新一代帕洛马天文台光谱仪的虚拟刀口欠采样像质测量方法

天文光谱仪的成像质量可用点扩散函数或线扩散函数来表征,但其相对于光谱仪探测器通常为欠采样,很难直接测量。在新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测试中引入虚拟刀口法进行光源物面扫描,并应用虚拟刀口法开展欠采样光谱仪像质及光源尺度测量,通过模拟和实验研究,对比分析过采样经典直边刀口法和过采样直接测量方法,验证了虚拟刀口法具有良好的测量精度。在693 nm处,直边刀口法测得光谱仪过采样线扩散函数的半高全宽为7.05μm,虚拟刀口法测量欠采样线扩散函数的半高全宽为7.14μm,测量误差为1.3%。在0.3"视场的光源尺度下,虚拟刀口法测得689、693、701 nm欠采样线扩散函数的半高全宽分别为24.2、27.7、30.8μm,以过采样直接测量结果为参考,其测量准确度分别为98.3%,93.9%和88.8%。实验结果表明,探测器成像严重欠采样时,采用光源物面扫描的虚拟刀口法可准确测量光谱仪的成像质量,该方法结合色散系数还可实现光谱仪分辨率的测量,相关研究工作可为天文光谱仪像质的直接测量提供借鉴。

球形罩结构热变形对复眼光学系统像质的影响研究

复眼光学系统的成像质量受到材料性能变迁、加工装调误差及光机结构变形等多种因素影响。球形罩作为复眼光学系统中关键的集成部件,其尺寸精度决定着中继筒之间以及中继筒与球透镜之间的定位精度。一般出于整体系统减重的考虑,往往对其壁厚有着减薄的偏好,然而当壁厚减薄到一定程度时,环境温度波动引起球形罩的结构热变形增大,其对复眼系统像质的影响将不容忽视。文中以球形罩为关键结构件建立有限元模型,通过稳态热结构耦合分析,将热变形量转化为复眼光学系统误差量,并对系统性能进行二次评估。结果表明,用材为结构钢的结构件受热变形影响,将导致相邻中继相机在沿轴方向产生0.424 mm的最大变形以及−0.367°~0.270°的倾斜误差,引入误差后的复眼光学系统在100 lp/mm处,中心位中继相机像质变化较小,四周及对角位中继相机MTF下降至0.3以下,像质受热变形影响显著,为球形罩的结构设计提供了参考。

中子照相像质指示器及其使用

本文介绍了中子照相像质指示器的意义、结构特点、使用中的注意事项，以及如何通过对曝光胶片观察、黑度扫描及参数计算等确定中子照相的等级水平。还介绍了在反应堆上的使用情况。

无参考图像质量评价方法的设计原则

对于无法获得参考图像的图像处理系统,无参考(NR)图像质量评价具有重要意义。讨论了NR图像质量评价的基本问题,介绍了NR图像质量评价方法的基本原理,重点描述了基于块效应、图像模糊和交互神经进化的NR图像质量评价方法的内容。根据现有的NR图像质量方法都存在针对特定的类型而设计的缺陷,应用模糊测度和模糊积分,结合人类视觉系统(HVS)特性,并考虑盲失真度量遵循量化质量定律,提出了一个全面的NR图像质量评价方法的设计原则。

航天器微振动对空间相机像质的影响

采用集成模型法研究了航天器微振动对空间相机像质的影响,针对探测器CCD曝光积分时间内动态成像系统像移等价于静态像点模糊,提出动态成像评价指标,并进行了动态成像分析.介绍了空间相机受到的各种微振动干扰源,利用有限元软件建立了相机的有限元模型,并对相机进行动力学分析,获取了光学元件的微振动量,将其输入到光学软件CODE V,得到系统退化的像面点列图、调制传递函数、像移量等分析结果.这种方法适用于任何振幅、频率形式的复杂微振动,且有效减少运算量.利用该方法完成微振动干扰对空间相机像质退化的仿真模拟,结合动态成像评价标准分析判断微振动对系统像质的影响程度,得到光学元件微振动与像质退化之间的关系,为系统优化设计和隔振补偿措施提供参考依据.

大口径空间相机像质的微振动频率响应计算

由于大口径空间相机对空间环境变化和卫星内部振源引起的微振动十分敏感,本文研究了影响成像质量的微振动频率响应的计算方法,以改善相机的在轨动态成像质量。该方法通过实际光学模型取代线性光学模型,建立微振动光机集成模型,从而计算影响成像质量的微振动频率响应。首先,建立大口径空间相机有限元模型,进行结构频率响应计算,得到采样频率点的光学表面节点位移和相位。然后,通过蒙特卡洛分析方法,建立微振动光机集成模型,以均方根光学系统动态传递函数和视轴漂移衡量大口径空间相机动态成像性能。最后,研制了大口径空间相机力学样机,对其进行了振动试验,验证了有限元模型的正确性。试验结果表明仿真结果与试验结果接近,误差均在5%以内,满足大口径空间相机动态成像质量分析的要求。

传输型CCD相机综合像质评价方法的研究

介绍了以CCD探测器为图像载体的CCD相机整机系统的综合像质评价方法。通过成像理论建模,分别对光学系统、CCD器件及相机整机系统进行调制传递函数分析。利用CCD器件的"离散采样"特性不满足线性空间不变性的条件,确定调制传递函数的使用限制条件。给出了CCD相机整机系统的调制传递函数测试方案和测试条件,完成了实验室整系统"调制传递函数"的检测试验,并对检测结果进行分析与评价,实现了CCD相机整机系统的像质评价。

振动对航空CCD相机成像质量影响分析

振动是影响航空CCD相机成像质量的关键因素。采用调制传递函数(MTF)评价振动对像质影响,应用简谐振动为激励,详细推导了航空振动引起角位移和线位移对成像系统的影响,建立了角位移和线位移与像移大小的一般关系式,并结合工程实际进行了量化分析。指出角位移是影响成像质量的主要因素,提出了进行减震设计的基本思路,提高成像质量。

傅里叶望远镜成像质量分析与评价

斯特列尓比通常被作为评价傅里叶望远镜成像质量的方法.该方法通过求得复原图像与理想图像的相关度来评价成像质量,主要用于计算机仿真分析.然而,在真实环境中往往因为不能预知被测目标的形貌特征,使斯特列尓比像质评价方法失去作用.本文针对实验室内傅里叶望远镜成像数据,采用了两种不需要参考图象对比的方法:灰度平均梯度法和拉普拉斯梯度模法描述复原图像包含细节信息的程度,分析了非参照图像评价方法的可行性.对同一复杂程度的目标,分别利用计算机仿真及室内实测数据成像,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法与斯特列尓比描述成像质量的一致性.结果表明,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法这样的评价与斯特列尓比评价趋势一致,证明了分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法无参照评价方法用于分析与评价傅里叶望远镜图像质量的可行性.

离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响

对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模,推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例,分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角,以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时,应分别调整斜视和正视相机的行周期;按正视相机调整斜视相机的偏流角时,积分级数应取71以内;若兼顾正视、斜视相机调整偏流角,当积分级数为96时,对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。

颤振对TDICCD相机像质的影响分析

为了分析卫星颤振对TDICCD相机像质的影响,给出了低频正弦颤振引起的相机像移,重点分析了滚动、俯仰、偏航三个方向的颤振对相机成像质量的影响.通过对两种卫星颤振动力学仿真数据的计算,具体研究了颤振对相机像质的影响程度.结果表明,TDICCD相机对卫星颤振幅值要求较高,且随TDI积分级数的增加,颤振的影响尤为突出,必须加以限制.

偏流角对TDICCD相机像质的影响分析

为分析TDICCD相机成像过程中偏流角对相机像质的影响,根据卫星轨道方程写出了偏流角随纬度变化的具体形式。基于此分别研究了其在卫星穿航方向和沿航方向引起的像移量和对相机成像质量的影响,并利用极地圆轨道参数详细计算了偏流角引起的像移对像质的影响程度和在MTFdrift>0.95的情况下调整偏流角的时间间隔。结果表明,偏流角是纬度的函数,由它引起的像移在穿航方向对相机像质的影响较为严重,必须采取补偿措施加以校正。

数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响

为了获取高质量的数字全息显微再现像,分析了同轴相移数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响.首先经过计算得出理想成像时,像空间物光波频率完全由物体面形结构频率和系统放大倍率决定.然后基于显微成像时物光波的所有频率分量都应该被有效记录的分析,得出在同轴相移系统中放大倍率必须使物光波的空间频率缩小到满足采样要求;并得出在相同的放大倍率下记录距离会影响有效记录的物体尺寸,记录器件离开像平面的距离越小,有效记录的物体尺寸越大,在像平面上时有效记录的物体尺寸最大.计算机仿真和光学实验都证明了上述结论的正确性.

双波段红外光学系统设计与像质评价

双波段/多波段成像技术受到普遍重视，使得双波段光学系统特别是中、长波红外成像系统成为研究的热门之一。设计了折反射式光学系统、离轴三反射式光学系统和全折射式光学系统，分析了3种不同类型光学系统及其成像性能。采用了能同时响应中、长波红外的探测组件，系统的主要技术指标为：工作波段3-5μm、8-12μm，F/#=2，2ω=5.74o，f’=100 mm，全视场畸变〈2%，空间频率16.7 lp/mm处的MTF〉0.4。对3种不同类型系统的特点进行分析和研究，给出了各种像差曲线和光学传递函数曲线，总结了3种不同类型光学系统的优缺点。

数字全息图再现像的像质改善

基于数字图像处理技术,提出了一套对数字全息图及其再现像进行处理的方法,改善了数字全息图再现像的像质.利用频谱匹配滤波的方法可以有效地滤除零级及孪生像干扰.同时,提出了通过均值滤波、中值滤波等方法降低激光散斑噪音的技术.理论和实验证明,综合而又合理地利用数字图像处理技术可以很大程度地改善数字全息图再现像的像质.

胶片摄影空间相机的动态成像质量评价

采用光学调制传递函数(MTF)法对相机整机系统的像质及像面位置的准确标定进行了评价,并给出了详细的结果。由实验室实测均值0.1221得到的在轨估计值0.0747与实测均值0.0725相符,证明了用胶片摄影法拍摄刀口阴影,经傅里叶变换等方法处理得到MTF的方法可以用来评价空间相机的动态成像质量。该方法是用实验室实测的相机动态MTF结果来预估相机在轨动态MTF及在轨摄影分辨率的有益尝试。

轴向温差对空间遥感器光学系统成像质量的影响

利用有限元分析计算了轴向温差对主、次镜面形的影响,对光学系统成像质量进行了评价。用PATRAN软件建立有限元模型,用NASTRAN/NT有限元分析软件完成温度场的分析计算。用Zernike多项式曲面拟合系数表示轴向温差对主、次镜面形的影响,通过ZEMAX软件分析对光学系统成像质量的影响,实现了热分析与光学分析的接口。结果表明:轴向温差不仅使光学系统产生像面位移—离焦,而且将产生各种像差,降低光学系统的成像质量,所以在调焦的同时,必须采取温控措施。最后给出了轴向温差具体的温控指标,主镜的轴向温差为0.8℃,次镜为1.0℃,主、次镜之间为3.0℃。

评价彩色图像质量的四元数矩阵最大奇异值方法

针对传统的图像质量评价方法忽略颜色信息以及与人眼感知信息一致性差的问题,提出了一种全面利用彩色图像颜色信息,突出人眼敏感图像结构的彩色图像质量客观评价方法。将图像中人眼敏感的结构分为细节,亮度和颜色3方面因素,将四元数矩阵作为载体,构造了一种用于彩色图像质量评价的四元数矩阵,并对其进行奇异值分解。将最大奇异值作为度量图像结构相似性的主要参数,通过分析图像结构差异映射图谱得到了最终的量化评价结果。采用LIVE数据库中包含5种失真类型的982张测试图片验证了提出的算法,得到的交叉失真实验非线性拟合均方根误差(RMSE)值为9.176,Spearman等级相关系数(SROCC)值为0.929 6,而结构相似度(SSIM)方法的RMSE值为9.299,SROCC值为0.925 6。试验结果表明,该方法采用四元数矩阵描述彩色图像的结构信息,考虑了彩色图像的多方面结构特征,与人眼视觉感知特性的一致性优于传统方法。

航天TDI-CCD相机的MTF和像质分析

TDI- CCD相机在航天遥感中得到了越来越广泛的应用 ,但航天 TDI- CCD相机的像移是难以完全消除的或是不可避免的。推导和分析了 TDI- CCD相机的像移以及各种像移的 MTF表达式 ;参照美国国家图像解释分级标准( NIIRS) ,分析了像移量对像质的影响。结果表明 :当采用 96级延迟积分的 TDI- CCD器件时 ,同步误差只有小于 2 % ,成像质量才能得到保证 。

太阳同步椭圆轨道偏流角分布规律与像质分析

提出一种根据轨道根数与TDICCD成像原理模拟遥感器推扫成像过程,实现偏流角计算,并基于最终仿真图像的PSF分布评价图像质量的方法,以截止频率MTF为评价标准,研究太阳同步椭圆轨道的偏流角分布规律。结果表明:与常规圆轨道相比,近地点幅角为0°的椭圆轨道在近地点一侧偏流角与轨道半长轴成线性关系,与轨道离心率成三次函数关系。使用KH-12卫星采用的椭圆轨道参数进行成像仿真,以穿航MTF下降5%为约束对成像质量进行分析,结果表明:相同推扫级次下,椭圆轨道近地点一侧的偏流角更小,成像质量更高。