基于波像差法的物镜成像系统设计

基于波动光学光程差建立的光学系统像差理论,波像差由理想波面算起,表示实际波面与理想波面的差距,理想波面可以理解为以理想像点为中心的一个波面,所以光程差也就是波像差。根据光学元件材料折射率对成像光束波像差进行修正,将像差理论扩展到折射光学系统,使得该理论可应用于光束斜入射成像光学系统的像差计算;在光学成像系统中考虑像方空间折射率的关系,以及入射角方向的定义,使得波像差的计算表达式保持统一;应用扩展后的像差理论对成像面光学系统进行像差分析计算,并与Zemax光线追迹结果进行对比,验证波像差理论的有效性。结果表明：该像差理论为光束斜入射成像光学系统的设计、像质评价及优化提供了有效的分析手段。     

高角度环形暗场Z衬度像成像原理及方法

通常的高分辨电子显微镜应用相位衬度成像,相位衬度的成像是由于透过样品的各级衍射束相互干涉的结果,其衬度取决于衍射束的相对相位关系.在扫描透射电子显微镜中使用高角度环形探测器,可以得到原子序数衬度像.介绍了高角度环形暗场(HAADF)的原子序数衬度(Z-衬度)像的成像原理及方法.     

电子稳像的实时鲁棒性算法

电子稳像的实时鲁棒性算法,首先对采集到的每帧图像建立高斯金字塔.然后在高斯金字塔的顶层进行初估计,采用图像块法得到整像素的运动估计矢量.精估计采用光流梯度法.为提高鲁棒性,运用简化的M收敛法进行梯度约束.最后阶段采用双线性内插对当前帧与参考帧进行匹准.经测试,该算法效果较好,也能实时运行.     

共形光电防撞系统光学窗口像差校正设计

为满足新一代作战直升机在高速飞行下仍保持精确打击能力,对其光电探测系统及光学窗口采用共形布局设计.根据共形光电防撞系统0.4～0.7μm/1.064μm/3.7～4.8μm多波段的使用要求以及直升机飞行马赫数0.3～0.4的条件下,设计了长径比为1、口径100 mm、厚度5 mm,材料为MgF2的椭球面作为共形光电防撞系统光学窗口面型.运用Zernike多项式分析不同波段下光学窗口引入像差与扫描视场之间的变化关系,采用将固定校正系统置于光学窗口后的设计方法,对窗口引入的像差进行校正.最终结果表明,经过两次校正后,可见光波段各Zernike像差系数P-V值小于0.6λ,激光波段小于0.4λ,红外波段小于0.1λ,像差校正效果良好,满足设计要求.     

温度梯度分布时光学系统参数重建与像质分析

根据光学系统中不同材料的热导率,分析了环境温度急剧变化时系统中存在的轴向和径向温度梯度分布,以及由此导致的光学系统面形变化、光学元件间隔变化和光学介质折射率分布的变化,给出了温度梯度分布下光学系统参数重建的模型和算法,利用数值积分和正交多项式拟合计算温度梯度下的面形,计算精度可达10-7,编写了可重建光学系统结构和折射率函数并计算成像质量的软件。实例计算表明,径向温度梯度会引起光学元件更大的变形,与轴向梯度相比对像质的影响更为严重。     

STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法

针对随机光学重构显微等超分辨率显微成像技术存在的图像采集重构慢、空间分辨率低、时间分辨率弱,基于点扩散函数测量矩阵的约束等距性差和重构效果不好等缺点,提出了随机光学重构显微(STORM)原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法。仿真结果表明,该方法在不改变显微镜光学系统的前提下,通过对STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的后处理,能够大幅提高超分辨率显微成像的重构效果。     

无热化保形光学系统设计

为消除温度变化对像质的影响,根据消热差条件选取锗、硫化锌和硒化锌三种材料,利用衍射元件特殊的光热特性,设计了折/衍混合消热差的红外保形光学系统,通过优化整流罩内表面和固定校正板校正像差。软件分析结果表明,该系统在-40~60℃温度变化范围内,各个视场的光学传递函数在17 lp/mm处大于0.45,满足消热差和校正像差要求。     

小目标和海天背景红外热像模拟

结合小目标和海天背景本身的特性,建立了一套小目标与背景合成红外热像模拟的物理模型,从而计算得到了一系列小目标与背景的动态红外热像。并且为了模拟经探测器成像后输出的图像,在计算机模拟生成的“目标／背景红外图像”中注入了一种服从高斯分布的噪声。研究结果可以为目标识别等提供模拟的动态红外图像。     

基于SIFT特征的视频稳像算法

为将载体上截取的视频进行稳像,介绍了尺度不变特征变换(scale invariant feature transform,SIFT)算法及基于SIFT特征的视频稳像算法.基于电子稳像算法框架采用六参数仿射模型表征图像运动,利用图像的SIFT特征估计图像间的模型参数,通过补偿来消除图像间的运动,完成了视频稳像任务.最后,利用峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)指标评价稳像效果.实验结果表明:该算法能很好地消除图像间的运动,有效提高图像间的PSNR值,完成视频序列的稳像任务.     

基于局部梯度极值点的经验模式分解图像增强

为解决传统2 维经验模式分解获取图像细节能力不足的问题,提出一种基于局部梯度极值点的改进BEMD 图像增强方法。根据梯度对图像细节信息的强挖掘能力,基于像素点4 个2 维方向上的极值条件来寻找图像的局部 极值点,对图像进行经验模式分解并确定内蕴模式函数,结合大尺度梯度保留、小尺度梯度去除的思路,达到在图 像增强的同时又抑制噪声的目的。实验结果表明：与传统的图像增强算法相比,该方法具有更强的细节捕捉能力。     

基于自适应梯度先验的旋转模糊图像复原算法

弹载红外成像系统随弹体作高速旋转运动时,在曝光时间内获取的图像存在严重旋转模糊问题,给后续的目标识别与图像跟踪造成极大困扰。针对此问题,提出了一种基于自适应梯度先验的旋转模糊图像复原算法。该算法通过使用自适应梯度先验的正则化项,对从图像中沿旋转模糊路径提取的一维向量在频域内进行反卷积运算。同时针对使用Bresenham算法提取像素方法产生的空穴点问题,设计了一种查表决策的自适应中值滤波算法。仿真实验结果表明,相对于改进的维纳滤波、约束最小二乘滤波、梯度加载滤波,该算法能有效地适应低信噪比干扰环境,具有较强的噪声抑制和削弱振铃效应的能力。     

简易红外成像引信光学系统

介绍了某灵巧弹引信用双波段红外光学系统的设计,叙述了结构参数的选择,给出了设计结果,并对光学系统的性能进行了测试,针对弹载光学系统的特点,采取一些措施满足系统的要求。该系统具有结构简单,体积小,轴外像差小,象面照度均匀的特点。在空气炮上系统进行了18 000 g过载试验,满足了系统总体的要求,已用在试验样机上。     

焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求,同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑,设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件,通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数,获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深,分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1.20~1.67 μm,具有良好的透雾性能,焦距为18~90 mm,探测器靶面为全画幅,搜索视场较大,有利于发现目标;在不同变焦位置,短焦端焦深最大为传统系统的6.43倍,长焦端焦深最大为传统系统的3.21倍,大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性,从而使该系统不仅具有优良像质,也使设计、加工、装调要求更加宽松,并有利于消除热效应的影响。     

基于旋转反射镜光学成像的动态目标跟踪方法

为完善军事靶场实验中精准获得动态目标参数,针对现有目标跟踪方法无法快速跟踪高速运动目标的问题,提出了一种基于反射镜光学成像的动态目标跟踪方法。利用光反射原理,采用高速相机与反射镜结合的方式采集动态目标的多图像信息,建立目标运动数学模型;依据反射镜角度偏移量,研究反射镜转动参数与目标运动参数的匹配关系;采用嵌入式控制器、反射镜、光学相机等搭建系统硬件平台,并结合目标运动数学模型和图像处理算法,实现目标跟踪系统多参量的调控与优化。系统测试结果表明,在变速运动状态下所建立的目标跟踪模型能够获得清晰的目标图像,达到了跟踪的目的。     

数字CCD成像的控制参数优化实验系统

控制参数优化是提高数字CCD成像系统的成像质量,增强其对复杂环境的适用能力的基础。建立一种数字CCD成像的控制参数优化实验系统。在对数字CCD成像的信号处理过程进行了理论分析的基础上,通过基于EXview HAD CCD的成像模块、控制模块及其控制软件设计,实现数字CCD成像系统相关参数的实时控制及人机交互。实验结果表明,实验系统的成像质量对各项控制参数具有良好的响应。     

浅海水声信道中重复累积码性能研究

针对浅海水声信道的强多途、长时延、严重衰落等特点,需采用性能好、能够实现线性编译码便于实时处理的信道纠错码技术以提高水声通信系统可靠性的问题,提出重复累积(Repeat-Accumulate针对浅海水声信道的强多途、长时延、严重衰落等特点,需采用性能好、能够实现线性编译码便于实时处理的信道纠错码技术以提高水声通信系统可靠性的问题,提出重复累积(Repeat-AccumulateRA)码作为浅海水声信道的纠错码方案。建立RA码在浅海水声信道中的仿真模型,比较其在不同浅海水声信道模型下的性能,通过水池数据传输实验研究编译码参数对RA码性能的影响,并以水下图像传输实验进一步验证该编码方案。仿真和实验结果表明：RA码在浅海水声通信系统中具有较强的纠错能力,选择合适的参数会进一步提高编码增益。与Turbo码和LDPC码的编译码复杂度对比,RA码能够实现线性时间编译码,算法复杂度低,硬件实现简单,在水声通信中具有非常好的应用前景。     

微光增强型电荷耦合装置成像系统三维噪声模拟及其测量分析

为了方便地计算三维噪声，提出了一种新的三维噪声计算方法，该方法对离散型微光成像系统三维噪声测量和质量评价具有十分重要的实用价值。利用微光成像系统三维噪声测量系统，结合数字图像处理技术，测量了微光增强型电荷耦合装置( ICCD)成像系统在四种照度条件下的三维噪声，并对结果进行了分析。分析结果与微光ICCD成像系统实际性能相吻合。     

基于高阶谱的声压梯度声源定向

声压梯度法用于声源的定向是一种新方法.该法对声源定向既存在系统误差(确定性误差),又存在随机误差.本文研究了在高斯随机干扰噪声下,非高斯信号声源的基于高阶谱的随机误差消除方法,应用高阶谱对高斯噪声的不敏感性,由此可以消除高斯噪声的影响.仿真结果验证了该方法的有效性.     

距离选通成像的主要参数调节仿真分析

距离选通激光主动成像技术能够很大程度上抑制大气后向散射和环境光的干扰,获得高分辨率、高对比度图像,该技术在目标探测、识别等领域有十分广泛的应用前景;因此,确定距离选通成像系统参数选取原则很有意义;结合距离选通成像原理,对探测器接收能量和噪声进行了估算,得到成像信噪比,建立了成像参数模型;进一步结合仿真实验,对成像的影响因素及主要参数进行了调节仿真分析,最终得到了系统参数选取原则。     

装药疵病自动检测射线图像噪声消除技术

X射线数字成像中存在着各种类型的噪声，它们来源于不同的成像环节，严重影响成像质量。针对炮弹装药疵病自动检测特点提出了用带空间选择性的去噪滤波算法对炮弹装药射线图像降噪。运用该方法不仅能消除噪声,而且很好地保持了图像中疵病的边缘。实验证明这种方法是可行的。