像束的成像质量.通过开展酸的浓度、温度、酸的种类以及酸溶时间等量化关系研究,确定了最适合光纤传像束酸溶的一系列工艺参数,这对于降低传像束的断丝率,提高光纤传像束的成像质量有较大作用.通过大量的实验研究、性能测试和理论分析,确定了多种提高传像束光学性能的有效方法,为光纤传像束的广泛应用奠定了良好的基础.     

异型石英光纤传像束光学性能分析

讨论了异型石英光纤传像束作为光学成像探测器的重要意义，利用排丝叠片法制备了一种线面转换异型石英光纤传像束，并利用测试平台进行了透过率和串像率测试。该光纤传像束在450～850 nm波段的透过率为40%～60%,串像率为4%。通过实验研究和数据分析，明确了制备过程中提高传像束性能的有效方法，确定了一套排丝叠片制备光纤传像束的工艺和流程，这对光纤传像束产品的广泛应用具有一定指导意义。     

光纤传像束研究进展

光纤传像束是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件,与传统的光学成像器件相比,它具有重量轻、使用自由度大、易实现复杂空间结构的图像传递等优点。由于其优良的传像特性和可任意弯曲的特殊性能,使其被广泛地应用于医学、工业及科研、航天、军事等多种领域。本文给出了光纤传像束与其它成像系统相比所具有的优点,详细分析了影响光纤传像束传像性能的一些因素,介绍了传像束的制作方法,阐述了不同类型传像束的特点及应用,并指出了目前面临的问题。     

基于FPGA的传像光纤束图像预处理器

针对传像光纤束成像的算法结构,提出一种基于FPGA的传像光纤柬图像预处理器设计方案。该图像预处理器相对于传统的图像预处理器具有充分利用FPGA有限的片上资源,合理安排数据操作之间的并行性和流水性等优点。具体实验结果表明,该预处理器能满足传像光纤束成像系统的实时性要求,达到预期效果。     

利用光纤传像束的内窥镜物镜设计

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78 m,焦距0.921 mm,全视场100、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32 mm,满足像方远心要求,在38 lp/mm频率处MTF值在0.85以上,像质优良;同时,在Tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。     

红外动态景象仿真中光学系统效应仿真

在采用数字图像注入方法对红外成像跟踪搜索系统或红外预警系统进行仿真试验中，红外动态场景仿真是仿真系统的核心技术，而光学系统效应仿真是红外动态场景仿真中的重要部分。由于仿真对象为非相干红外成像系统，光学系统效应可以只考虑其能量域内成像效应和像弥散或能量分散效应。光学系统质量一般用调制传递函数描述，可由调制传递函数计算点扩展函数，并建立基于点扩展函数的光学系统效应模型。只要调制传递函数给定准确，此方法建立的光学系统效应仿真模型的逼真度便有保证，而调制传递函数可以通过普通的光学系统测试方法获得。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

采用MTF定量评估CCD错位成像的成像质量

为提高CCD错位成像系统成像质量,提出用MTF方法定量评估CCD错位成像的成像质量,推导了CCD错位成像两种模式的MTF,取人眼能分辨的最低对比度0.05为阈值,分析表明,交错采样和四点采样模式的理论极限分辨率分别提高到1.4倍和1.86倍,奈奎斯特频率处MTF值分别提高了0.110 6（27%）和0.167 9（41%）。用空间频率范围（0,0.5）内MTFA评估CCD成像质量,结果表明,交错采样模式和四点采样模式成像质量均优于CCD普通模式,且四点采样模式比交错采样模式成像质量进一步提高。建立了Matlab仿真CCD错位成像的数学模型,鉴别率板仿真结果验证了应用MTF定量评估CCD错位成像系统成像质量的正确性。     

Golay3稀疏孔径光学系统调制传递函数分析和成像研究

给出Golay3稀疏孔径光学系统的光瞳结构,分析其调制传递函数（MTF）特点。对不同填充因子的Golay3稀疏孔径光学系统模拟成像,并用几何均值滤波进行图像复原,以相关系数评价模拟成像质量和图像复原效果。结果表明：模拟成像和图像复原结果与调制传递函数分析结果一致;经几何均值滤波后,图像质量得到改善：图像复原效果随填充因子增大而提高。     

旋转式红外微扫描器研制

针对红外成像系统因衍射光斑大导致图像分辨率低、焦平面探测器填充因子小导致图像传函值小等两大主要缺陷,提出了通过微扫描成像技术提高图像分辨率和传函值的技术方案.简要介绍了微扫描成像的工作原理,重点论述了旋转式红外微扫描器设计方法,并推导了有关设计公式.在微扫描器及其成像演示装置研制基础上,开展了微扫描成像实验,成功得到分...     

宽光谱可见-短波红外成像光学系统设计

针对目前的红外成像光学系统在机器视觉工业检测领域难以同时实现成像质量好和结构紧凑设计的问题,提出了一种宽光谱可见-短波红外成像光学系统的设计方法。运用光学设计软件ZEMAX设计了一种适用于可见光和短波红外的红外成像光学系统。该系统由7组10片透镜组成,利用多组双胶合透镜来消色差,在第15个面使用非球面提高成像质量,最后对系统的成像质量进行研究。设计结果表明：该系统的的工作波长为0.4～1.7μm,全长为79.6 mm,F数为2.8,焦距为25.7 mm,畸变小于1.4%,调制传递函数值在奈奎斯特频率100 lp/mm处均大于0.4,接近衍射极限,成像质量良好。该系统可以对光滑表面的装配件进行缺陷检测,具有结构简单、易于加工装调的优点,有助于高效地完成机器视觉检测。     

传像光纤束的折-衍混合耦接器研究

在光学耦接器设计中引入衍射面,根据衍射光学元件的初级像差理论,通过理论计算和ZEMAX光学软件的优化,给出工作波长0.4～0.7μm,焦距27 mm,光学长度为62.9 mm,采用一个衍射面的耦接器设计实例。该耦接器采用物方远心光路结构,适用于单丝直径16μm,截面直径为6 mm的光纤传像束。对设计结果的分析表明,折-衍混合耦接器不仅在光学性能方面优于传统的光学耦接器,而且在尺寸和重量上有非常显著的减少。实际的室内外成像实验证明,光学设计软件的仿真结果是正确的。     

自由曲面变焦的内调焦式光学系统设计

具有调焦功能的光学系统在空间探测领域中有着重要的应用需求。设计了一种基于自由曲面垂轴偏移的内调焦光学系统,该系统中采用特殊自由曲面面型结构,构建自由曲面透镜组,利用垂轴偏移的变焦特性,改善光学系统的成像位置,提升在空间环境多样性和宽物距成像的适应性能力。具体分析了自由曲面透镜组的调焦原理,并成功将自由曲面透镜组应用到焦距为100 mm的光学系统中,分析像距扰动和物距变化两种情况下的成像质量和偏移量。结果表明,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率处大于0.3,满足成像要求,该系统具有成像性能稳定和微米量级补偿量等特点。