机载偏振成像系统的数据采集

介绍了机载偏振成像系统中的 3路 CCD相机同步控制 PCI图像采集卡的工作原理 ,详细阐述了图像数据采集系统的硬件结构设计和图像采集卡的驱动编程方法 ,介绍了为实现高速图像数据传输需求所采用的 DMA、多线程和双缓冲技术。本系统实现了 Windows2 0 0 0操作系统下同步控制 3路 CCD相机 ,以 2 0 MB/ s数据率完成高速数据的传输与存储。

用于偏振成像系统的20mm~200mm变焦物镜设计

变焦物镜是偏振成像系统的重要组成部分,目前因变焦物镜使用较多非球面而导致价格较为昂贵。为了降低偏振成像系统变焦物镜的加工成本,设计了一款用于偏振成像系统的20 mm~200 mm变焦物镜。采用正组补偿,利用Zemax优化变焦系统,最终系统仅使用7片球面透镜,并达到良好像质,系统调制传递函数(MTF)在120 lp/mm处大于0.3,畸变小于4%,系统凸轮曲线平滑无断点。系统公差分析结果表明,公差范围设置为:镜片表面光圈公差为2,镜片或空气中心厚度公差为±0.02 mm,透镜表面中心倾斜公差为±0.025°,透镜装调公差为±0.025 mm,透镜折射率偏差为0.002,公差设置符合元件加工和系统装调工艺,对降低偏振成像系统成本具有一定的参考价值。

非共轴长波红外偏振成像系统设计

围绕长波红外偏振成像系统的硬件研制、系统校正和基本性能指标测试3方面工作,构建了较为完整的成像技术方案:从方案选择、系统组成、光学部件、电路原理介绍了系统的硬件研制;分析了系统四通道响应非一致性的来源,阐述了分段线性校正法的基本原理,并展现了其对四通道红外图像的校正效果;通过实验测量得到单通道NETD值约为60 m K,并绘制了单通道MRTD性能曲线,基于对应特征点统计得到了系统成像中心位置偏差约为4个像素,图像配准误差约为1.2个像素。最后,给出了车辆目标的长波红外偏振信息解算图像。

基于双高斯的紧凑型偏振光谱成像方法设计与研究

对目标进行更多属性信息的获取,是光学传感器不断追求的目标。偏振属性探测和传统光谱成像技术相结合的偏振光谱成像技术具有分辨“异物同谱”、实现“目标凸显”、“动态调节”、“耀斑抑制”的能力,蕴藏非常重要的应用潜力。目前的偏振光谱成像系统存在诸多的缺点,如结构复杂、体积大、通道串扰、多维信息提取繁琐等问题。针对上述问题,提出一种基于线性渐变滤光片(LVF)和像素化偏振调制的紧凑型偏振光谱成像方法。涉及关键技术有:基于高光谱分辨率需求与短焦距约束,采用双高斯结构作为初始光学结构,并通过参数设计进行光学系统的仿真与实现;采用LVF作为分光元件,进行参数设计与验证,与像素化偏振调制探测器在像面上进行耦合,实现光谱信息与偏振信息同步获取。基于上述技术路线进行了样机集成,在实验室暗室对系统样机进行光学指标测试,最终指标为:工作波段:430~880 nm,空间分辨率:0.22 mrad,光谱分辨率为:10 nm,四偏振态同步获取,系统传递函数:0.547,偏振探测精度:89.4%,光机系统总尺寸:45 mm×45 mm×80 mm。在室外进行推扫实验,成像效果良好,中心波长不同偏振态下的单色图有较明显的强度变化;对全局图像进行多维信息提取与融合,不同地物的特征光谱曲线有明显的波谱差异,满足预期设计目标。该方法突破了传统偏振光谱成像技术路线的缺点,为偏振光谱成像多维信息获取提供了一种新型且有重要应用价值的方法。

傅立叶变换型线偏振干涉成像系统分析与设计

为满足中波红外高空间分辨率偏振干涉测量需求,本文提出一种基于微型静态干涉原理的中波红外线偏振干涉成像系统。该系统不含狭缝,具有信息量多,光通量大等优点。介绍了线偏振干涉成像系统的工作原理,采用近轴光学理论计算了初始结构参数,进行了系统优化设计。分析了入射光分别为完全非偏振光和线偏振光时系统的透过率,给出了系统所能探测的最小辐射强度。为了降低探测器强度的随机波动对偏振测量的影响,采用等权重方差优化了系统的偏振测量矩阵,并通过数值仿真验证了方法的正确性。最后,分析了偏振片的旋转误差对偏振测量的影响,给出了偏振探测精度为2%时的偏振片旋转公差容限。设计结果表明:傅立叶变换型线偏振干涉成像系统成像质量良好,在探测器的特征频率17 lp/mm处,各视场的调制传递函数值均大于0.6,满足系统的使用需求。

一种偏振成像探测系统的测量精度检测

分析偏振测量原理得到偏振成像偏振度的测量绝对误差。通过偏振测量实验,分别计算了偏振光的真实偏振度和偏振成像的偏振度,求出偏振度的绝对误差,与理论分析结果相符合。检测了实验中使用的偏振成像探测系统的测量精度。

偏振探测系统的图像配准

分振幅式偏振探测成像系统的各分光路图像之间存在位置误差,率先完成各分光路图像之间的图像配准是进行偏振探测的前提条件。针对探测过程中,目标特征不明显、图像特征难以提取、各分光路图像间灰度变化较大的问题,提出适用于分振幅式偏振探测成像系统各分光路图像的相似性度量函数,并在此基础上,完成各分光路图像间的配准工作。首先,根据图像间的位置误差会造成偏振信息图像中出现信息异常区域的原理,研究了相似性度量函数的提取算法;接着,根据探测系统的各分光路的成像特点,确定图像间的几何变换参数;以遗传算法作为参数优化搜索算法,搜索得到最优的几何变换参数,完成整个图像配准算法的设计;最后,分别利用构造图像和实际采集图像,对配准算法进行了验证,并以图像间互信息值(MI)衡量图像配准的精度。实验结果表明:配准后的构造图像的MI为2.692 5,高于特征配准方法的实现精度;实际采集图像配准后的MI达1.849 3,同样高于特征配准方法的实现精度。基本满足偏振探测系统的图像配准需求。

基于SIP-DSWP系统的透明玻璃面倾角分区标定偏振测量方法

由于存在边缘视场的渐晕效应,造成SIP-DSWP同时偏振成像系统的偏振信息重构存在偏差。为此,本文提出了一种通过分区仪器矩阵校正视场边缘效应的成像系统校正方法。通过对SIP-DSWP同时偏振成像系统3×3分区仪器矩阵的标定,进行了玻璃平板倾角的非接触检测实验。实验结果表明:图像边缘视场效应和噪声能够直接影响偏振成像及偏振信息(偏振度和偏转角)重构;分区仪器矩阵较平均仪器矩阵能够更准确地重构出目标场景的偏振信息,提高对透明玻璃平板倾角的检测精度,为后续偏振成像方法的研究和定量检测应用奠定了理论基础。

金属随机粗糙表面的散射光偏振特性的实验研究

为了讨论随机粗糙表面的散射偏振特性随入射条件以及自身表面特征的变化规律,基于斯托克斯-穆勒矩阵变换方法设计搭建了主动偏振光照明的全偏振成像系统,入射光偏振态分别为线偏振光和圆偏振光,在不同入射角度下,对8种不同粗糙度的镍合金表面的散射偏振特性进行了测量,分析了不同成像条件下该金属目标的散射光偏振特性的差异。实验结果表明:同一粗糙表面对圆偏振光的退偏振效应强于线偏振光;圆偏振光入射时,散射光偏振角对入射角和表面粗糙度相比于线偏振光入射时更敏感;另外,目标表面的退偏振效应随着表面粗糙度和入射角的增大而增大。当粗糙度较小时,目标表面的退偏振程度随入射角增大而显著增大;当表面粗糙度增大,该变化趋势逐渐减缓。

光学系统、成像与分析

TH203 2000053026一种新型水下激光成像系统=A new kind of underwaterlaser imaging system[刊,中]/刘雪明,张明德,孙小菡(东南大学电子工程系.江苏,南京(210096))//中国激光.—2000,27(3).—206-210提出了一种新型水下激光成像系统的模型。

成像系统中偏振片初始方向对大气偏振模式测量精度的影响与校正方法

大气偏振模式为仿生偏振光导航提供方向基准。在大气偏振模式测量系统中,当偏振片透光轴的起始方向与相机的偏振参考轴之间存在偏差角时,测得的大气偏振模式偏振角分布会出现太阳子午线弯曲的现象。为了解决偏差角对大气偏振模式测量产生的影响,通过建立偏差角误差模型,针对偏差角对大气偏振模式测量精度的影响进行了详细的分析;并提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法,利用大气偏振模式的中性点和对称性特征获取偏振角分布的最优对称轴,实现对偏差角的校正。实验结果表明,通过对偏差角的校正,能够提高大气偏振模式的测量精度。