基于编码重建的快照式光谱成像技术进展

光谱成像技术能同时获得物体的空间信息和光谱信息,在科学研究及工业生产等领域发挥着重要作用。然而传统的高光谱成像系统存在着光学系统复杂、含有精密运动器件、曝光时间长等问题,极大地限制了其在许多场景的应用。近年来,高光谱成像系统向着轻小型化、快照式测量方向发展。简单介绍了光谱成像技术原理与分类,从基本原理、方法与实现等方面对基于衍射元件编码、编码孔径、宽带滤光片编码的快照式光谱成像系统进行了综述,并对现存的一些问题以及将来的应用与发展进行了讨论。     

红外动态目标模拟器光学系统的设计

设计了一种用于红外导引头性能测试的红外动态目标模拟器,利用数字微镜阵列(DMD)对黑体红外辐射进行反射调制,并由光学准直系统实现红外场景生成系统与红外导引头的光学耦合。用光学设计软件（ZEMAX）对准直光学系统进行了设计和优化,准直光学系统成像质量良好,接近衍射极限,点列图直径小于艾里斑直径,畸变小于0.1%。结果表明该系统环境适应性强,能很好地用于红外导引头动态图像的校准。     

基于旋转双光楔的像方扫描大视场成像光学系统设计

针对无人机传统外挂式光电载荷吊舱窗口尺寸大、无法实现大视场扫描需求的现状，提出了一种基于旋转双光楔的像方扫描红外大视场成像光学系统设计。该系统在传统像方扫描光学镜组基础上引入了双光楔扫描器，以增大系统的扫描视场角，解决了高速无人机目前面临的红外窗口有限且成像视场角小的问题。采用光学设计软件进行了仿真，设计后的光学系统物方视场范围为±21.665°，满足了大视场范围的工作要求。设计结果表明，在工作波段（3.7μm ~4.8μm）范围内，该系统的成像质量高，中心视场调制传递函数在33(lp/mm)空间频率下可达0.45，全视场范围内的调制传递函数>0.42@33(lp/mm)，像点能量集中度较好，接近衍射极限。与传统扫描光学系统相比，采用基于旋转双光楔的新型像方扫描成像光学系统设计，在保证各项设计指标不变的前提下，能够将光学系统的径向尺寸减少20%以上，可满足未来无人机实现轻量化和小型化的应用需求，拥有良好的应用前景。     

编码孔径中红外光谱成像系统的光谱重构算法

针对一款基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的应用需求,在经典的Hadamard变换完备编码理论基础上,提出了一种具有最大信噪比增益的编码矩阵。结合基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的光路结构和工作原理,探讨了光谱维DMD所加载的编码模板的设计方法。建立了区块化光谱重构算法的数学模型,并进行了实验验证。实验结果表明,原理样机在具有良好的光谱成像能力的基础上,能够实现较高实时性的凝视成像,其在低光谱分辨率模式下光谱数据立方体帧频能够达到22.35帧/s,验证了区块化光谱重构算法的有效性。     

光电跟踪仪光轴一致性测量装置

设计了大口径离轴抛物面镜平行光管光学系统,研制了基于CCD图像采集处理的激光光斑中心坐标提取系统,研制了基于光栅尺的位移闭环控制系统,建立了光电跟踪仪光轴一致性参数测量装置。装置可用来测量光电跟踪仪激光发射轴、电视成像系统、红外成像跟踪系统三轴的一致性,测量不确定度为0.02mrad。     

红外偏振成像进展

作为一种新型光电探测技术,红外偏振成像探测在军事和民用领域展现出的广阔应用前景,受到国内外众多学者和有关部门的高度关注。本文对近几年红外偏振探测理论、红外偏振成像系统、探测系统的应用等方面进行了总结,通过模拟不同材料的红外偏振辐射特性和实际图像分析,对红外偏振成像探测技术的发展动向、存在的问题和解决这些问题的思路给出了系统的综述。分析了当前红外偏振成像技术存在的优缺点,结合生物多波段偏振视觉的研究进展,提出了仿生偏振视觉的概念。通过分析目标辐射偏振特性,给出了影响偏振成像质量的因素,并用实际拍摄图像分析了红外偏振成像的适用领域。     

小行星探测用双谱段相机设计

基于DSP+FPGA架构,采用全透式光学系统及非制冷红外探测器和CMOS探测器,设计并实现了一种轻小型双谱段相机。该相机同时具备红外和可见光成像能力,可作为小行星探测用光学敏感器的原型机,也可作为微小卫星的光学载荷。首先,建立了双谱段相机的技术指标体系;其次,论述了相机的组成和基本工作原理;再次,详细阐述了相机的光学系统和电子学设计;最后,介绍了原理样机的研制情况。     

红外目标模拟器光束不平行度测量与补偿方法研究

为了解决基于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度测量难题,提出红外五棱镜结合红外成像探测系统的测量与补偿方法。首先分析红外目标模拟器光束不平行度产生的机理,提出改进的红外不平行度测量方法,以及红外不平行度补偿方法。通过红外五棱镜在一维平移台的运动,将折射式或折反式模拟器光学系统出射红外光束翻转90°并实现光瞳的区域分割,红外焦平面探测器接收并测量运动过程中光点的偏移量,依此推导出红外目标模拟器光束的不平行度。经分析,测量结果满足红外制导仿真试验对光束不平行度1′的指标测试需求,适用于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度的现场测试。     

微振动成像检测光学验证系统研究

针对高分辨率空间相机的系统特性,选用平行光管系统作为光学系统,模拟来自无穷远的特征目标.运用LIGHTTOOLS软件对光路进行模拟,确定较优的光学结构.主要通过4种试验进行研究,即相机激振抖动试验,靶标运动模拟光轴抖动试验,波前畸变测量试验,离焦测量试验.通过离线图像复原对空间相机的光学误差进行分析及补偿.试验结果表明,在未给相机施加激振的情况下,经过平行光管系统输出,相机成像出的40LP·mm^-1（LP表示线对）及20LP·mm^-1清晰,满足微振动成像检测试验要求.在微振动成像检测试验中,波前像差达到0.21λ（RMS<λ/4）,1.28λ（PV）以及0.23λ（RMS<λ/4）,1.34λ（PV）时,该平行光管系统成像均可满足复原软件处理需求,可以有效应用于微振动成像检测系统并具有验证微振动成像检测试验的能力.     

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.