大视场复眼结构图像处理算法研究

针对多维子眼成像通道曲面排布组成的大视场复眼结构,提出了一种切割-旋转-映射的图像处理算法来实现多通道图像的大视场拼接.通过确定复眼结构的排布特征,分析了各成像通道捕获的子眼图像之间的相互关系,去除相邻子眼图像之间的冗余部分,并运用几何光学及成像光学原理,研究了子眼图像与三维映射空间之间的关系,从而实现了二维子眼图像在三维空间的大视场拼接.实验制备了包含37个镜头且视场角可达118°的人工复眼结构,并运用提出的图像处理算法处理制备的复眼结构捕获的子眼图像.结果表明:算法处理图像过程中不损失图像的分辨率,可以有效地实现多通道图像的大视场拼接,且获得的图像可视性强,满足实用化要求,可进一步推进曲面复眼成像系统的应用.

大视场人工复眼结构设计方法与实验

人工复眼成像结构是由分布在曲面上的列阵化的镜头组成,通过对每个子镜头的视场角进行分析,进而研究各镜头视场之间的关系,以及分析子镜头视场角与总视场角之间的关系,提出了一种最优化的人工复眼结构设计方法。同时,在文中,给出了单镜头的设计方法,以及镜头阵列的排布准则,通过利用该方法设计的成像结构,不仅可以实现整个物空间的完整无缝探测,同时又使得要达到特定视场时设计所得的人工复眼结构采用的镜头数最少,极大的节省了资源。在本文中还通过开展实验,对所设计结构的成像效果进行了验证。

基于纳米压印的大角度衍射光学元件批量化制备方法

针对大角度(大于50°)衍射光学元件低成本、批量化制备的需求,提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板,然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上,完成衍射光学元件的制备.由于纳米压印母板可以多次重复使用,降低了制作成本,提高了效率.用该方法制备了不同特征尺寸(最小为250nm,衍射全角为70°)的衍射光学元件,具有良好的衍射效果,实现了对高深宽比浮雕结构的高保真复制.该技术可实现从微米到纳米跨尺度兼容的衍射光学元件的高保真、低成本、批量化制备.

一种大F数微透镜阵列的制备方法

针对大F数(大于10)微透镜阵列难以制备的现状,提出了一种制备大F数微透镜阵列的方法.首先采用传统光刻胶热熔法及刻蚀技术制作出成形的微透镜阵列,再将一层具有较高粘滞系数的光刻胶均匀地涂覆在该微透镜阵列上,在光刻胶的粘滞作用以及烘烤过程中光刻胶自身表面张力的共同作用下,微透镜阵列的F数得到提高.采用该方法制备的二氧化硅微透镜阵列的F数达40,与传统大F数微透镜阵列的加工方法相比,该方法简便易行、制备的微透镜阵列面形良好,且只需调节光刻胶的粘滞系数,即可获得F数不同的微透镜阵列.

基于巯基-烯材料的亚波长光栅制备方法研究

针对亚波长光栅结构和特性要求,本文提出了一种基于巯基-烯材料的亚波长光栅的制备方法。该方法利用柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)亚波长光栅结构为压印模板,以巯基-烯材料作为压印胶,利用紫外光固化软印刷技术制备以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为波导层的巯基-烯材料亚波长光栅。本文对巯基-烯亚波长光栅三层结构进行了模拟仿真,并利用该方法制备了周期为300 nm的巯基-烯亚波长光栅,仿真和实验结果表明该光栅可以在特定角度反射波长为448 nm～482 nm的蓝光,实验现象与仿真结果一致,表明提出的方法可以有效的制备聚合物材料亚波长光栅。同时该方法操作简单、成本低、易于大批量复制,在微纳米结构制备方面具有广阔的应用前景。

基于大视场人工复眼定位技术

针对大视场目标探测提出了一种基于人工复眼大视场定位方法.通过分析子眼视场角与总视场角之间的关系,并结合多目视觉定位对子眼排布方式的要求,研究了包含多个子眼的人工复眼结构设计方法.通过分析子眼图像与三维空间映射关系,对二维图像进行裁剪并映射于三维立体空间,实现了二维子眼图像在三维空间的大视场拼接.利用子眼图像坐标、空间三维坐标及系统参数间的关系,建立了空间点多目定位数学模型,并编制目标定位算法.制备了包含19个子眼可实现120°大视场角的样机,通过张正友标定法获得系统参数,并进行目标定位实验.实验结果表明,使用设计的人工复眼大视场成像系统对5.35m处目标进行探测,定位误差为0.19%.

低散斑环形光束整形器件的设计及实验

提出一种可有效抑制散斑噪声的衍射元件设计方法.在传统Gerchberg-Saxton算法的基础上,通过选择一种特殊的初始相位,在不降低衍射效率的同时,有效提升光斑的均匀性.以将高斯光束整形成环形平顶光束为例,开展了数值仿真和光学实验.结果表明,利用该方法和传统Gerchberg-Saxton算法设计得到的环形平顶光束散斑对比度分别为11%和34%,验证了该方法可以获得低散斑噪声的环形平顶光束.

高衍射效率连续面形分束器的设计与制备

为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上,对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位,再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分,保持这两部分的相位不变,信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子,噪音区内振幅保持不变.通过该方法设计9×9连续面形的分束器件,并与传统GS算法设计的分束器进行了对比,结果表明:GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题,而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑,可利用移动掩模技术加工.最终制备出1×3和1×9分束器,其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%,均匀性误差分别为3.56%和15.23%.

基于随机微透镜列阵的激光光束匀化方法

利用微透镜列阵实现光束的分割和叠加是一种典型的光束匀化方法。而在微透镜列阵实现激光光束匀化时,由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性,匀化光斑会产生周期性点阵分布现象,降低了光束匀化质量。提出一种利用中心离轴型随机微透镜列阵消除点阵效应以实现激光光束的匀化方法。在分析光束经过微透镜列阵的传播特性基础上,设计列阵中各个子透镜单元的几何中心偏离其光轴,利用中心离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性,消除目标面处的点阵现象,实现高均匀性的光斑分布。采用移动掩模技术制备随机微透镜列阵,并开展激光光束匀化实验。结果表明,该方法能够有效提高激光光束的均匀性,有望在激光加工、医疗和照明等方向有较大的应用前景。

采用一次曝光制备连续面形螺旋相位板的方法

提供了一种制备连续面形螺旋位相板（SPP）的方法。通过将三维目标面形在一维方向上按照一定的间隔进行抽样处理，进而将获得的样条按照比例平铺在抽样空间内，获得与目标面形对应的二维掩模结构图形；利用该掩模结构在抽样方向上进行一次曝光即可获得目标面形。对该抽样方法、结构参数进行了分析，并且针对该方法开展了制备技术研究，制备出了4种电荷数分别为1，3，10和20的螺旋相位片，其适用波长为532nm，并对其光学效果进行了测试。

一种适用于多波长的衍射元件设计方法

传统的衍射光学元件(DOE)设计方法只适用于单个波长,但在全息投影显示、彩色图像生成等领域中往往需要多个DOE,系统较为复杂,很大地限制其应用范围。提出了一种新的DOE设计方法,利用该方法设计所得的单个DOE可以在多个波长的入射光下实现特定光场的输出。针对每个输入波长分别设计对应的DOE,以最长波长的DOE高度作为初始高度,结合加工工艺限制对该高度进行优化,使得每个入射波长对应的单波长DOE高度分布和多波长DOE高度分布之间的等效误差总和最小。利用该方法设计了用于彩色图像生成的DOE,分析了相关参数的取值范围对衍射效率和均方根误差的影响,并在最佳取值范围内进行了相应的数值仿真,仿真结果证明了该方法的可行性。

一种基于微透镜列阵三维成像的防伪技术

提出了一种基于微透镜列阵三维成像的防伪标签设计及制备方法。建立了基于微透镜列阵的三维成像模型，开展了三维成像系统关键部件一微结构图像阵列和高精度微透镜阵列的生成及制备技术的研究。针对所要获取的三维立体影像，利用3DMAX软件对三维成像结构进行设计，采用微细加工技术对三维成像结构中所需的微结构及高精度微透镜列阵进行制备。最终成功制备了高分辨率防伪标签。