双自由曲面光束整形系统的虚拟面迭代设计法

双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控,然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现,传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时,存在设计不精准、整形效果差等缺陷,为此,提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果,表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例,虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。

基于单传感器的三波段共口径光学系统设计

针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题,本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先,在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列,把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上,并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后,针对双波段成像衍射极限不同的问题,提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法,并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后,设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm,工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。

特征扰动频率辨识的自适应倾斜扰动抑制技术

为了抑制倾斜校正系统中的时变扰动,提出了一种基于特征扰动频率辨识的自适应扰动抑制方法。采用最小均方误差准则对闭环系统误差进行特征扰动频率辨识,以实现自适应控制器参数的在线调整,且将辨识的滤波参数与控制器调整并行化设计。同时提出频率分割的方法,将低频扰动以及高频扰动的抑制相结合,进一步提高了特征频率辨识速度以及简化设计流程,实现对闭环带宽内的扰动自适应抑制。所提出的方法在倾斜校正装置中进行了闭环验证,实验结果表明该方法能快速辨识特征扰动并自适应调节控制器,可以在单频或多频时变扰动下提升系统的闭环性能。

星敏感器抗杂光的复合型背景估计星图处理算法

星敏感器在太空作业时,易受到太阳光、月光和地气光等杂光的干扰,导致拍摄的星图灰度整体升高,背景均匀性较差,难以准确提取到星点坐标。针对上述问题并结合现有算法提出了一种复合型背景估计的杂光干扰下星图处理算法。首先,星点具有经点扩散成像后尺寸为直径3×3至7×7的特征,设计相应的背景估计模板,最后为提高算法鲁棒性,提高局部信息的利用率,再设计一个像素估计模板,两个估计模板同时计算后处理数据实现阈值分割;最后进行星点质心计算。通过试验证明该方法可以较好地抵抗杂光干扰,提高杂光背景下星点提取的精度。

基于主动位移成像的图像超分辨率重建

超分辨重建算法是一种将低分辨率图像恢复为高分辨率图像的算法,被广泛用于医学、遥感、军事安防以及人脸识别等领域。在黑夜、远场场景下构建数据集比较困难,基于深度学习的超分辨重建算法应用受到阻碍。而微扫描成像技术扫描模式固定,对器件到位精度要求高。针对这两个问题,我们提出一种基于主动位移成像的图像超分辨率重建算法。具体地,在控制相机随机移动的同时记录采样时刻位移,通过解算、映射选图、精确匹配图像序列并获取多帧图像间的亚像素信息,然后对估计图像进行迭代和更新,最后重建获得高分辨率图像。实验结果表明,本算法在PSNR、SSIM和平均梯度三个指标上都优于最近提出的基于POCS的图像超分辨率重建算法MFPOCS,与基于CNN的方法ACNet相比具有竞争力。值得提出的是,本算法无需固定的扫描模式,降低了微扫描技术对器件实时到位精度的要求,同时,本算法可以保证重建初始帧的优良选取,有效规避了POCS算法的固有缺点。

时空特征对齐的多目标跟踪算法

多目标跟踪(Multi-object tracking,MOT)是计算机视觉领域的一项重要任务,现有研究大多针对目标检测和数据关联进行改进,通常忽视了不同帧之间的相关性,未能充分利用视频时序信息,导致算法在运动模糊,遮挡和小目标场景中的性能显著下降。为解决上述问题,本文提出了一种时空特征对齐的多目标跟踪方法。首先,引入卷积门控递归单元(convolutional gated recurrent unit,ConvGRU),对视频中目标的时空信息进行编码;该结构通过考虑整个历史帧序列,有效提取时序信息,以增强特征表示。然后,设计特征对齐模块,保证历史帧信息和当前帧信息的时间一致性,以降低误检率。最后,本文在MOT17和MOT20数据集上进行了测试,所提算法的MOTA(multiple object tracking accurary)值分别为74.2和67.4,相比基准方法FairMOT提升了0.5和5.6;IDF1(identification F1 score)值分别为73.9和70.6,相比基准方法FairMOT提升了1.6和3.3。此外,定性和定量实验结果表明,本文方法的综合跟踪性能优于目前大多数先进方法。

激光自适应光学系统可靠性改进效果评估

随着自适应光学技术在激光领域的发展,工程上以经典自适应光学(AO)系统为基础,增加了多种基于软件监测和硬件保护的改进措施以保证激光AO系统稳定连续出光。面对结构复杂度提升带来的可靠性挑战,如何构建系统失效模型对激光AO系统可靠性进行评估,成为影响激光AO系统发展的重要一环。本文以激光光稳净化AO系统为例,提出使用动态故障树方法对激光AO系统可靠性进行评估,根据设备间动态关系建立动态故障树(DFT),结合厂家信息、疲劳寿命试验与历史数据估计得到底事件失效率,使用二元决策图和马尔可夫模型求解得到DFT的可靠性参数。使用DFT分析增加改进措施的AO系统可靠运行时间,结果相对于基本故障树获得了十倍以上的提高。实际系统调试期间,在预计的可靠运行时间内未发生自因故障,与DFT估计结果一致。验证了应用DFT方法评估增加改进措施后的激光AO系统可靠性更准确。

复合薄膜衍射透镜制备及耐空间辐照性能研究

薄膜衍射透镜是空间轻量化成像领域的一个重要发展方向。高性能聚酰亚胺薄膜材料由于其良好的综合性能得到广泛应用,但较差的可见光透过率以及空间环境下性能不稳定性限制了其在空间薄膜光学镜基底材料领域的发展。通过溶胶-凝胶提拉法在菲涅耳衍射透镜表面制备了二氧化硅增透膜,这种复合结构设计一方面提高了聚酰亚胺薄膜的可见光透过性,另一方面通过表面二氧化硅薄膜提高了其对空间环境辐照的耐受性,本研究可为后期空间光学薄膜衍射透镜设计及制备提供参考。

平面光学元件超平整吸附装载的优化设计与分析

在平面光学元件加工和应用中,采用真空吸附方式进行装载,具有快速、稳定的优势,而真空吸附对平面光学元件的面形影响不可忽视。基于有限元分析方法,针对功能窗口限制、倒立装载等特殊需求,对真空吸盘气道进行优化设计,并通过实验对真空吸盘的实际效果进行分析。实验结果表明,在吸盘不锁紧状态下吸附,平面光学元件在中心Ф10 mm、Ф20 mm和Ф40 mm范围内,面形PV分别为1.2 nm、5.1 nm和20.8 nm。在此基础上,论文进一步分析了装载平台平整度、吸盘装载方式和吸盘锁紧力对吸附结果的影响,结果表明:平面光学元件吸面型随着装载平台平整度的提升而提升;装载平台平整度2μm条件下,采用四螺钉、2.5 N·m扭矩进行边沿固定,吸附效果达到最好,在中心Ф10 mm、Ф20 mm和Ф40 mm范围内,面形PV平均值分别为7.8 nm、27.7 nm和114.2 nm,装载重复性标准差为0.93 nm、3.2 nm和10.6 nm。

自适应水下图像增强算法

针对水下图像因成像环境造成的色彩失真、对比度下降、模糊等问题,提出一种自适应水下图像增强算法。首先,基于Lab色彩空间的局部色偏和全局色偏对衰减颜色进行色彩补偿,再利用灰度世界算法恢复水下图像的色彩平衡。其次,使用自动色阶和伽马校正方法调整各通道信息,以获得高动态范围、高照度的图像。最后,通过反锐化掩膜方法获得高频信息并增强图像细节,从而获得清晰的水下图像。所提算法利用图像的色偏、均方差等统计信息,实现了自适应处理。实验结果表明,所提算法能有效去除水下图像色偏,提高图像对比度与清晰度,提升视觉效果。较之其他算法,其在处理效果及时间上均有优势。