矿用红外光学透雾摄像仪研究与应用

针对煤矿粉尘、水雾环境下图像噪声明显、纹理细节不突出、图像边缘锐化不明显等问题,研制一款矿用红外光学透雾摄像仪。利用红外透雾原理进行成像,根据煤矿井下对设备安全性的要求设计了本安保护电路,并设计光电保护电路以保证信号稳定传输。实验证明,该摄像仪能在复杂的矿井环境下增强图像质量,有效视距可提高2~3倍。

透雾连续变焦镜头的小型化设计

根据探测设备电视通道要求实现普通彩色和透雾黑白两种模式观察并小型化的特点,运用最速变焦路线凸轮曲线的设计及凸轮曲线平滑性优化的方法实现了小型化设计;采用可见光加近红外波段并在全波段范围内进行像质评价的方法,即根据外形尺寸计算中所求出的每个透镜组的光焦度和通光口径,参考现有结构,选定每组透镜的结构形式,缩放成要求的焦距以后组合成全系统进行像差校正,这样既可实现普通彩色和透雾黑白两种模式的观察,又保证了系统的齐焦性。系统通过了像质检测、实景成像的验证及环境应力筛选及环境例行试验的考查,并成功地用于探测设备。

可见-近红外无热化连续变焦光学系统设计

变焦系统中,动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化,环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变,给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题,从光学系统像差模型出发,将变焦系统像差分为定组像差、动组内像差和动组间像差三类,并结合变焦系统的消色差和消热差模型,讨论了无热化连续变焦光学系统的设计原则,及变焦系统设计中各组元的光焦度分配和材料选用方法,给出了一个宽波段连续变焦光学系统设计实例,该系统F数为5、焦距范围为8~120 mm、焦面对角线长6.2 mm、波长范围为0.48~0.68μm和0.7~0.9μm。所述系统仅采用了七种普通光学玻璃材料,透镜总数12组16片,总长仅90 mm,在-40~60℃范围内,变焦全程均具有较好的成像质量和公差特性。