非球面变焦距曲面复眼的优化研究

提出了一种新型的非球面变焦距曲面复眼结构。整个结构将曲面基底分为三个类扇形区域,每一区域微透镜阵列能够对一定物距的目标物成像,使得人造复眼在一定范围内实现焦距调节;根据微透镜所处的区域和位置,计算出微透镜的基本尺寸,并对微透镜进行了非球面优化。对所设计的曲面复眼进行了光线追迹,仿真结果表明成像球差降低到初始值的近百分之一,能够实现焦距调节,并解决了每一个微透镜在边缘处的球差问题,极大的提高了成像效果。

高变倍比大相对口径长波红外变焦系统设计

针对传统红外连续变焦系统难以同时满足高变倍比和大相对口径的使用要求,通过采用复合变焦光学系统结构,增加传统红外连续变焦光学系统的变焦距范围和相对口径。基于长波红外320×240像元、25μm×25μm非制冷焦平面探测器,设计了一款高变倍比大相对口径长波红外变焦光学系统,光学系统由一个连续变焦部分与两档变焦部分组成,通过引入衍射光学元件校正长焦端色差,工作波段为8μm～12μm,焦距变化范围为-9mm～-272.25mm,F数为1.4。该系统具有成像质量好、变倍比高、相对口径大、导程小和凸轮曲线平滑等优点。

可变焦距的非球面复眼优化及定位技术

提出一种新型可变焦非球面人工复眼结构,该结构将曲面复眼划分为三个扇形区域,不同区域内的微透镜焦距不同,使得人工复眼能够在一定范围内实现焦距调节.通过计算及仿真分析,对各级微透镜结构进行非球面优化,优化后各级微透镜的球差值为优化前的1/1000,提高了曲面复眼的边缘成像质量.采用模压成型工艺制备得到子眼个数为61,基底直径为8.66mm的变焦距非球面人工复眼样品,并标定各子眼的相互位置,建立多个子眼同时识别目标的定位数学模型.搭建了人工复眼成像性能测试及目标定位测试平台进行实验验证,实验表明人工复眼相机能够捕获清晰的圆形和十字型光斑图像,各扇形区域内采集的图像尺寸不同,能够实现一定范围内变焦成像.通过多个微透镜捕捉目标,利用入射角度与像点重心之间的关系解出目标点坐标,实验结果的定位误差值在10%以内.

基于可变焦距的非球面人工复眼定位技术研究

针对单层非均一曲面复眼不能实现变焦距成像,子眼微透镜存在较大球差导致成像质量较差等问题,研究了可变焦距的非曲面复眼,实现一定范围清晰成像。介绍了基于复眼结构的人工目标定位实验系统,建立复眼多目定位数学模型。通过曲面复眼采集多通道目标像点,标定变焦距曲面复眼模型中每个子眼位置,利用最小二乘法解算超定性方程组得到目标点的空间三维坐标。开展多目定位实验,结果表明,随着捕获目标点子眼个数增加,目标定位精度越高,当捕获目标的子眼个数大于20个时,目标定位精度在10%以内。提出的复眼成像定位方案具有可行性。

基于复合抛物样条的图像放大算法的设计与实现

图像放大是数字图像处理中常用的技术,图像放大首先对图像进行空间变换,其次对图像进行灰度插值.放大后的图像视觉效果如何在实际应用中显得尤为重要.因此图像放大问题的焦点是如何在图像放大过程中保持良好的视觉分辨率和清晰度.图像放大有许多算法,其关键在于对未知像素点使用何种插值方式.本文提出了一种比传统插值算法更好的算法即复合抛物样条插值,来实现图像的放大.实验结果表明,相对于传统的图像放大算法,本文的算法不仅较好的保留了原始图像的细节信息,而且还提高了放大图像的边缘平滑度,同时也减小了图像放大算法的运算量.

一种新型复合变焦光学系统

基于复合变焦光学系统原理,提出了一种新型复合变焦光学系统结构。该结构将连续变焦与两档变焦结合,可以增大变焦光学系统的焦距变化范围,实现更大的搜索范围和更远的跟踪距离。建立了新型复合变焦系统光学设计的数学模型。在该模型的指导下,针对像元数为320×240,像元尺寸为30μm×30μm的长波红外非制冷焦平面探测器,设计了一款新型复合变焦光学系统。该系统工作波段为8~12μm,焦距变化范围为10~360mm,在10~60mm时,F数为2,在60~360mm时,F数为4。对光学系统凸轮曲线和性能进行了分析。结果表明,该系统具有变倍比大、结构简单、像质好和变焦轨迹平滑等优点,验证了该数学模型的有效性。

高变倍比小型化的中波红外光学系统设计

针对制冷型中波红外640×512焦平面阵列探测器,设计了一个30×连续变焦光学系统,提出从前固定组中分离出1片透镜作为两档移动组,并与变倍组、补偿组及后固定组组合成复合连续变焦系统的设计方案。针对该模型,基于衍射光学理论设计了工作波段为3.7~4.8μm,F数为4,可以实现12~360mm连续变焦,光学总长仅有160mm的制冷型中波红外连续变焦光学系统。给出了系统在6个焦距位置的像质情况,并对凸轮曲线进行优化设计。该系统具有高变倍比、结构小型化、像质优良、凸轮曲线平滑等优点,可以满足红外热成像仪的要求。