波前编码技术在红外变焦系统中的应用
波前编码应用于红外光学系统无热化的研究
第40卷第1期红外与激光工程2011年1月Vol.40No.1Infrared and Laser Engineering Jan.2011波前编码应用于红外光学系统无热化的研究冯俐铜，孟军合，顿雄，陶玉（天津津航技术物理研究所，天津300192）摘要：波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板，对波前进行调制，使得光学系统对离焦类像差不敏感，从而增大了焦深，通过对中间模糊图像的数字滤波处理，可以获得清晰图像。
焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景。
设计了一个有效焦距f′为100mm，F数为1.2，工作波段为7.5～13.5μm，工作距离为2km的非制冷型红外光学系统，在光阑处放置一块三次位相板，通过CODEV模拟光学系统在-40～60℃温度范围内的性能变化，得到的波前编码光学系统的MTF维持不变。
使用MATLAB模拟波前编码系统的中间成像及其滤波结果，结果表明：波前编码技术可使红外光学系统在大温差环境下获得清晰图像。
关键词：波前编码；红外光学系统；无热化；数字滤波中图分类号：TN2文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)01-0083-04Wavefront coding for athermalization of infraredimaging systemFeng Litong,Meng Junhe,Dun Xiong,Tao Yu(Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics,Tianjin300192,China)Abstract:By inserting a phase mask close to the pupil plane of an optical system so as to modulate the wavefront,the optical system is insensible to defocus aberrations and the depth of field is extended consequently which can be applied in athermalization of infrared imaging systems.Moreover,the intermediate image which is ambiguous can be turned into a sharp image by digital filtering.In this paper,an uncooled infrared optical system with effective focal as100mm,F number as1.2,operating wavelength varying from7.5μm to13.5μm and an operating distance from the object as2km was designed.A cubic phase mask was used,and the MTF curve was invariable as an ambient temperature varying from-40℃to60℃in the simulation with CODEV.The imaging process of a wavefront coding system and the output of digital filtering were simulated with MATLAB.The results show that the sharp images can be obtained within a large range of varying temperature.Key words:wavefront coding;infrared optical system;athernalization;digital filtering收稿日期：2010-04-11；修订日期：2010-05-10作者简介：冯俐铜(1987-)，男，硕士生，主要从事光学系统设计方面的研究。
波前编码景深延拓照相系统的离焦不变性分析
制 传递 函数 （ ＭＴ Ｆ）
图２ 是与波 前编码 景深延拓 照相 系统 对 应 的 传 统 光 学 系 统 的 Ｍ Ｔ Ｆ 图 ， 其 中 （ ａ）是正 焦的情 况 ，ｂ） （ 离焦 的情况 。 图
中 的 几 条 曲 线 分 别 对 应 ０ 、４ ５ 、６ ５ 。 ．。 ．
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到较 大景 深 。
照相 系统在正 焦、离焦正 ６ ０个焦深 、离 焦正 ３ 个焦深 、 ０ 离焦负 ３ 个焦深、离焦负 ０ ６ Ｏ个焦深五种情 况下的 ＭＴＦ图 ，每 个图
中的 几 条 曲线 分 别 对 应 ０ 、 ．。 、 ． 。 。 ４ ５ ６ ５
视场 。对于含三次相位板的波前编码光学
… ｒ ｆ ’ ｌ ＿
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ＭＴ Ｆ非 常接近 。
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内系统的ＭＴＦ 有相似性 ， 具 因而可 以用同 样的滤波 函数 对不同离焦所 形成 的模糊像 进行滤波 。因此 ，波前编码光数混 合成像 系统 可以 极大 地延 拓传 统光 学 系统 的景
深。
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波 前编 码 ；照 相 系统 ；调 制 传递 函 数 ； 离
焦不 变性
止频率逐渐减小 。在最大离焦时的截止频 率大约是非相干截止频 度的一半 。如果利 用低通滤 波器只让小于非相干截止频度的
一
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应用波前编码技术的离轴三反系统的设计及其分析
２ ．中国科 学院研 究生院 ，北京 １０ ８ ） ００ ４
摘 要 ： 前 编 码 技 术 是 一 种 新 兴 的 “ 学一 字 ” 体 化 成 像 技 术 ， 以在 保 持 光 学 系 统 相 对 孔 波 光 数 一 可
ｄ ｓｇ ｎ ｉｉａ ｉ ａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｏ ｅｈ ｒ ｈ ｐ ｉａ ｙ ｔｍ ｔ ｈ ＦＣ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｂ ｃ ｍ ｅ ｖ ｒ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｄｇ ｔｌ ｍ ｇ ｒ ｃ ｓｉｇ ｔｇ ｔｅ ．Ｔ ｅ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｗｉ ｔ ｅ Ｗ ｃ ｈ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｏ ｓ ｅｙ ｉｓ ｎｓｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｂ ｒａｉｎ ａ ｄ ｏ ｅ ｂ ｒａ ｏ ｓｒ ｌｔ ｄ ｄ ｆ ｃ ｓ ｗｈ ｌ ｈ ｅａｉ ｅ ａ ｅｔ ｒ ｅ ｐ ｎ ｅ ｉ ｖ ｏ ｔｅ ｄ ｆ ｃ ｓ ａ ｅ ｒ ｔ ｎ ｔ ｒ ａ ｅ ｒｔ ｎ ｅａｅ ｅ ｏ ｕ ｉ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｐ ｒｕ ｅ ｋ ｅ ｓ ｉ ｏ ｈ ｉ ｅ ｖ ｔｅ ａ ｅ ｈ ｓ ｍ ．Ｔｈ ｅ ｔ ｆ ｆ ｃ ｓ ａ ｅ ｘ ｅ ｄ ｄ ｂ ｅ ｎ ＦＣ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｔｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆ ｔ ｓ ｅ ｄ ｐ ｈ ｏ ｏ ｕ ｃ ｎ ｂ ｅ ｔｎ ｅ ｙ ｍ ａ ｓ ｏｆ Ｗ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ． ｅ ｃ ａａ ｔｒｓ ｏ ｈ ｉ ｉ ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｉ ｘｒ ｍ ｅｙ ａｔａ ｔｖ ｎ ｓ ａ ｅ ｃ ｍｅ ａ ｅ ｈ ｏｏｇ ｓｅ ｔｅ ｌ ｔ ｃｉ ｅ ｏ ｐ ｃ ａ ｒ ．Ａｓｋ ｏ ，ｉ ｓｄ ｆ ｃ ｌ ｏ ｍ ａｎ ａｎ ｆ ｃ ｌｐ ａ ｅ ｐ ｓｔｏ ｒ ｎ ｗｎ ｔｉ ｉ ｕ ｔｔ ｉ ｔｉ ｏ ａ ｌｎ ｏ ｉ ｎ ｉ ｉ ｏ ｓ ａ ｅ ・ｏ ｅ ａ ｅａ ｆ ｐ ｃ ｂ ｒ ｃ ｍ ｒ ｗｉ ｉ ｉｓ ｅ ｔ ｏ ｆ ｃ ｓ ｅ ａ ｓ ｏ ｈ ｓ ｖ ｒ ｗｏ ｋ ｎ ｃ ｎ ｉｉｎ． Ｐ ｅ ｔ ｏ ｎ ｈ ｔ ｎ ｔ ｄ ｐ ｈ ｆ ｏ ｕ ｂ ｃ ｕ ｅ ｆ ｔ ｅ ｅ ｅｅ ｒｉｇ ｏ ｄｔ ｏ ｌｎ ｙ ｆ ｔｃ ｎ ｑ ｓ ｅ ｌ ｙ ｄ ｔ ｏ ｔｏ ｅ ｏ ｕ ｎ ｅ ｏ ｕ －ｅａｅ ｂ ｒａｉ ｎ ｕ ｏ ｌｕ ｃ ｈ ｃ ｎ ｅｍ ａ ｅ ｈ ｉｕｅ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｄ ｆ ｃ ｓ ａ ｄ ｄ ｆ ｃ ｓｒ ｌｔｄ ａ ｅ ｔ ｓ ｄ ｅ ｔ ａ ｎ ｈ ｓ ｏ ｋ ａ ｄ ｔ ｒ ｌ ｏ ｈ ｌａ ｉ ｇ ｎ ｏ ｂ ｔ ｏ ｄｎ ｉ ｒ ｉ．Ｔｈ ｔｔ ｅ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ＦＣ ｏ ａ ｈ ａ ｐｉ ｔ ｆＷ ｃ ｏ ｎ ＴＭ Ａ ｙ ｔｍ ｏ ｐ ｃ ｂ ｒ ｅ ａ ｒ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ．Ａ ｓ ｓｅ ｆ ｒ ｓ ａ ｅ—ｏ ｎ ｃ ｍｅ ａ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｗ ｅ ｓｂｅ ｗａ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｓ ｗａ ｒ ｖ ｄ ｄ．Ａ ｒ ｎ ｉｉｎ ｍ ｏ ｅ ｓｅ ｔｂｉｈ ｄ ｔ ｅ ｅ ｉｎ ｔｅ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｙ ｔ ｏ ｖ ｓ ｒ ｂ ｅ ｓｐ ｏ ｉ ｅ ｈ ｔａ ｓｔ ｄ ｌｗａ ｓａ ｌ ｅ ｏ ｒ ｄ ｓｇ ｏ ｓ ｈ ｏ ｔｃ ｌｓ ｓｅ ，ｉ ｉｈ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ａｙ ｍｉｒ ｒ ｗａ ｅｅ ｔｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ｗａ ｅ ｒ ｎ ｏ ｅ ｌｍ ｅ ｔ ｔｉ ｈ ｗｎ ｐ ｉａ ｙ ｔｍ ｎ ｗｈ ｃ ｈ ｅ ｏ ｄ ｒ ｒｏ ｓ ｓ ｌｃ ｅ ｏ ｂ ｈ ｖ ｆｏ ｔｃ ｄ ｄ ｅｅ ｎ ．Ｉ ｓ ｓ ｏ
基于波前编码技术红外光学系统无热化研究
Ｖ０ ．５ ＮＯ． １３ ２
Ｊ ｎ２ ２ ｕ ．０１
基于波前编码技术红外 光学 系统无热化研究
吕天 宇 ，杨 飞 ，明名
（ 中国科学院
摘
长春光 学精 密机械与物理研究所 ，长春
１０ ３ ） ３ ０ ３
要 ：波 前 编 码技 术 是 将 光 学成 像 与 数 字 图像 处理 技 术相 结合 ，在 系统 的 光 瞳 处 通 过 添 加 特 殊 设 计 的 相 位 板 ，对 入 射 光
波波前进行重新调制 ，再 经过解码得到 清晰的图像 ，使 系统对 离焦不敏感 ，与红外无热化的理念相 同。文中比较 了原光 学 系统和采 用波前编码 系统在 不 同环境 温度下的调制传递 函数 （ ＭＴＦ） ，使 用Ｍａｌ 模拟 中间光 学部分成像并滤 波。结果表 ｔｂ ａ 明 ：将波前编码技 术应 用到红外光 学系统 当中，可以使 系统对由环境 温度 变化 引起的热 离焦不敏 感，达到无热化的 目的。 关键 词 ：波前编码 ；红 外光 学系统 ；无热化设计 ；图像恢复 中图分类号 ：ＴＨ７ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ － ８ ０ （０ ２ ２ ０ ２－ ３ ６ ２ ９ ７ ２ １ ）０ － ０ ６ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ ｍ ａ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｆａ ｅ ｉ ａｌ ｙ ｔｍ ｓ ａ ｃ ｎ Ａｔ ｒ ｌ ｔｏ ｆ ｎ ｒ ｒ ｄ Ｏｐｔ ｓｅ ｚ Ｉ ｃ Ｓ Ｂａ ｅ ｎ Ｗ ａ ｅ ｒ ｎ ｄ ｎｇ ｓ ｄ ｏ ｖ ｆ ｏ ｔＣｏ ｉ
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应用波前编码技术的离轴三反系统的设计及其分析
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1/2
3
TMA 遥 感 成 像 系 统 ， 其 基 本 参 数 如 下 ： 焦 距 为 1 650 mm； F# 为 6；视场为 1.5°×5°；工作波长为 0.5 μm。
主镜、三镜为双曲面 ，次 镜 为 椭 球 面 。 如 图 1 所 示 ， 该 系 统 各 视 场 的 MTF 虽 然 未 达 到 衍 射 极 限 ， 但 对 下一步的设计工作没有影响。
收 稿 日 期 ： 2008-04-04 ；
修 订 日 期 ： 2008-05-20
基 金 项 目 ： 国 家 杰 出 青 年 基 金 资 助 项 目 （ 69925512 ） 作 者 简 介 ： 闫 锋 （ 1981 － ） ， 男 ， 吉 林 长 春 人 ， 博 士 生 , 从 事 波 前 编 码 、 光 学 制 造 、 光 学 检 测 方 面 的 研 究 。 Email: greatyf@ 导 师 简 介 ： 张 学 军 （ 1968 － ） ， 男 ， 黑 龙 江 齐 齐 哈 尔 人 ， 所 长 助 理 ， 研 究 员 ， 博 士 生 导 师 ， 博 士 ， 主 要 从 事 先 进 光 学 加 工 、 检 测 技 术 、 空 间 光 学 系 统 制 造 方 面 的 研 究 。 Email:zxj@
此 时 H ( u ) 中 不 再 含 有 离 焦 量 W20 ， 系 统 对 离 焦 误 差变得 极不敏 感 ，相 当 于 焦 深 被 扩 大 了 。 将 该 结 果 推 广到二维情况：对于实际光学系统，在光瞳函 数 上 引 入 形 如 α ( x3 + y3 ) 的 相 位 分 布 就 可 以 实 现 对 系 统 焦 深 的 扩展。 虽然引入的相位分布改变了原有空间信息的排 列 （ 可 以 理 解 为 对 空 间 信 息 的 “ 编 码 ”）， 使 得 此 时 所 得 的图像是模糊 的 ，然 而 在 理 想 像 面 两 侧 几 倍 焦 深 范 围 内该图像对离焦和视场变化极不敏感。 在图像处理部 分，针对图像对离焦和视场极不敏感的特性 ，只 要 采 用一个简单的滤波器，就可以实现对中间图像 的 “解 码 ”， 进 而 重 构 清 晰 、 锐 利 的 最 终 图 像 。 虽 然 在 滤 波 过 程中会放大一 些 潜 在 噪 声 ，但 是 只 要 进 行 合 适 的 去 噪 处理， 最后的噪声水平仍可以控制在允许范围之内， 因 此 ，波 前 编 码 技 术 也 可 以 看 作 是 可 以 接 受 的 噪 声 放 大 与 扩 大 系 统 像 差 容 限 的 一 种 交 换 （ trade 蛳 off ）。 这 种 技术并不 需要知 道 离 焦 量 的 确 切 数 值 ，对 于 空 间 光 学 系统的离焦误差控制是十分有益的。
基于波前编码的红外无热化光学系统相位掩模板热效应特性分析(英文)
第 ３ 卷 第 ３期 １ ２１ ０ ２年 ６月 文 章 编 号 ：Ｏ １— ０４ ２ １ ） ３— ２０— ６ ｌＯ ９ １ （０ ２ ０ ０ １ ０
红 外 与 毫 米 波 学 报
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基于波前编码技术的红外系统温度敏感性的研究
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第 ２卷 第６ ９ 期 ２０ 年 １ ０７ ２月
光
学
仪
器
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基于改善红外光学系统离焦变量的三次位相板波前编码技术浅析
基于改善红外光学系统离焦变量的三次位相板波前编码技术浅析作者：卢鑫程伟宁范哲源来源：《科技风》2017年第13期摘要：在红外光学系统中，为增大光学系统焦深，通常需要减小系统光圈，该方法会降低系统角分辨率和信噪比等参数，使光学系统最终难以获取高频信息图像。
波前编码技术结合了光学成像和图像处理算法，实现了大焦深的设计，使系统在一定范围内的离焦均具有较高的MTF，最终实现了光学系统焦深的拓展，提高了光学系统的应用范围和可靠性。
关键词：离焦变量；传递函数；三次相位板；波前编码根据光学成像系统理论，物方视场在像方视场除了共轭面以外，其他点在共轭像面上只能是一定大小的弥散斑，对于一定分辨率的接收器，只要该弥散斑小于最小分辨率，仍然可以认为是一个点。
对于确定光瞳的光学系统，物方一定范围内的物体能够在对准平面成清晰实像，该范围是系统的景深，与之对应的像方空间是焦深。
对于大焦深的光学成像系统，其优势在与减少了物距变化对像方空间变化所引起的成像模糊，使近远景均能清晰成像，获取更多的物方信息。
若想提高光学系统焦深，有以下常见方法：第一种是减小系统光圈，增大F数；第二种是通过多幅离焦图像合成；另外一种是在孔径光栏处增加不同的振幅位相板进行调制，对振幅进行衰减。
这几种方法均具有一定缺点，或降低系统分辨率，或景深拓展程度不足。
1 波前编码技术理论及应用波前编码技术最早由美国科罗拉多大学的两位研究人员Dowski和Cathey共同提出，其主要的目的是使光学系统在不同焦深下获取更完整的光学信息量，该技术的方法是通过在光学系统孔径光栏或入瞳处增加一块相位调制板，使光学系统的点扩散函数PSF或者调制传递函数MTF对离焦不敏感，同时能够抑制系统的初级像差。
波前编码技术的特点是结合了光学成像技术和数字图像处理技术。
首先，波前编码系统通过在光瞳处加入相位调制板进行调制，使目标在焦平面成一个模糊的中间像。
其次，通过对中间模糊像的滤波处理，得到清晰的图像，实现焦深的拓展。
一种光电经纬仪红外变焦光学系统的研究的开题报告
一种光电经纬仪红外变焦光学系统的研究的开题报告一、研究背景和意义随着航空航天技术的不断发展，对于高精度的导航和目标定位需求越来越高。
而经纬仪作为一种重要的测量和导航仪器，其测量精度和测量速度已经成为评价经纬仪质量的重要指标。
传统光电经纬仪中，光学系统的变焦方式受到限制，其焦距可调范围较小，导致其测量精度和速度受到局限。
因此，在光电经纬仪的光学系统中采用红外变焦技术是提升其测量精度和速度的有效途径，也是当前热点和难点之一。
本研究旨在深入研究光电经纬仪红外变焦光学系统的原理、技术、实现方案和应用，从而提高光电经纬仪的测量精度、提升效率和实现多功能。
二、研究内容和技术方案1.研究红外变焦光学系统的原理和技术特点，对变焦结构进行设计和改进，提高变焦范围和调节精度。
2.研究与设计光学系统的角度测量、距离测量和位置计算算法，对传统算法进行优化和提升。
3.针对光电经纬仪的应用场景，研究和实现光电经纬仪的多功能，如合成孔径雷达测量、地球物理测量和光谱分析等。
4.设计和实现一个基于红外变焦光学系统的光电经纬仪原型机，对性能和功能进行测试和验证。
三、预期成果和创新点1.设计和实现了一种基于红外变焦光学系统的光电经纬仪，采用多种测量算法和多种功能，能够完成多种高精度的测量任务。
2.优化了光学系统的变焦结构，提高了变焦范围和调节精度，保证了测量质量。
3.在算法的优化和创新上，提升了角度测量、距离测量和位置计算的准确度和可靠性，提高了测量的精度和速度。
4.实现了经纬仪的多功能，扩展了应用领域，提升了经纬仪的竞争力。
四、计划和进度安排1.前期研究：对光电经纬仪的原理、结构和应用进行深入分析和研究，确定研究内容和技术方案，完成研究方案和计划，并完成文献综述。
2.中期研究：设计和模拟红外变焦光学系统，进行变焦结构的改进和优化，完成算法的改进和优化，并完成原型机的设计和制作。
3.后期研究：进行原型机性能和功能的测试和验证，并完善算法和光学系统的性能和功能，撰写论文和发表成果。
波前编码应用于红外光学系统无热化的研究
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中图分 类号 ： Ｎ Ｔ — ２ ６２ １） １ ０ ８ — ４ ０ ７ ２ ７ （０ １０ — ０ ３ ０
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冯俐铜 ， 军合 ， 孟 顿 雄 ， 陶 玉
基于波前编码技术的虹膜识别系统
总第 １３期 ５
基 于 波 前 编 码 技术 的虹膜 识 别 系统
金秋春 童小利２ ，
（． １ 郑州航 空工业管理 学院计算机科学与应用 系， 河南 郑 州 ４ ０ １ ； ５０ ５ ２ ．郑 州航 空工业管理 学院机 电工程 系， 河南 郑州 ４ ０ １ ） ５ ０ ５
摘 要 ： 动虹 膜识另是 一种非入侵式 身份认证 方法。 目 自 ｑ 前的虹膜识别 系统 中图像采集 系统的景 深非常有 限 ， 清晰虹 获取
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２０ ０ ８年第 ５期 文章编号 ：０ ６２ ７ （ｏ ８ ｏ ４ ： ３ １０ －４ ５ ２ｏ ）５ ｍ － ０
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波前编码成像系统浅析
波前编码成像系统浅析
郝爱花
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2010(000)015
【摘要】波前编码成像技术是一种景深延拓非常有效的方法,本文在简单介绍波前编码成像原理的基础上,并具体介绍了波前编码成像系统在实际光学系统如显微镜、红外成像系统以及虹腱识别系统中的应用,最后指出波前编码成像系统实际存在的
问题.
【总页数】2页(P80-81)
【作者】郝爱花
【作者单位】西安邮电学院电子工程学院,陕西,西安,710121
【正文语种】中文
【相关文献】
1.波前编码景深延拓照相系统成像模拟实验研究 [J], 潘超
2.波前编码大景深成像系统优化模型研究 [J], 周波;周坤;王强;范晓生;易文明
3.基于波前编码技术的眼底成像系统 [J], 金易弢;张薇
4.手机成像系统的波前相位编码板光学特性的优化 [J], 张继艳;黄元庆;熊飞兵
5.波前编码光电成像系统猫眼回波分析 [J], 王磊;孙晓泉;叶庆
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波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究
波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究盛婧;蔡怀宇;汪毅;陈晓冬【期刊名称】《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》【年(卷),期】2024(57)5【摘要】利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.【总页数】9页(P521-529)【作者】盛婧;蔡怀宇;汪毅;陈晓冬【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN216【相关文献】1.基于波前编码的红外无热化光学系统相位掩模板热效应特性分析2.基于波前编码技术红外光学系统无热化研究3.基于改善红外光学系统离焦变量的三次位相板波前编码技术浅析4.基于波前编码的红外光学系统低成本无热化设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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代入模糊函数表达式
2 v xi u / 2
xi u / 2
1
0
存在稳像点时
=3
波前编码理论基础
3
三次相位掩膜板导出
三次相位板对应的OTF为
u3 2u H u, exp j exp j , 12 u 4 3
研究背景意义
2
国内研究现状
浙江大学、上海理工大学、北京理工大学、 南开大学， 中科院上海光学精密机械研究所、哈尔滨工业大学、中科院 西安光学与精密机械研究所
波前编码理论基础
波前编码理论基础
1
离焦下的MTF
波前编码理论基础
3
三次相位掩膜板导出
假设相板是非线性的高次单项式
x x , 0,1, 0
100mm 焦距
250mm 焦距
将相位板添加进红外变焦系统
3
模拟光学系统成像
焦前 0.5m m
传统系 统
传统系 统
波前编码系 统
波前编码 系统
对焦
焦后 0.5m m
将相位板添加进红外变焦系统
4
数字图像滤波复原图像
传统系统 传统系统 波前编码系统 波前编码系统
焦前 0.5mm
对焦
焦后 0.5mm
5
可以得到本系统中三次相位因子
78
相位板参数优化
3
三次相位板焦深延拓果效果
焦前 1mm
焦前 0.5m m
相位板参数优化
3
三次相位板焦深延拓果效果
对焦
焦前 1mm
焦后 0.5m m
焦前 0.5m m
焦后 1mm
红外变焦系统设计
红外变焦系统设计
1
变焦系统结构
红外变焦系统的初始结构建立方式与可见光的 方法完全相同，镜头的每个透镜一经加工完成，其特 性就是固定不变的，要想改变系统焦距就只能靠改变 透镜之间的距离来实现。
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
将相位板添加进红外变焦系统
将相位板添加进红外变焦系统
1
将相位板添加进变焦系统 添加 前
添加 后
原系统PSF
将相位板添加进红外变焦系统
2
加入后变焦系统PSF
100mm 焦距
250mm 焦距
波前编码技术 在红外变焦系统中的应用
汇 报 人：马飞龙 指导老师：董立泉
主要内容
课题任务
研究现状 相位板参数优化 研究背景意义
1
2
3
4 6
波前编码理论基础 红外变焦系统设计
5 7
相位板添加到红外标胶系统示
课题任务
课题任务
设计100mm、250mm双焦距8-12um远红外变焦波前编码成 像系统
1
红外变焦系统设计
2
初始结构选取
查找镜头手册，我们选择专利 4148548A为初始结构
红外变焦系统设计
2
初始结构选取
红外变焦系统设计
2
优化
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
红外变焦系统设计
2
添加多重结构继续优化
100mm结构MTF
250mm结构MTF
3 4
5 6
光学系统结构设计
THANKS
u3 exp j , 4 H u, 12 u 0
u0
u0 u=0
足够大
波前编码理论基础
4
离焦不变性分析
(b)
传统光学系统不同离焦量 下的MTF曲线图 α =20π 时不同离焦量下 的MTF曲线图
相位板参数优化
相位板参数优化
透镜间距改变
像面移动 移动补偿透镜
像面回归
红外变焦系统设计
1
变焦系统结构
光学补偿系统
红外变焦系统设计
1
变焦系统结构
机械补偿系统
红外变焦系统设计
2
初始结构选取
参数 工作波段 像素数 像元 F数 双市场焦距 100mm 数值 8 ~ 12um 384 x 288 30um x 30um 2.5 250mm
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
5
所设计光学系统装配结构
总结
1 2
求解相位板参数
设计红外变焦系统
将位相板加入到变焦系统中 模拟仿真光学系统成像 波前编码中间模糊图象复原算法编写
研究背景意义
2
红外系统热补偿方式
传统的无热化设计有可以分为三类： （1）机械被动式 （2）机电主动式 （3）光学补偿式
类别 机械被动式 机电主动式 优点 结构简单 方便操作 缺点 选材难度大 结构复杂
光学补偿式
结构简单
实现难度大
研究背景意义
4
红外系统热补偿方式——波前编码技术
波前编码系统综合了光学成像技术和数字图像处理技术的两 步成像系统，主要包括编码和解码部分。通过在光瞳面上添 加一个相位掩膜板，对非相干光波前进行调制，使其在较大 焦深范文内，系统的光学传递函数OTF和点扩散函数SPT对离 焦不敏感，从而在像面上得到一个模糊成都一致的中间图像
研究背景意义
4
红外系统热补偿方式——波前编码技术
波前编码系统综合了光学成像技术和数字图像处理技术的两 步成像系统，主要包括编码和解码部分。通过在光瞳面上添 加一个相位掩膜板，对非相干光波前进行调制，使其在较大 0对离 焦深范文内，系统的光学传递函数OTF和点扩散函数SPT 焦不敏感，从而在像面上得到一个模糊成都一致的中间图像
研究现状
研究背景意义
1
国外研究现状
1995年 美国科罗拉多大学的教授 E.R.Dowski 和W.T.Cathey提出 1999年 Sara C.Tucker等人将波前波前编码技术应用于显微镜设备 2000 年 美国军方与 CDMOptics 公司合作研究被动式红外波前编码成像系统 10 倍放大率单片塑料显微物镜 2002年 Edward R等人将相位掩膜板加入红外成像系统 2005年 Dowski Jr E R等人将波前编码技术应用于变焦成像系统中
设计100mm、250mm红外变焦成像系统
2
将波前编码技术应用于所设计的红外系统
模拟所设计系统成像，并恢复出清晰的图像
3
研究背景意义
研究背景意义
1
红外系统需要热补偿
红外材料对环境温度的敏感度，比可见光材料大一个数量级， 为保证红外光学系统在足够大的工作范围内成像良好，会对红外 光学系统进行无热化设计，减小温度对红外系统成像质量的影响。
1
优化目标
arccos
H u, H u, 0 H u, , H u, 0
相位板优化目标函数为：
H u, , H u, 0 arccos min H u, H u, 0 H 0.2125, 0.1