基于直线运动机构的大变倍比红外变焦成像系统

针对同时兼顾大范围搜索和精确识别目标的迫切需求,研制了一种大变倍比红外变焦成像系统,设计两片独立运动的变倍镜及一片补偿镜,通过两个变倍镜级联的方式获得大变倍比。结合系统运动镜片多及变焦曲线复杂的特点,采用直线运动机构实现镜片变焦运动,使用集成编码器及螺纹丝杆的直线电机作为驱动。通过有限元仿真开展了系统力学分析,所设计镜片最大位移为3.04×10^(-3)mm。成像系统适用于中波红外制冷式640×512焦平面阵列探测器,变倍比达到55倍。实验室成像及外场实景成像的结果表明,系统在焦距由6 mm至330 mm连续变化的过程中成像清晰、像质良好,验证了系统的连续变焦成像性能,该设计合理可靠。研究成果在搜索、跟踪、侦察、监视等方面有广阔的应用前景。

大幅宽长波红外变帧频变焦成像

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果,并降低扫描镜控制难度。首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系;针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题,在结合探测器变帧频分析与实现的基础上,提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时,光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统,搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统,并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明,采用变帧频结合变焦成像方法,可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度,证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。

液体变焦结构光三维测量系统研究

为解决传统结构光法应用于地下空间三维探测的局限性,通过将液体透镜调焦技术与结构光自扫描测量方法相结合,创新地提出一种液体变焦结构光三维测量系统的设计原理与应用方法。首先,提出了液体变焦结构光三维测量系统的结构设计模型,并结合理论推导分析了系统的工作机制。然后,针对系统中变焦成像模块和结构光投射模块,分别给出了相应的参数标定方法。最后,搭建了液体变焦结构光三维测量系统的试验平台,实现了系统参数的精确标定,并设计试验对系统性能进行了测试。测试结果表明:该系统在无移动组件的条件下可灵活切换视场,能够实现在不同尺度成像视野下对目标的三维测量;测量精度受光学像差和成像焦距的综合影响。该研究可为地下作业机器人三维视觉系统的高性能研制提供新思路。

一种工作于长波红外波段的40^(×)成像物镜设计

为了同时满足热成像领域高分辨率与大探测范围的应用需求,基于机械正组补偿变焦理论,以一款长焦物镜为原型并采用浮动光阑结构,设计了一款高分辨率、高倍率的长波红外成像系统。系统的F数为1.2,变倍比为40×,焦距变化范围为5.86 mm~234.76 mm,无热化温度范围为−40℃~60℃,适配像元尺寸为12μm的长波红外焦平面探测器。

变焦显微成像三维测量算法性能分析

系统地总结了基于超短景深显微成像技术的超大景深立体显微与三维测量方法,研究了变焦显微三维测量方法中的典型聚焦评价函数、焦点搜索方法、图像序列融合与三维重构方法的性能,并进行了实验验证。研究结果对实施变焦三维成像与测量技术具有参考价值。

基于双目变焦超分辨率成像的测距方法

针对目前双目成像测距系统由于基线距离、成像焦距等硬件限制,难以进一步提高测距精度的问题,提出一种基于双目变焦的超分辨成像测距方法。通过变焦系统进行变焦超分辨率重建,在系统其余硬件条件不变的情况下提高系统的成像分辨率,进而提高双目系统的测距能力,减小双目系统的测距相对误差。实验结果表明:在相同的距离下,双目变焦测距系统具有更小测距相对误差;在相同的测距相对误差下,双目变焦测距系统具有更大的测距范围。通过同步变焦的双目立体视觉系统可提高三维场景的成像分辨率和测距分辨率,为实现小型远距离双目测距系统提供了一种新的有效思路。

电控聚合物分散液晶变焦全息透镜制作

介绍了相位型全息聚合物分散液晶（PDLC）材料全息透镜,在电场作用下液晶微滴折射率逐渐与聚合物折射率匹配,实现透镜电控变焦。研究了微米尺寸和纳米尺寸液晶微滴聚合物分散液晶材料配方特性和微观结构。采用优化纳米尺寸材料配方制作5-6μm聚合物分散液晶盒,采用离轴式平面波和球面波干涉全息写入光路,成功制作电控变焦聚合物分散液晶全息透镜样品。该透镜样品焦距为20 mm,能够正一级衍射放大成像。实现“0”,“1”变焦的驱动电压阈值为60 V。并进一步提出了基于聚合物分散液晶电控变焦元件集成叠加技术实现电控变焦光学成像系统的技术思路。

电控聚合物分散液晶全息透镜的设计与制作

在介绍了纳米聚合物分散液晶材料电控全息开关透镜基本原理的基础上,选取经实验优化的聚合物分散液晶配方EB8301:TEB300:RB:NPG:NVP=100:100:0.2:0.5:15并额外添加降低驱动电压的材料S-271,根据聚合物分散液晶材料的曝光特性及全息透镜原理,设计球面波与平面波干涉全息透镜记录光路,成功制作了电控全息开关透镜。该电控聚合物分散液晶全息开关透镜为平板式设计,对可见光基本无散射,驱动开关电压在60 V至80 V之间,在变焦成像系统,集成光学等方面有广泛应用前景。

Focusing Azimuth-Invariant Bistatic Synthetic Aperture Radar Data Based on a Polynomial Model

In this paper,a focusing approach is presented to widen the use of efficient monostatic imaging algorithms for azimuth-invariant bistatic synthetic aperture radar(SAR) data.The bistatic range history is modeled by a polynomial of azimuth time.Using this model,an analytic form of the signal spectrum in the 2D frequency domain is derived,and a simple single-valued relation between the transmitter and receive ranges is established.In this way,a lot of monostatic image formation algorithms can be extended for the bistatic SAR data,and a bistatic chirp scaling algorithm is developed as an application of the new approach.This algorithm can be used to process the azimuth-invariant bistatic configuration where the transmitter and receiver platforms are moving on parallel tracks with the same velocity.In addition,some simulation results are given to demonstrate the validity of the proposed approach.