超广角长出瞳距共聚焦眼底成像系统光学设计(特邀)

眼底检查能有效筛查糖尿病、高血压等全身性疾病引发的眼底病变,是一种常规性检查。然而,当前的角膜接触式超广角高分辨率视网膜成像设备通常难以兼顾长工作距和免散瞳的功能,给患者造成了不适,也增加了检查难度。针对眼科检查中视网膜广域成像的需求,基于共聚焦激光扫描眼底成像技术,设计了一种超广角长出瞳距免散瞳的眼底成像光学系统。系统采用透射式结构,综合考虑长出瞳距和免散瞳的要求,实现了110°超广角成像。系统具备12 mm出瞳距,瞳孔处光束尺寸小于2 mm,并内置视度补偿镜组,可对−15~+15 D的屈光度人眼进行有效补偿。设计结果表明:系统的眼底物方分辨率为7.5μm,具备优良的成像质量,成像范围与工作距离满足了实际使用需求。该研究为超广角共聚焦眼底成像光学系统的设计提供了有益参考,对于提高眼底成像质量和临床诊断准确性具有一定意义。

移动机器人基于三维激光测距的室内场景认知

研究了移动机器人在室内三维环境中的场景认知问题.室内场景框架具有结构化特性,而室内多样化的物体则难以进行模型化表述.本文利用区域扩张算法进行平面特征的提取,并根据平面属性及其相互间的空间关系,完成室内场景框架的辨识.为了借鉴图像处理领域的物体识别方法,本文提出一种基于Bearing Angle模型的激光测距数据表述方法,从而将三维点云数据转换为二维Bearing Angle图.同一类物体中的个体形态具有多样性,同时观测视角也导致激光测距数据的显著差异.针对这些问题,采用一种基于Gentleboost算法的有监督学习方法,并利用物体碎片及其相对于物体中心的位置作为特征,从而完成室内场景中的物体认知.利用室内场景框架辨识结果在Bearing Angle图中进行天棚、地面、墙壁、房门等区域的标记,并利用所产生的语义信息去除错误的认知结果,从而有助于提高识别率.利用实际机器人平台所获得的实验结果验证了所提方法的有效性.

非接触式扫描反射镜转角测量系统

为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明:系统的检测系统分辨率为2.5″,测角范围为11°,测角精度可达3″,可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。

45°二维扫描镜扫描轴系特性分析

对工作于三轴稳定平台的45°扫描镜绕不同轴系摆动时的摆动范围及扫描轨迹进行了分析比较,给出了扫描镜选用不同轴系时的扫描摆动角度的计算方法,在工程应用中具有重要实用意义。

等角度与等时间采样控制技术在扫描成像系统中的应用研究

从理论上分析了在等时间采样控制技术下,遥感仪器对扫描系统稳定度的要求。探讨了等角度这一新型采样控制技术下应用于未来遥感仪器的可行性。并将这两种采样控制技术成功应用于自行研制的短波红外成像仪,得到了清晰的短波野外红外图像。

动载体成像系统底座无角位移减振器的设计

详细分析了由动载体振动引起的角位移和线位移对成像系统的影响。角位移是影响成像质量的主要因素。对成像底座减振系统的要求既要满足减振效率,又要控制减振过程中产生的角位移。设计了一种三向等刚度无角位移减震器,它既能满足减振要求,又能控制减振过程中产生的角位移,从而提高了动载体摄像系统的清晰度,同时又不影响视轴的指向精度,是一种比较理想的减振器。

二维扫描镜扫描特性理论分析

在航天遥感仪器中,为了缩小二维指向镜的大小可将45°镜偏转一定角度,如60°镜。在光学反射矢量理论基础上,对不同角度指向镜的摆动范围、像旋特性进行分析比较。从扫描特性角度分析了倾斜扫描镜使其减小尺寸的可行性。

视觉表象扫描中的视角大小效应

采用视觉表象的几何距离扫描任务,通过两个实验首次揭示了视觉表象扫描中的视角大小效应。实验一采用3(视角2.7°,5.5°和8.2°)×3(扫描距离0.0cm,0.4cm,0.8cm)组内实验设计,探讨了视角大小这种表象前加工因素是否影响心理扫描的问题;实验二采用8(视角2.7°,4.1°,5.5°,6.9°,8.2°,9.6°,12.3°和17.1°)×2(扫描距离0.4cm和0.8cm)组内实验设计,探讨了视角大小如何影响心理扫描加工过程的问题。结果表明(1)在视觉表象扫描中,扫描时间会受到表象对应刺激的视角大小影响,即使扫描的几何距离相等,不同视角大小条件下的扫描时间仍存在显著差异;(2)在4°到10°这个视角范围内心理扫描的时间显著短于这个范围之外的扫描时间,6.5°左右是视觉表象扫描的最佳视角。视角大小效应有别于心理扫描的大小效应和距离效应,为Kosslyn的表象计算理论增加了新的内容,具有重要的理论意义。同时它对仪表、图形设计以及棋牌游戏等工作和生活实践具有一定的应用价值。

1024元MCT红外焦平面线列等角度扫描成像系统

文章介绍了一种带读出电路的１０２４元短波ＭＣＴ红外等角度扫描成像系统．叙述了该扫描成像系统的构成,在图像处理中应注意的两个主要问题:探测器非均匀性校正和行列图像信号的修正．该扫描成像系统采用国产１０２４元线列ＭＣＴ(碲镉汞)焦平面器件,自行研制的同轴透射式光学系统和一维等角度并行扫描方式,扫描效率超过８８%,扫描半周期为５秒,每帧像素为１０２４×１６００．该系统在野外获得了较为理想的红外图像．

单幅圆形鱼眼图像的校正

针对有效圆域提取不准确以及传统柱面投影校正法在垂直方向上校正视场角不能达到180°的问题,分别提出了变角度线扫描法和纵向压缩柱面投影校正法。前者通过不断改变扫描线的倾斜角来寻找切点坐标,并对无效切点进行滤除,然后使用Kasa圆拟合法求取有效圆域的参数。后者则对传统柱面投影的光路进行了人为的弯折,从而把投影到无穷远点的光线压缩回柱面上,保留了图像有效信息。通过与经纬映射校正法以及墨卡托投影法的实验处理结果对比,纵向压缩柱面投影法能弱化校正图像边缘的拉伸模糊效应,使处理结果更加自然。

激光测距雷达距离图障碍物实时检测算法研究及误差分析

本文在首先阐述陆地自主车（ＡＬＶ）中利用激光测距成像雷达所获取的距离图实时检测障碍物的坐标变换法的基础上，着重深入研究了雷达垂直扫描中心角的误差与自主车３个姿态角的误差及激光测距成像雷达多义性间距对障碍物检测结果的影响．本文提出了利用无障平坦地面距离图反推垂直扫描中心角的大小再用最小二乘法进行拟合的方法．另外，为降低障碍物检测的误差。

激光主动/红外共口径复合成像光学系统设计

提出了一种适用于弹载环境的主动激光成像/红外成像同轴共口径复合光学系统设计方案,设计完成了能够实现大视场扫描且具有优良成像质量的共口径复合光学系统。该系统采用了半角扫描机构在俯仰和偏航方向实现±15°扫描视场,并在-50℃~50℃温度范围内全视场成像质量接近衍射极限。

窄角锥束CT的改进扫描方式

基于圆形扫描轨道的FDK算法因其机械实现简单、算法效率高,已成为目前主要使用的三维锥束CT重建算法。但在工业CT(ICT)中,当探测器面阵的尺寸较小、射线束的水平张角较小,而待检测的工件较大时,单圆扫描的FDK重建算法受到限制。为解决小尺寸探测器检测大尺寸工件问题,本文研究了一种大步距平移加小分度旋转的扫描方式。与Ⅱ代锥束CT比,这种改进的扫描方式既可以节省扫描时间,数据的冗余量也比较少。仿真实验结果表明,这种改进的扫描方式具有良好的空间分辨率和密度分辨率。

一种大功率宽波段激光束散角的校准测试方法

在大功率激光系统的评价与分析中,激光器的光束品质是系统光束品质的决定性因素,也是激光器验收、鉴定的重要指标,其中束散角是判别激光光束质量的重要参数。本系统测试激光波长的范围比较宽,一般在0.532μm~10.6μm之间,没有合适的探测器能够覆盖整个波段,所以采用了一种新的方法来解决宽波段束散角的测量问题。选用CCD成像和扫描狭缝相结合的方法来实现宽波段激光光束束散角的测量,可见光和近红外波段(0.532μm~1.2μm)激光光束采用CCD法测量激光束散角,中红外波段(1.2μm~10.6μm)激光光束采用扫描狭缝法测量激光束散角。两种方法的结合可以较为精确地测量出不同波段的激光束散角。

海底管道检测中侧扫声纳声波掠射角的优化设计

针对利用侧扫声纳检测海底管道时因其检测声影图像模糊而导致管道悬空高度检测误差过大的问题,提出了侧扫声纳声波掠射角优化设计的思路及方法。阐述了利用侧扫声纳对海底管道进行检测的工作原理,并利用海底管道和海底底质反向散射强度的计算公式探讨了声波在海底的反向散射强度、侧扫声纳声影图像的质量以及声波掠射角的取值这三者之间的关系对海底管道悬空高度h计算精度的影响,从理论上确定声波掠射角最佳取值范围的存在。通过工程实例的现场检测与比对试验,获得了在本试验所处海域环境中利用侧扫声纳检测海底管道时声波掠射角的最佳取值范围,对于类似的海底管道检测工程具有一定的指导意义。

等行频采样方式下的红外图像帧重建仿真研究

为了有效提高红外图像的分辨率,充分利用红外器件获得的扫描数据和相应的空间信息,文中重点研究了基于圆锥扫描的等行频采样方式下红外图像帧重建仿真.在介绍圆锥扫描机制下基于等行频采样机理的红外图像完整重建技术的基础上,进行了大量的重建图像仿真.仿真研究结果表明,这种技术能够获得较高分辨率的红外图像.

星载TDI-CCD推扫相机的偏流角计算与补偿

在星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)线阵推扫成像相机中,为使TDI-CCD线阵移动方向与目标像移方向一致,并实现光生电荷包转移速度与目标像移速度的匹配以确保成像质量,提出一种用卫星偏航控制实现相机偏流角补偿的方法。导出了星下点、方位偏移和俯仰偏移成像时相机偏流角,以及目标像移速度的解析计算公式,并对偏流角补偿进行了讨论。

三维激光扫描影像拼接模型及试验分析

从理论上推导了基于土木工程应用的三维激光扫描影像拼接模型,并提出了运用附有限制条件的间接平差模型解算拼接模型的数学方法.在试验研究中,通过三维激光影像扫描仪和全站仪采集了相应的试验数据,应用附有限制条件的间接平差模型算法进行了编程计算.同时还分析了考虑尺度因子的拼接模型的合理性.结果表明:拼接模型的解算方法合理有效;当设置的激光扫描脚点间隔为18mm时,激光扫描脚点间隔对拼接模型精度的影响显著.

Mg-Gd-Y合金时效初期析出结构的形成和演变

本文利用原子分辨的高角环形暗场扫描透射电镜(HADDF-STEM)成像技术并结合第一性原理计算的方法研究了Mg97Gd2Y1(at.%)合金200℃时效初期结构的形成和演变过程。结果表明,合金时效初期优先形成与富稀土原子柱近邻组合关联的各种纳米级细小富稀土团簇。这些由富稀土原子柱构建的团簇可以通过分解、重组而转变成β′′型局域网格状析出以及"之"字形G.P.区,进而形成β′相晶核。通过对具有典型构型的析出团簇形成能和结合能的计算,进一步验证了合金时效初期结构演变过程的合理性。

用于图像定位与配准的扫描辐射计扫描镜热变形模型研究

以某卫星扫描成像辐射计为研究对象,建立了扫描镜的热变形模型,并对模型进行了简化。模型应用结果表明,扫描镜镜面与扫描镜转轴需采用热特性接近的材料,通过增强仪器结构在Y向的刚度,能提高热变形模型的精度。用该模型获得的扫描镜热变形运动补偿(TMC)精度可满足卫星的使用要求。