热扰动下成像变形与复原研究

采用高速摄像仪进行了热扰动环境下空气折射率分布变化引起光学成像变形的实验研究,获得了光学成像变形的总体规律。根据获得规律,在VC 软件平台上利用统计计算和数字图像处理对图像进行复原和测量曲线的修正,提高图像成像质量和测量的精度。     

光线方程的数值解与光线追迹

改进和完善了已有的光线方程的数值解法，使得该算法更具可操作性，并且给出了两种变折射率光线追迹的图形。     

介质折射率的光线光学方法

利用光线光学（费马）原理和光线族方程, 推导出平面直角坐标系下的光线方程和折射率方程, 并给出极坐标下折射率方程的表达式. 通过求解平面直角坐标下柱形透镜的辐射型折射率和极坐标下介质的辐射型折射率, 并应用折射率方程, 得出与实际结果相符的结论.      

纵向应用形式的渐变折射率棒透镜的光学追迹研究

目前渐变折射率透镜的应用,通常都采用其主轴就是光线传播的光轴（横向应用）的形式,未见主轴垂直光轴应用的纵向应用分析说明。为此进行了相关光学追迹,证明直径中间45％以内光线球差很小。通过数据拟合发现光线在这种情况下满足抛物线函数,对今后DLS快轴准直等工作具有重要意义。     

多层曲面仿生复眼成像系统的设计

针对单层曲面仿生复眼的子眼数目多, 难以加工以及所能达到的视场角较小的问题, 提出一种多层曲面仿生复眼结构。经过计算与分析得到, 当边缘子眼与中心子眼的光轴夹角为66.8°, 子眼的视场角为74.5°时, 利用7个子眼通道可实现仿生复眼系统180°范围内无盲区的成像, 减少了多个子眼复杂的加工过程。对单个子眼通道进行优化设计, 使其成像质量满足使用要求。实验表明, 该多层曲面仿生复眼结构能实现180°视场的成像, 且无成像盲区。     

球透镜的折射率计算与成像分析

从Snell定律出发,给出了球透镜折射率的计算公式,并研究了不同折射率情况下球透镜的成像特性和耦合效率。结果表明:折射率为1.57的球透镜具有很好的成像,能够有效地将来自球透镜的光汇聚,但是其耦合效率只有63%;折射率为2.77的球透镜,由于其焦点在球透镜内部,因此通过球透镜的光将产生发散,不能很好成像,且耦合效率较低,最大只有40%,但是通过增加准直系统和折射率为1.57的球透镜后,其耦合效率可以达到70%。     

介质折射率对一维光子晶体禁带的影响

利用传输矩阵法推导一维二元周期性光子晶体的色散关系,并进一步推导出禁带宽度与介质折射率之间的数值关系.在设定入射角后,用matlab软件模拟并计算出禁带宽度与介质折射率之间的图象关系.光子晶体的禁带宽度随折射率比值n1/n2在0~1之间迅速衰减,但在大于1的范围间缓慢增大.为了光子晶体禁带宽度的可控调制,可以通过限制入射角后调整两种介质的折射率来实现.为获得最大禁带宽度只能在技术可操作性的条件下尽可能增大n1/n2的值.     

一种三维聚光系统的光线追迹与接收器窗口优化

对一种新型聚光系统的基本原理作了简单介绍,并依照实际尺寸在UG软件上进行计算机三维建模,然后利用光学分析软件LightTools对其进行光线追迹分析,考察其出光口的出射光束随入射光束的变化情况。通过追迹模拟,直观地看到出射光束在聚光系统焦平面上所形成的焦斑大小、形状、能量分布和焦斑中心位置随入射光束的类型和入射偏角的变化情况。对于不同的入射光束类型的模拟结果显示,发散光束对应的焦斑最小,平行光束的焦斑次之,汇聚光束对应的焦斑最大。这结果与通常的直觉判断有所不同,为此特别对此结果进行了详细地分析。通过对不同的入射偏角进行的光线追迹模拟,获得了光斑的最大直径与光斑中心偏移量随偏角的变化曲线,以及光线传输率随偏角的变化曲线。当入射偏角不大于0.4°时,此聚光系统对模拟太阳光的传输率不低于98.7%;当入射偏角不大于2.0°时,则不低于82%。根据模拟的结果,计算出了聚光系统的几何聚光比为1 966.4。最后,借助光线追迹模拟所得的光斑变化结果,对连接在聚光系统底部的一种接收器——太阳能储能炉的进光窗口的设计进行优化,这对其他类型的接收器接收窗口的优化同样具有很好的指导意义。     

透镜对线偏振光偏振状态影响的初步研究

根据琼斯矩阵理论,采用光线追迹的分析方法,推导得到线偏振光通过平凸透镜的偏振角改变量和出射面光强分布,主要讨论了光轴上点光源和平行光入射时,透镜出射面偏振状态的改变规律,理论与实验结果基本一致.     

掩埋式变折射率玻璃光波导的横向光学特性

利用光线方程式讨论了掩埋式变折射率玻璃光波导的横向光学特性，导出了玻璃光波导的横向光线轨迹方程式和焦距表示式，得到了与实验一致的结果．     

光学成像系统中非线性畸变的数字校正方法

该文通过对光学成像系统中非线性畸变的分析，提出了一个数字校正方法。该方法利用与光轴对称的径向畸变数学模型求出光学镜头的校正系数，对畸变图像进行校正。对校正方法的程序实现进行讨论，给出了对实际畸变图像进行校正的实验结果。     

二维声子晶体负折射成像效应及其分辨率对比

采用有限元分析方法,研究了声子晶体负折射现象与板厚度的关系.通过对比分析声子晶体单板成像系统和串联式声子晶体多板成像系统,结果发现多板系统的像点强度较强,但分辨率却高于单板系统.利用串联式声子晶体多板成像系统可以提高成像质量.     

栅格图象变形可视化方法

针对纸质地图经过扫描得到栅格图象存在原图误差和扫描过程中产生的扫描误差而引起的变形,同时纠正后的栅格图象也不能完全消除这种变形误差的问题,采用科学计算可视化的方法实现了栅格图象变形特征的可视化,直观明了的反映整幅图象的变形情况,同时对栅格图象的纠正效果提供了可视化的表示方法.     

光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现

为提高光声成像的亚波长分辨率,探究了光声信号产生的机理,并对其亚波长分辨率进行了傅里叶分析,发现普通正折射率透镜难以对携带诸多物质细节信息的倏逝波进行成像,通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对声学超透镜进行建模和仿真,结果发现在该声学透镜对声波的调控作用下,倏逝波在近场区域能够实现较好的成像效果,在对样品进行制备与测试后,实验与仿真效果基本吻合,证实了该声学透镜的实用性。     

标准图形法求解相机镜头非线性畸变的研究

通过分析和实验,认为光学镜头产生非线性畸变的主要原因是透镜组合时的轴间距误差,提出了把排线性畸变形的求解独立于相机其他参数求解的方法,在机器视觉的研究和应用中,首先对图像进行校正,然后直接采用线性处理方法求解相机的内部参数和外部参数,为实现上述方案,研究了一种求解非线性畸变参数的方法－标准图形法,并详细介绍了这种方法的基本思想、具体和计算方法,实验证明,利用这种方法求解非线性畸 数精度高且实用、可靠。     

厚介质情况下单光束扫描法的研究

用衍射理论研究了厚介质情况下的Ｚ－ｓｃａｎ法。考虑到非线性介质对在其中传播的光束波阵面产生的畸变而引入附加因子，通过衍射积分进行数值计算，分析了介质厚度及线性吸收对归一化透射率的影响，结果同文献中的实验结果一致     

电波折射误差快速修正方法

针对常用电波折射误差修正方法速度慢,无法适应雷达系统实时性要求的现状,提出了一种利用差分方法的高速电波折射误差修正方法.根据雷达电波射线描迹理论,避开积分方程带来的计算速度慢的不足,采用射线差分方程进行电波射线追踪处理,从而在保证高精度的前提下,有效提高了计算速度.仿真实验证明,利用差分方程进行电波折射误差修正的方法与利用积分方程相比,计算速度可提高94%以上.该方法可以直接应用于雷达系统的在线折射误差修正,进一步提高雷达实时定位精度.     

棱镜第二光学平行度所致的畸变与像倾斜

为合理地校正反射棱镜制造误差产生的像倾斜,文中讨论了棱镜存在第二光学平行度并处于平行光路中时所产生的畸变像差,以及由此畸变引起的像倾斜。分析了竖直物像的特征并给出了畸变像的方程;导出了像逐点的斜率计算公式;证明了全视场的平均像倾斜近似等于零视场的切线像倾斜,进而指明通过棱镜的转动来校正切线像倾斜是合理的,可以消除大部分畸变。