在线图像可视铁谱成像系统的像面照度均匀性

为了定量评价在线图像可视铁谱（OLVF）成像系统的像面照度均匀性,建立了一种像面照度模型。以像方参数及放大倍率表征物方视场,将物方视场区域离散化,采用朗伯余弦理论建立入瞳模式的像面照度模型,实现了像面照度的计算与均匀性评价。利用Matlab进行了物面照度仿真分析,确定了OLVF成像系统环形阵列光源的发光二极管（LED）数量,基于像面照度分析确定了最佳成像焦距和放大倍率。计算了油腔通油情况下成像系统中的光能量损耗以及磨粒沉积面的照度分布,建立了油液吸光系数与CCD像面轴上像点照度的关系。结果显示：LED发光强度已知时,仿真计算的像面不均匀度约为5.60%,实际测试的像面不均匀度为8%-9%,满足不均匀度≤10%的要求。开展了磨粒铁谱图像采集实验,结果表明：图像中磨粒清晰可辨,便于图像分割与视觉特征提取。提出的模型可定量描述OLVF成像系统的像面照度,可作为优化系统结构,提高系统成像性能的依据。

采用Q-type非球面的大孔径大像面手机镜头的设计

利用Q-type非球面优越的高阶像差校正能力,设计一款大孔径和大像面的手机镜头。该手机镜头光学系统由9片透镜组成,包含7片偶次非球面和2片Q-type非球面。镜头的F数为1.8,像高为6.82 mm,视场角为70°,有效焦距为4.77 mm,系统总长为6.86 mm。该手机镜头光学系统在奈奎斯特(Nyquist)频率为446 lp·mm^(-1)处,轴上点至0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.18;在12 Nyquist频率为223 lp·mm^(-1)处,轴上点至0.7视场的MTF值大于0.42,满足手机镜头成像要求。仿真结果表明,相较于相同设计参数和初始结构的偶次非球面,采用Q-type非球面的手机镜头成像光斑半径小25.52%,具有更佳的成像质量。公差分析结果表明,在给定的公差范围内,透镜设计满足生产要求。

角度双重像面全息术研究

本文根据光全息记录的多重性，提出一种新的角度多重像面全息术，实现一次曝光记录全重叠多物像，并在不同的角度分别提取不同的单物信息。文中给出多重像面记录、再现理论及噪声讨论。

导弹助推段天基红外探测的像面照度模型及其应用

波段选择是导弹助推段天基红外探测系统设计首先需要解决的问题.无论是中心波长的确定,还是波段宽度的设定,都应有合理的依据.本文提出了导弹助推段天基探测的像面照度模型,并根据模型得到导弹助推段天基红外探测系统的目标与背景信杂比作为目标函数,利用信杂比的最大化作为波段宽度选择的依据,进行探测波段的选择.分析结果表明,以H2O,CO2吸收带2.7μm和4.3μm为作为红外探测系统的中心波长有其固有的合理性,不同的波段宽度选择将使信杂比产生显著变化.本文所建立的像面照度模型对遥感器设计和性能估计亦有重要意义.

光电测量设备光学系统的像面照度均匀性检测

提出了一种光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法。该方法首先对被检设备的CCD进行标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统进行检测。该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像。根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度。此外,将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测。利用研制的光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测系统对某型号光电测量设备进行了检测,得到了该设备光学系统像面照度不均匀度达到18.7%,不满足不均匀度≤10%的要求,应对该光测设备进行重新装调。在重新装调后对该设备进行复检,得到重新装调后的不均匀度为6.7%,像面照度均匀性得到了提高,验证了该方法的有效性。

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。

温度对星敏感器光学系统像面位移的影响研究

光学系统的温度变化会使系统产生像面位移。根据镜面材料特性公式,选用铝合金作为星敏感器的镜筒,透镜组选用ψ值大的材料,并进一步通过I-DEAS软件进行了计算验证。在此基础上根据矩阵光学理论和温度的变化推导出了含有多个光学器件的星敏感器像面位移计算公式,并运用该公式对一个特定的星敏感器光学系统的像面位移进行了计算。结果发现,光学系统从一个温度均匀分布状态变到另一个温度均匀分布状态的温差越大,像面位移量的绝对值越大。同时还发现,对此星敏感器成像精度影响最大的透镜是第4块、第5块和第6块,明显地减少了在热补偿条件下的系统像面位移。

大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术研究

以光度学为理论基础,研究了大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术.论述了600～800mm非对称、双半球不等半径积分球的设计方案.对像面均匀性测试系统的积分球出口进行了测试,出口处的照度不均匀性不高于2.3%,照度不稳定性不高于2.7%,积分球后半球内表面的亮度不均匀性不高于4.4%.在对测试结果进行误差分析的基础上,对大视场CCD摄像机进行了实际测试.结果表明,该装置可广泛应用于光电成像系统的像面均匀性测量.

四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用

研究了四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用。提出了一种功能等同于齐次旋转变换矩阵的改进的四元数变换矩阵,并依据多体系统理论,利用改进的四元数变换矩阵和齐次坐标变换矩阵两种方法推导出了对应于地面景物的两种航天相机的像面位置模型,阐述了利用四元数实时求解的算法来获得各像点的像面位置的实时解的方法。同时对这两种求解方法进行了计算机模拟。结果证明,利用改进的四元数变换矩阵方法的求解速度比利用齐次坐标变换矩阵的方法快一些。

大口径、长焦距光学系统杂光系数、渐晕系数、像面照度均匀性等参数的测试

叙述一种用于测试大口径、长焦距光学系统杂光系数、渐晕系数、像面照度均匀性等光学参数的检测方法。

星载均匀像面低畸变广角气溶胶探测仪的研制

为满足空间遥感的迫切需求,设计并研制了一个星载均匀像面低畸变广角气溶胶探测仪样机.该仪器通过利用光阑像差产生的有效像差渐晕提高像面照度的均匀性,解决了广角系统中像面照度不均匀的问题.合理选择结构型式校正了畸变,并且采用全球面光学系统,易于加工和检测.广角气溶胶探测仪的中心波长为670nm,带宽20nm,全视场72°,相对孔径1/3.6,焦距20mm.实验结果表明:研制的星载广角气溶胶探测仪镜头其入瞳大小5.6mm,边缘视场的相对照度达到95.6%,在36lp/mm处,轴上视场的调制传递函数值大于0.61,轴外视场的调制传递函数值高于0.58,最大畸变量为-1.95%,完全满足设计指标要求,体积小,适合空间遥感应用.

CCD像面旋转引起的脱靶量误差及检测方法

分析了光电测量设备电视系统的CCD传感器像面旋转这个普遍存在的问题所带来的脱靶量测量误差,建立了一些相关的数学模型,并且讨论了在不同像面旋转角情况下的误差变化规律。简要地介绍了这种测量误差的检测方法以及修正方法。实际检验表明,上述方法不仅能很好地修正CCD传感器像面旋转所引起的脱靶量测量误差,显著提高电视系统脱靶量测量精度,而且对于红外电视测量系统也是同样适用的。

临近空间红外探测像面照度建模与仿真

低空突防目标飞行高度低、时间短,对其进行有效的探测一直是研究的重点和难题。以2.7μm、4.3μm作为探测系统的中心波长,建立了临近空间红外探测像面照度模型。模拟SBIRS天基红外系统和临近空间探测系统,仿真典型目标弹道,考虑大气影响,得到主动段、被动段红外辐射分别在SBIRS预警卫星和临近空间平台的像面照度及目标背景调制对比度。仿真结果表明:对于低空突防目标,临近空间平台较SBIRS拥有更高的信号对比度及更长的探测时间。在被动段,以4.3μm为探测中心波长探测效果好于2.7μm。

离轴抛物面镜像面扫描太赫兹光学设计

为了提高太赫兹成像速度,设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像,成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像;反射成像系统光学设计F数为2.93,通光孔径为100 mm,视场为±1°,焦距为293.45 mm,成像窗尺寸为64 mm×64 mm,圆孔直径为2 mm,扫描采集16×16像素图像时间为0.1 min,32×32像素图像时间为0.42 min,64×64像素图像时间为1.7 min,空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像,在系统焦平面位置加入旋转多孔盘,对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描,使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件(采样数目与图像像素数相等)进行像面图像采集,然后利用正则归一化方程重构像面图像,该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。

音圈电机驱动的航空相机像面扫描系统

航空相机执行机构的核心是像面扫描系统,要求高扫描精度、高扫描频率、体积小、结构简单,否则成像模糊、成像帧频低。国内外低精度的扫描机构采用旋转电机外加凸轮、齿轮、涡轮蜗杆等机械传动机构将旋转运动变为直线扫描运动,搭建的像面扫描系统体积大、结构复杂、智能化程度低与未来相机的发展趋势不吻合。设计的新型高频高速像面扫描结构,直线往复扫描运动执行机构选用音圈电机,像面扫描方式为矩形扫描方式。为满足指标要求,采用音圈电机持续力控制和滞后超前控制相结合的控制策略。实验表明,线速度103mm/s,线性行程0.2mm时,实现了扫描频率15Hz,稳速精度±0.2%,满足了工程要求。

导弹主动段天基紫外探测像面照度建模与仿真

分析了导弹尾焰紫外辐射原理和能量传递方程，结合导弹主动段运动方程，建立了尾焰紫外辐射模型。考虑大气透过率和地球背景亮度的影响，得到导弹主动段尾焰紫外辐射与探测器像面辐照度关系。基于SBIRS—GEO预警卫星的探测仿真，比较了不同探测波段下高、低弹道尾焰紫外辐射的像面辐照度变化。结果表明：紫外辐射在大气中的传输特性是影响像面辐照度变化的主要因素；相比于300～400nm渡段，200～300nm波段可以提早发现目标、降低发现高度，更适宜作为探测波段。

CCD摄像机像面中心的激光标定方法研究

论述了采用激光方法对视觉传感用CCD摄像机的像面中心进行标定的原理和方法 ,并对所采集的激光光斑图像进行适当的处理 ,通过求取质心的方法确定其精确位置 ,从而实现对像面中心的精确标定。实验结果表明 ,该方法计算量较小 ,精度较高。

用像面全息时间平均法测量膜振动的研究

提出了一种新的测量膜振动的光学方法———像面全息时间平均法.得到了不同谐振频率激励下膜振动的干涉图样和轴对称振动模式,并对300Hz激励下膜面的振幅分布情况进行了分析.结果表明,该方法可以减小检测时反射波的影响,增强物光强度,提高干涉图样的对比度,而且可以在白光下再现振动物体的像.

基于像面旋转的画幅遥感相机姿态像移计算

以一种机载斜视画幅遥感相机为例,介绍了基于该相机建立像移数学模型的全过程。为交流方便,采用飞行力学国家标准的符号和转角正负,并选择与飞机相关的坐标系;提取相机几何模型,并将机体坐标系建立在相机适当位置,将目标航迹速度经飞机姿态矩阵、相机俯角矩阵、光学系统变换矩阵转换为像面坐标系下的像移速度,由此得到视场中心像移矢量计算公式。定性、定量地分析了像面旋转与姿态像移之间的关系;基于异速像移产生的原因,论证了像面旋转机构在姿态像移补偿过程中的作用。

温度变化导致航天相机光学系统像面位移的研究

温度变化导致的像面位移会影响航天相机光学系统的成像质量。根据高斯光学理论,推导出了温度变化时的相机光学系统的像面位移公式,确定了温度敏感性最低的主、次反射镜的材料及与之相匹配的镜筒材料。最后计算和比较了在不同温度变化时的光学系统的传递函数。