一种新型的光波导光学相控阵的特性研究

采用光纤作为传输链路,将光子晶体光纤作为系统的输出阵列,LiNbO3波导作为相位调制器,构建了一种基于光纤光路的光波导光学相控阵。根据光学相控阵理论和LiNbO3波导的电光效应,分析了系统的可行性, 并研究了这种新型结构下的光波导光学相控阵的输出衍射特性和光子晶体光纤阵列结构参数的关系。研究结果表明通过控制施加在LiNbO3波导上的电压可以改变出射光束的附加相位从而实现光束的偏转;光子晶体光纤阵列上的纤芯数量、纤芯间距以及纤芯的排列方式等结构参量会对系统的输出光束的光强分布、半峰值全宽度（FWHM）和归一化的振幅分布产生影响。随着光子晶体光纤制作工艺的不断发展,系统的光束扫描质量将会逐渐提高并且色散特性和传输特性将会获得改善,为今后这种光学相控阵系统的设计提供了理论基础和技术依据。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

利用近红外光源实现二维“鬼”成像的技术研究

通过对二维＂鬼＂成像的理论和实验分析,探讨了一种新型成像原理和系统,并从理论和实验上利用近红外光源实现了二阶二维＂鬼＂成像。从光波动经典理论入手,利用完全非相干、均亮的近红外光源对二阶二维＂鬼＂成像理论进行了详细的分析,推导出其解析表达式,并利用针孔作为被成像物体进行了数值模拟分析。数值模拟结果表明,利用二阶光强度关联成像方法可以精确重现被成像物体。实验上,利用掺饵光纤放大器作为产生非相干近红外光光源,设计并实现了二阶二维＂鬼＂成像实验。实验结果表明,基于光波动学经典理论的该数值模型所预测的数值仿真结果,与实验结果一致。     

单像素成像及其在三维重建中的应用

不同于数码相机使用光电探测器阵列来获取图像,单像素成像通过使用一系列掩膜图案对场景进行采样,并将这些掩膜图案中的信息与单像素探测器测量得到的相应光强做关联计算以重建图像。虽然在传统可见光成像领域,单像素成像性能远不如数码相机,但许多研究成果表明,其在复合波长、太赫兹、X射线以及三维成像等一些非常规应用中具有一定优势。介绍了单像素成像技术的发展历程,用数学模型对其成像原理进行了解释,并分析了影响其性能的要点。此外,文中还对三维单像素成像技术的研究工作及其潜在的应用前景进行了总结和展望。     

基于微型投影仪的人机交互系统

传统操作的鼠标模式使得操作者被限制在屏幕面前一定距离且动作受到拘束,破坏了体验感。本论文进行的是一种可将任意界面经过投影变成一块虚拟触摸屏的光触感受的探索。实现了一种概念性的新型界面交互体验。用户能够利用光触控技术,像在其他手持设备上那样方便的与信息浏览内容进行交互。将来主要应用领域为公共社交场所中娱乐交互,智能家居以及展览展示场所如图书馆,博物馆,文化馆等。     

像素感光面形状对基于微扫描的红外超分辨成像的影响

基于微扫描的超分辨成像技术在成像系统光学参数不变的基础上提高图像分辨率,常用于红外成像领域。目前,在基于微扫描的红外超分辨成像研究中,采用理想的正方形模型来仿真红外探测器的感光面形状。但是,由于读出电路的存在,实际探测器产品中像素感光面形状并非严格的正方形,使用正方形模型仿真会导致仿真结果和研究结论的不准确。推导了长方形和折形两种感光面模型对成像的影响,并通过与正方形模型的仿真对比确定相应的误差,最后结合实验对前述研究成果进行了验证。结果表明:极限情况下,相对于折形模型,使用方形模型仿真的误差高达41%;相同像素填充率时,折形感光面越远离中心,对成像的MTF影响越大;基于探测器真实感光面形状的仿真模型能有效提高对红外超分辨成像研究的准确性。     

散斑噪声对相干激光雷达系统性能的影响

散斑噪声会影响调频连续波(FMCW)相干激光雷达的拍频信号质量,进而影响雷达的探测性能。为衡量该影响并优化系统设计,采用几何光学近似的方法对散射场进行了简化处理。通过蒙特卡罗模拟仿真建立了散斑噪声对系统拍频信号强度的影响模型,并优化了系统光学天线孔径的设计。系统测试实验结果表明,拍频信号的强度与粗糙面高度和波长的比值成负指数关系,且弱散射表面的信号强度衰减更快。实验结果与理论和仿真分析相吻合,优化设计后的系统可对存在散斑噪声的拍频信号进行有效探测,且其测距和测速误差分别小于1 cm和0.05 cm/s。     

纯相位物体的鬼成像

鬼成像因为其具有的非定域特性和突破衍射极限的高分辨率引起了人们的广泛关注。研究了光源的强度波动对纯相位物体的鬼成像的影响。用理论分析和仿真实验证明了光源的强度波动可以影响鬼成像中纯相位物体的信息:光源的强度波动越大,可以从鬼像中得到的物体信息就越多。同时,发现了随着光源强度波动的增大,不同的采样样本得到的纯相位物体的鬼成像中物体信息的差别越大。     

一种大步长的光学微扫描方法

旋转倾斜光学平板是一种光学微扫描方法,为了解决其对光学平板尺寸要求苛刻的问题,采用一种大步长扫描法,理论分析了该方法对频谱混叠和探测器调制传递函数的影响,并结合实验仿真对超分辨重建图像的质量评价参量进行了实验验证。结果表明,该方法不但降低了平行平板加工难度,而且依然能抑制图像频谱混叠并保持探测器调制传递函数。     

像素有效形状对微扫描红外超分辨成像的影响

超分辨成像是基于过采样来降低频率混叠、提高图像分辨率的技术,而像素有效形状是超分辨相关研究的重要对象。基于实际的红外焦平面阵型提出了Z形有效形状模型,并分析了常用的方形模型和Z形模型分别得到调制传递函数(MTF)的差别。还提出了形状边界到中心点的差值越小,其得到的MTF 越大的假设,通过对不同形状模型的MTF 推导分析和数值模拟,其结果证实了这一假设。数值模拟结果还表明圆形模型具有最大的MTF 值。上述结论对未来的红外焦平面阵型设计与生产具有参考意义。