一种数字微镜阵列分区控制和超分辨重建的压缩感知成像法

提出一种压缩感知成像框架结构.该结构采样端用新建的采样矩阵实现数字微镜阵列分区控制,可增强信息获取的准确性,测量得到与新数字微镜阵列对应的压缩采样值;重构端由采样值优化重构出低分辨率图像后,根据分区控制过程建立压缩感知理论框架下的超分辨重建模型,利用梯度稀疏约束优化算法进行求解,恢复出原高分辨率图像.实验结果表明:数字微镜阵列分区控制与超分辨重建相结合的方法可以明显降低压缩感知成像系统的计算量,缩短成像时间,并且具有较高的图像重构质量.

数字微镜阵列红外动态景象模拟器的研制

红外动态景象模拟器为红外半实物仿真系统提供动态目标和背景,是半实物仿真系统的核心技术之一。介绍了基于数字微镜阵列研制的红外动态景象模拟器的组成、工作原理和技术指标。描述了数字微镜阵列红外动态景象模拟器的4大关键技术,即红外图像转换技术,红外图像转换器的同步调制驱动技术,红外光学耦合技术和红外热像逼真度修正技术。分析了红外图像转换器同步与不同步驱动对图像采集的影响。给出了经研制的数字微镜阵列景象模拟器产生、红外热像仪获取的红外图像。实验结果表明:该模拟可广泛应用于红外成像探测系统的仿真、测试和标定。

数字微镜阵列动态红外景象投射器光学系统设计

利用二次成像原理。采用准直物镜组和放大倍率为1／3的投影系统的组合方式，设计了小F数、短焦距、长出瞳距、长工作距离的基于DMD的中波红外景象投射器光学系统。整个光学系统采用锗和硅两种材料，包含11片透镜，其中：准直物镜3片，投影镜头7片，场镜1片。为了实现15～40℃范围内消热差和消色差，将投影系统设计成折衍混合系统。投射器光学系统在工作温度范围内，全视场空间频率16lp／mm处的MTF〉0．6，具有较好的成像效果。

基于数字微镜阵列的平顶光束空间整形

为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的,采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真,利用680nm激光建立了实验系统,并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价,并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明,单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%;光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法,可得到高质量的多平顶光束,在快速激光扫描领域有一定的应用价值。

基于数字微镜阵列光调制的激光防护系统

提出一种基于数字微镜阵列(DMD)的激光防护系统设计方案,利用DMD的光调制作用减少强激光对光电成像设备的损坏。详细介绍了系统的工作原理、DMD及CCD的选型、投影光路和光学转换系统的设计,运用相移莫尔法进行了图像像素的调校。模拟实验结果显示,该系统可在不同光斑半径和光强的条件下成功识别激光光斑中心点的像素坐标和半径,实现对光斑对应区域的微反射镜控制,激光光强可衰减70%以上。

数字微镜阵列微立体光刻系统光路仿真与应用

提出了一种基于数字微镜阵列的微立体光刻系统,并在COMSOL Multiphysics软件中进行了系统光路的建模与仿真。在分析微立体光刻系统的技术原理与组成元件基础上,建立了微立体光刻系统的完整光路仿真模型。最后,搭建了一套基于数字微镜阵列的微立体光刻系统,实现了水凝胶的个性化定制加工以及批量动态制造。

基于DMD的步进式无掩模数字曝光方法及装置

随着器件特征尺寸的继续缩小,所需掩模的成本呈直线上升态势,为降低掩模成本,无掩模光刻技术成为人们研究的热点。介绍了一种基于DMD的步进式无掩模数字曝光方法,并对用于实现该曝光方法装置的设计方案和具体实现进行了论述与分析。最后利用厚的光刻胶进行曝光工艺实验,实验结果表明,本装置可以实现亚微米级线条的刻蚀,较高的侧壁陡度,线条拼接结果良好,可以实现大面积数字式曝光。

基于DMD的红外场景仿真系统光学引擎设计

针对DMD(Digital Micromirror Device)器件是针对可见光波段设计,直接用于红外波段会遇到问题,提出了一种远心投影光学引擎架构,包括投影光学系统和照明光学系统.该光学引擎采用柯勒远心照明架构,并引入一片场镜来分离投影和照明光束.这种光学引擎结构紧凑、照明均匀、光能利用率高.

基于DMD的红外目标模拟器分光系统设计

基于DMD(数字微镜阵列)的红外目标模拟器是利用DMD反射调制入射的红外辐射,在实验室内模拟真实目标和背景的红外成像,对红外探测和传感设备进行性能测试和评估。介绍了基于DMD的红外目标模拟器的整体结构,阐述了DMD的工作原理,分析了分光系统的设计思想。为了解决照明系统和投影系统结构容易发生重叠的问题,设计了分光棱镜将DMD的照明光束和由DMD反射的投影光束分离开,并用ZEMAX对分光棱镜进行了优化和模拟,设计结果符合使用要求。

基于DMD的动态红外场景生成系统

动态红外场景生成系统是检测红外导引头探测、跟踪和抗干扰性能的重要手段。以某型空空导弹光电对抗平台为应用对象,基于红外场景实测数据,利用Visual C++6.0和Vega API开发了交互式红外图像生成软件,实时生成不同地域各种环境下目标和背景的红外图像,模拟真实场景在红外导引头入瞳处红外辐射分布。根据红外图像视频信号,利用数字微镜阵列(Digital Micro Mirror Device,DMD)对黑体红外辐射进行反射调制,并由光学准直系统实现红外场景生成系统与红外导引头的光学耦合,对红外导引头性能指标进行测试和评估。

基于哈达玛矩阵编码测量的自适应压缩成像

为了消除采样过程中的噪声干扰,进一步提高重构图像质量,针对数字微镜阵列(DMD)与桶探测器在测量过程中点对点采样产生的起伏噪声导致图像信噪比降低的问题,提出基于哈达玛矩阵编码测量的压缩采样成像方法。首先采用DMD分区控制方法,利用哈达玛编码测量,计算获得低分辨率的粗糙图像,接着在预测的重要小波系数所在区域,对同一尺度上的重要区域利用哈达玛矩阵进行投影,同时计算出这些区域的小波系数,最后通过小波逆变换获得重构图像。实验表明,在测量噪声为0.2倍的热噪声下,只需要10%的采样率,通过哈达玛编码测量,图像峰值信噪比从13.98dB最高提高到34.56dB,提高了20.58dB,成像质量明显改善,清晰度高。当存在较大的测量噪声时,该方法可以大幅提高图像的信噪比,尤其适用于微弱光信号条件下的高灵敏压缩采样成像。

基于压缩感知与扩展小波树的自适应压缩成像

为了在现有的采样条件下,通过新的压缩采样方式获得计算量小且质量更好的图像,提出了基于压缩感知与扩展小波树的自适应压缩成像方法。首先将图像投影到分区控制的DMD上,获得图像在低分辨率下的测量值,并通过压缩感知重构算法重构出低分辨图像,接着利用扩展小波树预测重要小波位置,通过DMD在小波域采样获取图像的细节信息,最后由小波逆变换恢复高分辨率图像。将该方法与最小化全变分算法(TVAL3)和近来提出的基于扩展小波树的自适应成像算法(EWT-ACS)效果进行对比,实验结果表明,以boat图像为例,在压缩感知采样率为0. 75,整体采样率为10%的无噪声条件下,该方法相较于TVAL3、EWT-ACS算法信噪比提高了4. 63 d B和2. 87 d B,在附加噪声条件下成像效果也较好。该方法能极大地降低压缩感知重建算法的运行时间,同时减少采样次数,具有较好的抗噪性。

基于DMD红外视景图像自适应增强算法研究

针对数字微镜阵列DMD(Digital Mirror Device)红外视景图像存在对比度低、非均匀性等问题,提出了一种基于调制传递函数MTF(Modulation Transfer Function)的自适应增强算法,首先通过检测图像线性边缘和提取最佳区域获取线扩展函数,然后利用线扩展函数与MTF间的关系完成MTF的自动检测,最后运用维纳滤波完成图像复原增强处理。仿真实验表明,该算法能有效提高对比度和降低图像的非均匀。

基于DMD成像系统的红外小目标仿真

在分析红外成像仿真系统研究现状的基础上,研究了典型红外小目标的模型和移动式滤波跟踪算法。依据飞行器内部构造及工艺材料,并结合空气动力学、物理学以及热辐射的相关理论,从蒙皮辐射、尾喷焰等方面建立了飞行器的红外辐射模型。针对数字微镜阵列(Digital Mirror Device,DMD)系统的特点,对模型进行了简化,提高了图像生成速度。最后利用基于数字微镜阵列的成像仿真系统平台对模型和算法进行了实验验证。实验结果表明,该方法具有图像清晰、信噪比高、生成速度快、管道存储时间小以及跟踪稳定等特点。

基于DMD调制成像系统建模分析

通过对基于DMD后调制的激光主动成像光学系统分析,建立了成像系统的数学模型,并通过仿真分析了成像系统的各个影响因素,最后给出了仿真的结果。仿真结果表明,激光源的强度、接收光学系统的口径对成像系统的探测距离具有较大的影响。

电视图像目标模拟器变焦准直光学系统设计

为了使基于数字微镜阵列(DMD)的电视图像目标模拟器满足不同视场成像系统的测试和评估,本文介绍了一种变焦准直投影光学系统的设计。此变焦系统采用二次成像结构,利用透镜组的切换来实现变焦,为了提高像质并简化结构,在设计中引入非球面,光源通过全反射棱镜(TIR)反射到DMD上。光学系统工作在近红外波段,长入瞳距使模拟器变焦系统与导引头光学系统光瞳相匹配,并为导引头、模拟器提供足够的安装空间。在变焦过程中,相对孔径保持不变。光学系统像质满足模拟器使用要求。

照明光瞳调制技术研究

光刻机照明系统采用部分相干照明,通过对照明系统的光瞳调制改变照明模式和相干因子,能够进一步提高曝光分辨率和焦深。针对空间光阑滤波、变焦镜、轴锥镜、DOE衍射元件以及数字微镜阵列等多种光瞳调制方案开展研究,分析了它们的技术特点和应用场景,论述了光瞳调制的重要意义。

基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求,设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成,采用TI公司的数字微镜阵列(DMD)作为光强调制器件,通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接,并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应,设计结果显示:在像面的Nyquist频率处,全视场的MTF≥0.55,弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸,并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围,还能够实时地探测到强弱目标,满足空间目标视景成像的要求。

自由曲面光学透镜平滑DMD扫描光刻图形边缘

数字微镜阵列扫描曝光图形在某些方向的边缘存在约一个像素的锯齿,对此设计自由曲面光学透镜,将其安装在距离数字微镜阵列窗口玻璃1mm附近,使微镜阵列成像线性错位,在保持原有线宽和光刻效率的情况下,平滑曝光图形边缘.理论分析了微镜阵列成像线性错位形式及其表达式.根据物像映射原理,用Matlab软件计算出自由曲面光学透镜面形初始数据,通过Zemax软件优化得到理想透镜模型,模拟了安装该透镜模型前后曝光图形效果.结果表明:在±2μm容差范围内,安装该透镜且曝光总能量为原来的0.9倍时,曝光图形的横线边缘锯齿由0.14个像素缩小至0～0.01个像素,斜线边缘锯齿由0.338个像素缩小至0.110～0.125个像素,且线长变化范围为-0.153～0.05个像素,线宽变化范围为-0.058～0.153个像素,变形范围不影响10～30μm pcb板的制作精度.该方法可同时提高能量利用率,降低光源成本.

基于DMD的大视场长出瞳距星模拟器光学系统设计

为满足高动态星模拟器的使用要求,设计了一套适用于DMD的投影光学系统和照明光学系统。投影系统采用二次成像方式,解决了大视场长出瞳距情况下长后工作距和系统像差校正难的问题,采用复眼透镜阵列设计了相应的照明系统,利用全反射棱镜实现照明系统和投影系统的同向排列。设计结果表明:系统出瞳为60 mm,视场为28.6°,畸变小于0.045%,80%的能量集中在直径为8μm的圆内,照明系统的照明均匀度大于94%,满足设计指标要求,适用于大视场长出瞳距DMD型动态星模拟器的光学系统。