基于联合变换相关器的远红外变焦光学系统设计

为了提高联合变换相关器跟踪和识别目标的能力,且满足坦克瞄准镜的工作要求,针对1英寸红外CCD探测器,设计了8～12μm波段折射式长波红外连续变焦系统.该系统采用机械补偿的方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为2,变倍比为4∶1,在50～200mm范围内可实现连续变焦,且变倍曲线和补偿曲线平滑,扩大了坦克瞄准镜的搜索范围.用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,在17lp/mm空间频率处,全焦距范围内调制传递函数均在0.53以上,接近衍射极限,像面稳定性良好,满足光学系统的设计要求.

基于联合变换相关器的红外摄远光学系统设计

为提高联合变换相关器的探测能力,针对640×512红外CCD探测器,设计了1种针对8～12μm波段的红外摄远物镜,用于联合变换相关器的红外目标摄取。此系统体积小、结构紧凑,采用透射式结构,焦距为200 mm,相对孔径为1∶3。应用ZEMAX对设计结果进行了像质评价,在空间频率为17lp/mm时,调制传递函数在0.3以上,基本达到衍射极限,各视场点列图均方根半径与艾里斑半径接近,具有良好的成像质量,满足光学系统的设计要求,提高了联合变换相关器对目标的探测与识别能力。

20×长波红外变焦光学系统设计

针对红外目标探测等军事应用的实际需求,为了扩大对目标的搜索范围,设计了8～12 m红外波段的20×连续变焦光学系统。该系统采用320×240非制冷焦平面红外探测器,在15～300 mm范围内实现连续变焦,F数为2。系统结构简单,仅由6片透镜组成,并仅引入1个非球面校正系统像差。在空间频率为16 lp/mm处,变焦范围内的MTF调制传递函数均在0.45以上,接近衍射极限,像质优良,像面稳定,可用于坦克红外观瞄系统。

四步数字相移全息干涉术三维变形测量

针对目前相移控制器件费用高、操作复杂等不足,提出了一种数字相移方法。并将其与全息干涉术相结合,进行了相移全息干涉术的实验研究。应用MATLAB软件,结合图像处理方法,通过对全息干涉条纹精确控制使其定向移动,实现了四步相移,获得4个干涉图。应用四步相移法原理和相位去包裹方法,最终成功求得物体变形引起的三维位相差,实现物体变形的三维测试。实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,避免传统相移器件相移精度低、容易造成相移误差的缺点,且操作简单,测试精度高,其精度容易达到1/10波长。

基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.

基于Hough变换的数字全息干涉条纹检测

提出了一种利用Hough变换在图像中检测模糊直线条纹的有效方法.将Hough变换对随机噪音不敏感的特性与Fourier变换的性质相结合,可实现对图形中有相同周期条纹的检测.该方法不针对单一条纹,只识别相同周期条纹的总体特征,能有效避免条纹部分缺失对检测结果的影响,并能快速检测条纹的准确数量.将该方法应用于数字全息干涉图的自动判读,成功实现全息干涉条纹的自动识别和准确计数,不仅避免了图像中条纹灰度不均匀、严重模糊的影响,而且提高了数字全息干涉术的测试准确度和效率.

光全息中傅里叶变换透镜设计

针对光学全息再现像质较差,本文提出四片式近似全对称傅里叶变换透镜的设计。该设计根据电寻址液晶和CCD对傅里叶变换透镜的匹配要求确定设计参数。为了缩短总长,系统采用双远距结构,并利用ZEMAX自动设计软件进行优化设计。将设计结果应用于实验,获得了清晰的光学全息再现像。实验结果表明,该设计的各项指标与实验系统相匹配,具有结构简单,像质好,满足较大孔径和视场要求等优点。

数字全息中几种消零级方法的比较及改进

数字全息再现像中,零级衍射的存在影响了再现像的成像质量。在对几种简单消零级方法利弊分析的基础上,提出了一种定域灰度值非线性变换法。该方法不需要其他光学元件和额外的操作,即可以增强全息干涉图像的条纹对比度,同时消除零级衍射和背景噪声。将其应用在全息干涉术测量物体微小位移的实验中,成功消除了零级衍射的干扰,获得了高对比度的干涉条纹,并实现了物体微小位移的高精度测量。

利用EALCD的数字全息干涉术

基于电寻址液晶(EALCD)读写图像实时、衍射效率高的特性,设计了以EALCD和CCD为关键器件的数字全息干涉系统。系统满足空间带宽积,时间、空间相干度和偏振度的要求,提高了干涉条纹的对比度,降低了散斑噪声等影响,实现了数字全息干涉术的高精度测试。利用双曝光全息干涉术原理,应用Matlab编程取代传统相移术中的压电位移器,实现4个干涉图法,进行以硬币为物体的位移实验。结果表明,受力后硬币发生了位移。利用该项技术将传统的全息干涉术与现代的探测器件相结合,可实现全息干涉术测试的数字化、实时化,大大地提高了测试工作的效率。

基于EALCD的数字散斑照相术面内位移测量

提出了散斑照相术数字化的技术,即利用电寻址液晶(EALCD)和CCD取代传统散斑照相术中记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的烦琐的化学湿处理过程,实现其数字化。介绍了EALCD在散斑照相术测量高精度测量物体位移的优点,而且能通过现有的数字器件使其实现数字化,更加利于工程应用。采用全场分析法和逐点分析法2种方法对散斑照相术进行光学实验研究,都成功获得了含有物体位移信息的干涉条纹。实验研究表明,该研究方法简单、高效,能快速获得具有高对比度的散斑干涉条纹,为数字散斑照相术测量物体的微小形变奠定了坚实的基础。

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计

由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0．6。系统参数如下：工作波段为3～51μm，焦距150mm，F数为3，工作温度为-40℃～60℃。设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在171p／mm处均在0．8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。

折衍混合长波红外摄远物镜设计

红外光学系统具有可全天候工作、远距离观察等优势,在军事及民用领域均得到广泛应用。但由于温度对红外系统影响较大,所以需要对其进行消热差设计。依据消热差及色差原理选择适合的透镜材料,利用衍射元件的消热差和色差的特性,设计了波段为8~12μm,全视场为2ω=6°,焦距为f=100mm,F数为2,温度补偿范围-40℃~60℃的长波红外折衍混合摄远物镜。使用保罗I棱镜来折叠光路,使系统结构紧凑,摄远比达到了0.8。该系统在-40℃~60℃范围内,调制传递函数（MTF）优于0.5,接近衍射极限,成像质量良好。

基于DMD的红外景象模拟投影光学系统设计

数字微镜器件(DMD)动态红外(IR)景象模拟技术具有大动态范围、高空间分辨率、高帧频、空间均匀性好、体积小等特点,能够在实验室内模拟红外景像,降低红外系统的研发成本,缩短研发周期。根据基于DMD的红外景象模拟系统的要求,分析了红外投影光学系统的特点,确定了其技术指标。从初始结构选取入手,利用像差平衡理论和非球面技术,针对DLP5500DMD(1024pixel×768pixel),设计出一种成像质量高、性价比高,工作在8～12μm波段的红外投影光学系统。系统采用三片透射式结构,焦距为200mm,相对孔径为1…3。应用Zemax光学设计软件进行像质评价,各视场调制传递函数(MTF)接近衍射极限,各视场的点列图均方根(RMS)半径远小于艾里斑的半径,满足设计要求。

基于激光散斑照相术的三维变形测试

基于散斑照相术的基本原理,利用电荷耦合器(CCD)记录,电寻址液晶(EALCD)再现,从而对物体三维变形进行了相位的测试。用数字技术实时显示干涉条纹,取代了传统散斑照相术中的记录干板,省去了传统方法中干板显影、定影等化学处理过程;利用数字图像处理技术实现了四步相移法,并通过相位展开实现了三维变形相位测试,省略了压电位移器、位移控制器等器件,简化了测试系统,缩短了测试时间,测试精度容易达到λ/10。实验研究表明,该研究方法简单、高效,能快速获得具有高对比度的散斑条纹。