基于刃边法计算大气调制传递函数

调制传递函数MTF（ModulationTransferFunction）是描述成像系统空间频率响应特性的重要方法之一。本文为了获得大气调制传递函数,主要运用倾斜刃边法测量灰霍大气对光学成像系统的空间频率响应。详细阐述了倾斜刃边法测量MTF的基本原理,其中边缘扩展函数ESF和线扩展函数LSF是计算图像MTF的理论基础。通过对采集到的灰霾图像进行数据采样、插值和拟合得到ESF和LSF,LSF经离散采样并截取有效长度,进行傅里叶变换得到图像MTF。最终对比演算多组灰霾图像的MTF,可得到大气的调制传递函数。     

基于非特定图像的红外成像系统调制 传递函数自动测量方法

机载红外成像系统的性能评估对于战机任务执行效能具有重要意义。 调制传递函数(MTF)是衡量红外成像系统性能 的典型指标。 现阶段 MTF 的测量依赖于特定的图像特征与人工操作,难以实现实时与批量评估。 为此,提出了一种基于非特 定图像的 MTF 自动测量方法,以倾斜刃边法为基础,通过图像刃边检测、目标区域提取以及改进的刃边计算方法,从不含有特 定景物特征的实拍图像中自动获得 MTF 点值,并构造红外成像系统等效物理模型以实现 MTF 曲线的拟合,进一步滤除随机误 差。 最后,以某型号无人机红外成像系统作为验证对象,将实验室测得的 MTF 与基于非特定实拍图像计算的 MTF 进行对比, 两者的绝对误差在 0. 06 以内,证明了方法的可行性与有效性。 该自动测量方法能够较为准确且实时地得到系统的 MTF,为不 便进行地面实验的红外成像系统提供了一种新的性能测试思路。     

一种新型的OTF测试仪

本文描述一种以计算机技术为基础,以数字付里埃分析为原理的新型光学传递函数(OTF)测试仪。该仪器以星孔为目标物,经由计算机控制一“刀口”切割由被测物镜所形成的星点像而获得刃边扩散函数(ESF),通过计算机对ESF 进行数值微分得到一维空间分布的线扩散函数(LSF),对LSF 进行离散付里埃变换而获得表征被测物镜成像质量的调制传递函数(MTF)和位相传递函数(PTF)。实测表明,该仪器在0～300线对/mm 范围内具有<±0.02MTF单位的测试精度和<±0.01MTF 单位的重复性。     

基于点扩散函数的小目标辐射测量

提出了一种基于点扩散函数(PSF)精确测量尺寸很小或者距离很远的一类小目标的红外辐射特性的方法。该方法在已知目标几何形状的前提下,采用倾斜刃边法测得光学系统的点扩散函数;对目标成像和探测器焦平面阵列采样过程进行建模,得到目标在探测器上成像的模拟图像;通过对红外系统捕获的模拟图像与真实图像进行匹配获得最优化估计的目标亮度、尺寸以及中心位置。最后,通过实验对该方法进行了验证。结果显示:圆形目标温度为70℃,理想几何成像直径大于4个像元时,测得的辐射亮度最大误差为2.35%;目标尺寸(面积)最大误差为1.89%。该方法可用于获取目标和背景辐射特性,测试红外成像系统性能,完成图像复原和小目标定位等。     

光电测量设备的实时调平补偿方案

为了使光电测量设备快速进入测量状态,减小因倾斜带来的测量误差,研究了一种光电测量设备实时调平补偿方案。根据光学成像理论,推导了物高、物距、像高、像距等参数之间的换算关系。然后根据倾斜特性建立了物体或成像系统倾斜时的实时调平补偿数学模型。利用数学模型确定的补偿算法和水平倾角仪测量的角度值,可对测量设备在一定倾角范围内倾斜时进行实时调平补偿。对此补偿算法进行了实验验证。实验结果表明,测量设备在水平倾角α为0.26°,β为1.197°的情况下,经过实时调平补偿后可将系统的测量误差由-0.17615%优化到-0.07787%,使光电测量设备可在倾斜的情况下保证测量精度。     

低轨TDICCD相机像质地面模拟测试技术研究

为了对特定微结构时间延迟积分电荷耦合器件（TDICCD）相机进行装调及性能测试,提出并搭建了一套动态调制传递函数（MTF）地面模拟测试装置。在实现TDICCD相机成像的基础上,利用刃边法对相机的MTF进行测量。经理论分析及实验验证,该装置测量精度优于5%,满足设计要求。并利用该装置分析了速高比v/h、偏流角θ这两个因素对TDICCD相机像质的影响,其结果与理论相符。所提出的装置满足TDICCD相机地面动态MTF测试技术需求,具有一定工程意义。     

影像质量分析仪的调制传递函数测试

本文设计了一种快速,简便测试成相系统的调制传递函数MTF（Modulation Transfer Function）的方法－刃边扫描数学富利叶分析法,并用这种方法对影像质量分析仪的MTF进行了测试,试测结果表明,用该方法测试得出的MTF数据准确可靠。     

基于月球观测的FY-2G中波红外波段在轨调制传递函数评价与图像复原

针对风云二号(FY-2)中波红外波段地球目标图像空间分辨率低的问题,提出了从月球图像中提取刃边目标进行调制函数(MTF)计算,根据图像质量评价参数进行图像复原提高图像空间分辨率的方法。首先根据FY-2定位模型设计了月球可视位置算法,搜索到月球图像;通过一阶微分、极值匹配等处理,基于傅里叶变换得到FY-2G中波红外波段在轨MTF评价曲线。然后,根据MTF计算结果,采用维纳滤波器对中波红外波段图像进行复原;以像素平均梯度、功率谱分量和以及图像信息熵作为评价参数,通过3种评价参数的变化确定合理的滤波参数。最后,得到经过MTF复原的高分辨率图像。实验结果显示,应用提出的方法,不仅MTF计算正确,图像复原有效,空间分辨率得到提高,还保证了图像复原前后能量的一致性。     

铝板带斜刃碎边剪的设计研究

大多数铝板带碎边剪均采用直剪刃,剪切过程中存在冲击和噪声,剪刃磨损过快,间隙调整困难,机组的速度低,这些问题都降低了整个机组的效率。为解决上述问题,设计了一种斜剪刃新型碎边剪,剪刃沿着15°螺旋线装在碎边剪的刀轴上,提出了一种简单可靠的剪刃安装方法,剪切过程由全宽度同时剪切变为剪刃各点逐渐接触完成剪切,剪切力大大降低,剪切功率相应减小,剪刃磨损减小,寿命增加。为降低螺旋剪刃制造难度和维修成本,采用近似圆弧曲线来代替理论椭圆曲线,仿真实验表明侧隙的变化范围在(0.02~0.05)mm内,满足剪切要求。     

基于偏振成像的方位测量误差建模与分析

为了提升偏振成像定向传感器的测角精度,建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜、灰度响应不一致等因素对方位测量的影响进行讨论,利用蒙特卡洛方法进行偏振成像方位测量误差分析,通过仿真和天空偏振成像实验分析所建模型的正确性。实验结果表明:CMOS灰度响应不一致对方位测量误差的影响最大,当灰度响应不一致在(-6,+6)pixel时,测量误差在0.11°内,角度均值整体有0.12°偏移;在主点偏移(-1.5,+1.5)pixel,镜头畸变(-1,+1)pixel,CMOS平面倾斜(-0.5°,+0.5°),CMOS灰度响应不一致(-6,+6)pixel的共同影响下,太阳子午线的方位测量误差为0.236 3°(σ)。该误差传播模型能够反映误差源定量影响方位测量精度,为偏振成像定向传感器的优化设计提供依据和参考。     

Measurement and modeling of Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) on material surface

Measurement and modeling of Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) is made to describe optical scattering characteristics of the material surface. A measurement device of BRDF with the ability to real-time measurement is developed by the micro fiber spectrometer and three-dimensional turntables. The measured spectral range is from visible to near infrared with 2.4 nm wavelength resolution. The measured angular range is 0–360° in azimuth angle and 0–85° in zenith angle with 0.01° angle resolution. BRDF measurement on tinfoil and ceramic tile is made and the measurement error is no more than 6.05%. A six-parameter model of BRDF is built according to material surface characteristics. Based on the simulated annealing algorithm, the model parameters of BRDF are obtained through fitting processing of measured data and the maximal fitting error is 9.94%. The results show that the measuring accuracy of BRDF depends on the precision of measuring platform, the sensitivity of measuring instrument and the stability of illuminating light source, and the modeling accuracy of BRDF is closely related to the measured data and optimization modeling method. The measurement and modeling of BRDF may benefit future optical remote sensing, computer graphics and environmental surveillance.     

FY-3B/C中分辨率光谱成像仪在轨初期传递函数的评价和比较

针对极轨气象卫星的特点,提出了利用极地冰雪目标进行风云(FY)卫星中分辨率光谱成像仪(MERSI)传递函数(MTF)测试的刃边方法。该方法沿着冰雪和海洋之间的边缘进行取样,然后将获得的点扩展函数经过傅里叶变换得到最后Nyquist频率点处的MTF值。该方法能够应用于绝大多数MERSI通道。MTF测试结果表明:在轨初期,FY-3B/C-MERSI图像在卫星飞行方向的MTF结果都在0.31左右,图像质量较高,能够满足设计指标。但两颗卫星的MERSI传感器图像空间频率特性沿扫描方向都不是很好,1 000m分辨率的FY-3C图像测试结果集中在0.12左右,FY-3B集中在0.10左右,且FY-3C星结果系统偏高于B星,B星250m分辨率的测试结果只有0.07。分析认为导致这种图像频率特征质量在扫描方向严重下降的主要原因是设计MERSI时为保证信噪比保留的像元重叠扫描,建议在下一代FY-3号气象卫星设计时考虑这种重叠扫描的处理。     

振动对光学成像系统传递函数影响的分析

摘要：机载或车载成像系统的工作环境复杂,存在大带宽,频率密集的振动,光学成像系统的性能经常受到这些机械振动的限制。 文章从光学成像系统物像相对振动的形式入手,基于刀口理论（线扩展函数）,用光学调制传递函数（MTF）作为评价函数,对各种振动形式对图像分辨率的影响进行量化分析,并分析了各种参数对调制传递函数的影响,为光学机械的强度、刚度、和精度设计提供理论基础。结合工程实际,提出减小振动对成像质量影响的具体措施。     

空间合成孔径成像光学系统的光瞳对称性

从对称性的角度分析比较了几种常见光学系统结构对非相干成像的影响.首先,采用了二维点扩散函数和二维空间调制传递函数分析评价复杂光瞳光学系统,通过理论分析得出复杂光瞳分布的对称性影响着点扩散函数和调制传递函数的对称性的结论.最后,利用二维评价手段,针对几种常见的合成孔径光学系统结构,Golay3、Golay4、JWST和G...     

光电成像系统的性能优化

探讨了光学系统和阵列探测器构成的光电成像系统的整体性能和优化设计问题。针对阵列探测器的不断快速更新换代,研究了如何对光学系统进行改进以优化光电成像系统的性能。从采样成像系统的取样定理出发,研究了光电成像系统的传递函数特性,讨论了采样成像系统的相位平均传递函数,分析了光电成像系统的加工与使用误差对传递函数的影响。同时,给出了光电成像系统的信噪比计算公式。文中提出用于遥感观测的大型光电成像系统的光学系统传递函数的归一化空间频率等于0.5左右可与阵列探测器的奈奎斯特频率相匹配。结果显示,如此设计可在满足信噪比的同时使传递函数在奈奎斯特频率处达到0.1左右,分辨率达到奈奎斯特频率并且不产生频谱混叠效应。     

利用CMOS图像传感器测试成像镜头MTF的实用方法

介绍了一种用CMOS图像传感器测量镜头MTF的实用方法及其实用实例。该方法通过引入参考空间频率,利用在CMOS图像传感器像面上,对被测空间频率与参考空间频率的像素灰度值的读取,能够便捷并且比较准确地测定镜头的MTF值。由于参考空间频率的引入,大体消除了CMOS图像传感器本身MTF对测量结果的影响,从而使测量结果更接近理论运算结果。     

遥感相机电子学非线性对调制传递函数的影响及其判别

遥感相机电子学系统在信号转换过程中会产生V/Q非线性和DN/V非线性,并均会对成像子系统的调制传递函数(MTF)造成影响。本文研究了这两种电子学非线性的产生机理和对MTF的影响并提出了相应的判别方法。从两种非线性的产生机理出发,建立了V/Q非线性和DN/V非线性模型,深入分析了两者对相机MTF的影响并进行了仿真实验。实验表明,非线性造成了电子学MTF的下降,使其由正常状态下的0.55下降为0.47,此外还导致MTF随照度变化。提出了基于视频响应曲线结合响应非均匀性(PRNU)噪声曲线区分V/Q非线性和DN/V非线性的方法并进行了仿真验证。仿真实验验证了提出方法的有效性,为系统设计、改进和非线性补偿提供了有力支持。     

空间相机的颤振成像调制传递函数及仿真实验

为实现对卫星平台力学环境的合理约束,研究了空间相机颤振与成像调制传递函数(MTF)下降的关系.通过理论分析,建立了基于统计矩的颤振传递函数的数学模型,实现了在特定函数振动和已知振动曲线情况下对MTF下降曲线的计算.针对某空间相机,利用MATLAB软件的图形用户接口(GUI)编制了颤振成像MTF计算软件,计算了在有随机噪...