基于局部焦距追迹计算优化的广角镜头设计方法

将焦距的内涵由零视场拓展至全视场,局部焦距可被用来表征各视场处极小视场角增量光线对应的像高增量,畸变则等效为随视场变化的局部焦距。继而,将局部焦距引入光学系统的设计过程用于畸变的表征与控制,可获得算测融合的效果。针对鱼眼镜头大视场、中央视场分辨率高且无畸变的成像目标,通过对局部焦距的追迹计算和优化控制,设计了全视场角160°,50%中央视场满足f-tanθ等线投影的鱼眼镜头。针对有限物距曲面物体复杂成像场景,通过对局部焦距的调控变换,为多种曲率半径数值的凸、凹物面设计了相应的广角镜头,满足了120°视场范围内物方等分辨率投影映射的效果。

大口径长焦距暗弱星模拟器系统设计

为提高星模拟器口径及焦距,提出以大口径长焦距离轴反射式系统作为星模拟器的准直光学系统。首先,研究星模拟器参数需求及光学系统构型优缺点,确定准直光学系统结构;其次,优化光学系统参数,分析像质情况;最后,测试系统各项实际指标,验证光学系统可行性。优化结果表明:系统口径为Φ510 mm,焦距为5000 mm,系统波像差≤0.049λ,点列图RMS半径≤2.589μm,各视场MTF接近衍射极限,畸变量≤0.002%,场曲≤0.2 mm,完全满足设计要求。测试实验结果表明:系统波像差0.0616λ,星等模拟范围+7~+12 Mv,星等模拟误差0.08 Mv,实现了对高星等恒星的精确模拟。

直接读取薄透镜焦距的实验改进

运用传统方法测量薄透镜焦距,需人眼辨别成像位置或多次测量物距及像距,易产生较大误差,且需较大操作空间.通过避免共轴等高问题,将三维立体问题转换为二维平面问题,克服空间操作不便,缩短实验操作距离直接读取透镜焦距.实验中利用狭缝模拟激光,光路清晰,操作简便,可运用手机软件phyphox确定光心位置.此外,PhET虚拟实验室可模拟该实验,实现真实实验和虚拟实验的有效结合.

长波红外大孔径长焦距无热化光学系统设计

对于长波红外长焦距光学系统,大孔径能使系统具有更好的成像亮度,但也带来了孔径边缘像差较大且难以校正的问题。利用折反射式结构减少光学系统总长,采用两块反射镜结构作为基础,在其后搭配一组校正折射透镜构成光学系统,并应用光焦度分配、消热差及消色差条件,设计出大孔径、长焦距的长波红外无热化光学系统。该光学系统工作波段为8~12μm,焦距为800 mm,全视场角为0.6°,F数为2.5,遮拦比为0.2,光学系统总长为344.62 mm;在-40~60℃工作温度范围内,全视场角的调制传递函数值在奈奎斯特频率20 lp/mm处均大于0.25。设计的长波红外大孔径长焦距光学系统由2块反射镜和4块折射透镜组成,系统结构紧凑,成像性能稳定,可为类似此类光学系统设计提供参考。

中红外波长超构透镜最优焦距的研究

本文拟设计一种工作在中红外波长偏振不敏感的透射式超构透镜。该设计使用二氧化硅作为衬底,硅作为介质材料,超构透镜半径为100μm,最优焦距为302μm,聚焦效率为70.72%,其仿真焦距与理论计算仅有0.0013%的误差。同时以焦距误差最小值为参考,设计了多个不同半径的超构透镜,并得到了最优焦距、数值孔径、聚焦效率等数据,提高了后续基于相同结构设计超构透镜的效率。其设计方法为计算中红外超构透镜最优焦距提供了思路,为提高中红外超构透镜效率提供了技术支持。

基于双冷却介质下的长焦距大型曲面反射镜片冷却系统的研究

根据长焦距大型曲面反射镜片成型时其在不同区域所产生的热量多少不同,创新性地提出了采用双冷却介质的长焦距大型曲面反射镜片冷却系统,从而有效地带走不同区域的热量,解决了长焦距大型曲面反射镜片由于不同温度而产生的变形的问题,提高了产品的精度。

基于偏心抑制的激光差动共焦焦距高精度测量方法

针对测量球面透镜焦距过程中存在偏心误差导致测量光轴与透镜实际轴线不重合的问题,提出了一种基于偏心抑制的激光差动共焦焦距高精度测量方法,通过驱动工作台旋转测得透镜偏心误差的大小及方向,实现了对被测透镜的误差采集;通过分析误差大小及方向驱动姿态调整电机,消除了测量过程中由于存在偏心误差对焦距测量精度产生的影响;通过构建系统,优化系统参数,实现了激光差动共焦焦距高精度测量;最终实现基于偏心抑制的焦距高精度测量,解决了焦距测量时测量光轴与透镜实际轴线不重合从而对测量结果产生影响的问题。基于该系统进行了焦距测量实验,实验表明:测量焦距为100 mm透镜时,该方法相对重复测量精度(RMS)可达到0.000503%。该方法显著提高了焦距测量的精度及重复测量精度,为焦距的精密测量提供了一种有效的途径。同时,该方法可应用到镜组加工与装配中,提高镜组的成像质量与测量精度。

正组补偿变焦距镜头的焦距输出函数

用于精密跟踪测量的变焦距镜头不同于普通的变焦距镜头，要求其在变信过程中实时输出高精度的系统焦距值。本文从几何光学理论出发，并结合实际变焦距镜头的参数，讨论了二组元大变倍比正组补偿交焦距镜头的焦距输出函数，可避免对变焦距镜头实际焦距的逐点标定工作．

凸透镜焦距测量中实验方法的改进

凸透镜焦距的不确定度评价和减小实验误差的方法已经有很多研究,本文着重研究如何最大发挥透镜的作用,通过合适的测量方法适应凸透镜焦距、光阑直径以减小实验误差,提出了导致实验误差的重要因素——焦深与透镜参数的关系,并研究了近轴光线对实验误差的影响。研究结果为减小实验误差提供了一种新的思路,同时更加深入地研究了透镜成像的规律。

广角、长焦距、变焦距镜头的表现力——摄影杂谈之二

随着摄影科学事业的发展,摄影器材越来越完善精密,各种不同焦距镜头就是适应各种视觉效果而产生的。它们给摄影者提供了更为方便的技术条件,扩大了视觉领域,丰富了表现手段。现在,一般较新型的相机和电影、电视摄影机,除标准镜头外,还配有广角镜头、长焦距镜头,有的还配有变焦距镜头。

基于多级特征全局一致性的多焦距图像融合去雾方法

雾气是降低多焦距图像清晰度的重要影响因素之一,为了最大程度地提高图像质量,提出基于多级特征全局一致性的多焦距图像融合去雾方法。考虑多焦距图像成像的环境因素,构建大气散射退化模型。在IMF分量融合规则支持下,融合多焦距图像样本,从纹理和颜色两个方面提取图像特征。计算多焦距图像环境光与透射率作为去雾参数,根据局部特征与全局特征差异,完成图像多级特征一致性转换,实现多焦距图像的融合去雾。实验结果表明,所提方法有效去雾系数提升了0.21,图像的对比度和信息熵分别提升了2.6和2.7 bit,即所提方法在多焦距图像去雾方面具有较好的应用效果。

基于PADC-PCNN与平稳小波变换多焦距绿色植株图像融合算法

[目的/意义]构建绿色植株三维点云模型需大量清晰图像,受镜头景深限制,在采集大纵深植株图像时图像会部分失焦,导致出现边缘模糊、纹理细节丢失等问题,现有的处理算法难以兼顾处理质量和处理速度。本研究目的是提出一种新型算法,提高融合图像质量问题的同时兼顾处理速度。[方法]提出了一种基于非下采样剪切波变换(Non-Subsampled Shearlet Transform,NSST)的参数自适应双通道脉冲耦合神经网络(Parameter Adaptation Dual Channel Pulse Coupled Neural Network,PADC-PCNN)与平稳小波变换(Stationary Wavelet Transform,SWT)的植株图像融合方法。首先对植株的RGB图像进行通道分离,针对含纹理细节等特征较多的G通道进行NSST分解,低频子带使用梯度能量融合规则,高频子带使用PADC-PCNN融合规则;对轮廓信息和背景信息多的R、B通道,采用速度快且具备平移不变性的平稳小波变换,用以抑制伪Gibbs效应。自建了480幅图像共8组数据,以光照环境、距离和植株颜色为变量,同时采集不同焦距图像验证算法性能。[结果和讨论]基于PADCPCNN-SWT算法与常用的快速导向滤波算法(Fast Guided Filter,FGF)、随机游走算法(Random Walk,RW)、非下采样剪切波变换的脉冲耦合神经网络算法(Nonsubsampled Shearlet Transform based Pulse-Coupled Neural Network,NSST-PCNN)、平稳小波变换算法(Stationary Wavelet Transform,SWT)和非下采样剪切波变换的参数自适应双通道脉冲耦合神经网络(Nonsubsampled Shearlet Transform based Parameter-Adaptive Dual-Channel Pulse-Coupled Neural Network,NSST-PADC)等五种算法相比,在清晰度上比前四种算法分别提高了5.6%、8.1%、6.1%和17.6%,在空间频率上比前四种算法分别提高了2.9%、4.8%、7.1%和15.9%,而相较于融合效果最好的NSSTPADC算法在处理速度方面平均提升200.0%,同时调焦范围约6 mm。[结论]本研究提出的基于PADC-PCNNSWT多焦距图像融合算法实现了在保障融合质量的同时,提高了融合图像的效率,为搭建绿色植株三维点云模型提供高质量数据的同时节省了时间。

关于影响半导体激光器封装后焦距因素的分析

基于半导体激光器(LD)的TO56封装方式,LD芯片共晶位置及同轴封装结构的差异,会对封装后激光器产品的焦距产生影响。为了研究LD芯片共晶、封装参数对焦距的影响,本文重点分析了影响TO56激光器产品焦距的因素,并得出结论:提升LD芯片烧结刻度及封装同轴的精度,选取合适高度、透镜大小和折射率的管帽可以提高产品封装后焦距稳定性。

连续变焦距镜头结构设计及焦距实时输出分析

机械补偿式变焦距镜头以其自身的优点受到了广泛的关注和应用。介绍机械补偿式三组元连续变焦系统的基本工作原理及组成,根据实际使用要求,设计出保证变倍过程中变倍组和补偿组按一定函数规律运动的圆柱凸轮结构、导向机构及相应的加工工艺,从变倍运动方程和设计的变焦结构形式出发,分析变焦过程中焦距实时输出的实现方法和存在的问题,并提出相应的解决措施,对焦距值实时输出精度的提高以及变焦距镜头的设计和装调具有借鉴作用。

连续变焦距镜头焦距实时输出问题研究

用于精密跟踪测量的变焦距镜头为了满足精确测量的需求,需要实时输出准确的焦距值。本文在简单介绍连续变焦距光学系统的分类,以及基本结构形式和原理的基础上,着重分析了其在变倍过程中焦距值实时输出的理论基础,实现方法和存在的问题。

数字图像处理在焦距测量中的应用

本文介绍了几种数字图像处理法的焦距评价函数，而且对其中３个焦距评价函数进行了实验。文中还详细介绍了实验装置的工作原理，并对实验结果进行了分析。

离轴光学系统的畸变分析及焦距测量

为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析;接着,针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量;最后,利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比,利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm;对于某装调完成的离轴光学系统,实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm,相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证,将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。

采用最小二乘法提高变焦距镜头的焦距值输出精度

焦距值是在光学测量中对目标尺寸和距离的计算中的关键参数。针对焦距值的输出精度问题,从变焦距镜头焦距实时输出的工作原理入手,介绍了通过提高焦距测量仪器的精度和测试人员的技能提高原始测量的精度;然后再通过对测量数据的进行数据处理进一步提高变焦距镜头焦距输出精度的方法。在实际中,利用Origin软件采用最小二乘法对焦距测量原始数据进行5次多项式曲线拟合,使焦距输出值的相对误差<2%。实际使用结果表明,本文方法显著提高了焦距值的输出精度。

变焦距系统设计的快速求解

变焦距光学系统已经在各种光学仪器上获得了广泛的应用 ,一些新的设计思想也层出不穷。本文介绍的变焦距系统设计的快速求解方法可以贯穿到变焦距镜头设计的全过程 ,还可以应用到光学系统的初始求解、设计过程中的抽样计算、设计数据的校对和审核、结构设计中驱动凸轮曲线的求解、外观设计等。本文列举的计算实例说明 ,这种快速求解对完成一项设计具有很多方便。

莱茨象点仪上下物镜焦距不重合产生的原因分析及其调整

本文通过介绍莱茨象点仪光路及工作原理,莱茨象点仪上下物镜焦距不重合时对测量带来的影响进行分析,找到了误差产生的原因并提出了调整方法。为莱茨象点仪的使用人员提供参考。