可见光红外全景光学系统设计样本
红外全景扫描跟踪成像系统设计与实现
引 言
红外 搜 索 跟 踪 系 统口 ］ （ Ｉ Ｒ Ｓ Ｔ） 接 收 目标 和 背 景 的红外 辐 射 ， 通 过 信 息 处 理 系 统 实 现 目标 的 实 时检 测 和 跟 踪 。 与 雷 达 相 比 ， Ｉ ＲＳ Ｔ 具 有 以 下 优 点： 被动 探测 可完 成 对 敌 攻 击 ， 不 需 要 雷 达 提 供 预
跟 踪 成像 状 态的稳 定 时 间小 于 １ ． ９ ４ Ｓ ， 系统 性 能 指 标 达 到 实 用 要 求 。
关键 词 ： 红外 全景 扫描 成像 ； 线 列探 测 器 ； 双视 场 ； 红 外 搜 索 跟 踪
中 图分 类 号 ： ＴＮ２ １ ６ 文 献标 志 码 ： Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｉ ｎｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｐ ａ ｎ ｏ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｎｎ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ
器 配 合 高速 转 台 和 高 均 匀性 扫 描பைடு நூலகம்器 ， 设 计 实现 了一 种 ３ ６ ０ 。 全 方 位 搜 索 和 跟 踪 的 成 像 系统 。 实验
结果表 明 ， 该 系统成 功 实现 了 ３ ６ ０ 。 全 景扫描 ， 在 搜 索到 目标 后 可 快速 转入 跟 踪 成像 ， 由搜 索转入
统 和基 于 面阵探 测 器 的 分 布式 孔 径 系 统 。其 中成
像 系统 构型 直接 决 定 了整 个 Ｉ Ｒ Ｓ Ｔ 系 统构 型 。本
文 对典 型 Ｉ Ｒ Ｓ Ｔ系 统 的成像 系统 构型 进 行 了分 析 ， 并 提 出了一 种 ３ ６ ０ 。 全 方 位 搜索 和 跟 踪 的成 像 系 统 构 型 。介绍 了成 像 系 统 的组 成 和 工 作 方 式 ， 详 细 讨 论 了红外 传 感 器 组 件 、 转 台 和 综 合 显 示 控 制 组
基于DMD的红外双波段景象模拟投影光学系统设计
Ｆ ／ ２
５． ３ ３ ￣５ ｇ ｍ＞０ ． ６； ８ ￣１ ２ Ｆ ｍ ＞０ ． ３
影光学系统等。由计算机图像生成器生成 的图像数 据， 经过数字信号处理 电路 ， 送人 Ｄ ＭＤ驱动电路 ． 并将数据保存在 Ｃ ＭＯ Ｓ 存储单元 。黑体光源产生
． ２ 系统初 始 结构 的选取 红外热辐射经过照明光学系统和投影棱镜后均匀照 ２
射Ｄ ＭＤ， 存储单元根据存储的二进制信息产生驱动
红外光学 系统 主要有透射式 和反射式 两种类
电压控制 Ｄ ＭＤ的偏转状态 ， 反射红外热辐射 ； 红外 型。一般 同轴反射式光学系统 的视场角较小且存在 热辐射通过投影棱镜 ， 输入到投影光学系统 ， 被投影 中心遮拦问题 ， 离轴反射式能够解决视场角和 中心 到被测试单 元的人瞳处 ， 使红外成像 系统如 同工作 遮拦的问题 ， 但其加工 、 装调等要求极高。透射式光
ｔ ｅ ｎ ｒ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｄ ｕ ａ ｌ － ｂ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｒ ｆ ｒｅ ａ ｄ （ ｍｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ３ ￣５ ｇ ｍ ｎｄ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ８ ￣１ ２ ｇ ｍ） ｓ ｃ ｅ ｎ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄ ｅ —
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红外全景系统光学被动式消热差设计全景拼接图像配准Harris算法论文
红外全景光学系统设计【摘要】伴随着红外技术和全景成像技术的不断发展,研究红外全景光学系统以代替单视场视觉系统已经成为各国竞相研究的热点。
相比于单视场视觉系统,红外全景系统具有不可比拟的优势：它克服了连续捕获新目标出现的观瞄低效、实时性差、更新速度慢等缺点,提高了目标的感知能力和搜索跟踪的速率,确保探测目标的准确度；并且探测灵敏度高,能识别夜间或恶劣环境条件下的各种伪装和多层次、多角度目标的威胁。
本文在总结和归纳国内外红外全景成像方法和发展趋势的基础之上,选择了多镜头全景成像法,设计了大视场、大相对孔径的红外物镜。
并采用视场交互式部署方式,设计出一个方位360°和顶视90°视场的五通道中波红外全景光学系统。
该系统使用一个探测器代替多个探测器接收方位和顶视的红外信息。
从设计结果的各类像差曲线、点列图和传函中分析出,系统在整个视场范围内成像质量良好,传函在171p/mm时接近衍射极限。
通过分析红外系统现有的几种温度补偿方法,采用光学被动式消热差,利用不同材料相互匹配和合理分配光焦度对红外系统在-40°C～60°C温度范围内进行消热差设计。
设计结果表明,在给定温度范围内成像质量满足设计要求,同时像面稳定。
采用离焦方式对系... 更多还原【Abstract】 With the continuous development of infraredtechnology and panoramic imaging technology, infrared panoramic optical system replace the single field vision systemand become hot in every country. Compared with the single field vision system, infrared panoramic system has unparalleled advantages:it overcomes the disadvantage of inefficient, poor real-time in continuous new target capturing, slow update and so on. It improves target perception and rate of track search to ensure the accuracy of targ... 更多还原【关键词】红外全景系统；光学被动式；消热差设计；全景拼接；图像配准；Harris算法；【Key words】infrared panoramic system；optical passive method；athermalisation；panorama stitching；image registration；Harris algorith；【索购论文全文】138113721 139938848 即付即发目录摘要3-4Abstract 4-51 绪论8-171.1 课题背景与意义8-91.2 全景成像技术的实现方法9-121.2.1 旋转扫描式全景图像拼接式法91.2.2 折反射全景成像法9-101.2.3 特殊结构形式实现全景成像10-121.3 红外全景成像系统的发展现状12-141.3.1 国外红外全景成像的发展状况13-141.3.2 国内红外全景成像的发展状况141.4 本文研究的主要内容和组织结构14-161.4.1 本文研究的主要内容14-151.4.2 本文的组织结构15-161.5 本章小结16-172 红外全景系统总体设计17-272.1 总体设计路线17-182.2 设计要求18-192.3 工作原理19-202.4 红外光学材料20-222.4.1 红外光学材料的主要性能20-212.4.2 红外光学材料的种类21-222.4.3 常见的红外光学材料222.5 热差理论22-252.5.1 引言22-232.5.2 温度效应23-252.6 无热化设计方法25-262.7 本章小结26-273 红外全景系统设计27-543.1 引言273.2 红外全景光学系统设计27-463.2.1 设计规格要求273.2.2 红外物镜设计27-373.2.3 无热化设计37-463.2.4 全景系统设计463.3 系统公差分析46-503.4 转像规律分析50-513.5 像移分析51-533.6 小结53-544 红外镜头性能分析与作用距离估算54-604.1 红外全景系统中光能损失分析54-554.1.1 光学元件内部的光能损失544.1.2 光学元件表面的反射损失54-554.2 镀膜55-564.3 红外全景成像探测距离估算56-594.3.1 盲区估算56-574.3.2 探测距离估算57-594.5 小结59-605 红外图像拼接60-675.1 图像拼接概述605.2 图像拼接流程60-615.3 图像配准方法61-625.4 基于Harris算法的图像配准62-665.4.1 Harris算法原理62-655.4.2 全景图像配准仿真与分析65-665.5 本章小结66-676 结论与展望67-706.1 本论文工作的总结67-686.2 未来工作的展望68-70参考文献。
可见光与红外系统PPT课件
计算机显示红外图像。当再按一次切换键，可将图像切换成可见光，继续寻找下一 个测量目标，依此循环。
3
MT9M034实物图
可见光CMOS图像信息读出原理
CMOS图像传感器MT9M034是Aptina公司于 2012年底推出的一款定位于低照度环境成像 探测的高灵敏度、低噪声CMOS图像传感器， 拥有完善的相机功能，例如自动曝光控制、 增益控制、窗口选择、视频模式和单帧模式 等，获取图像的方式有线性模式和高动态模 式两种选择。
3
MT9M034内部功能框图
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034CMOS图像信息读出原理
时钟
034 行同步 CMOS 场同步
数据 电源
CPLD
MC HS VS DATA
USB
或 平
2.0
板
接口
PC
将配置好的CMOS的行、场、时钟同步信号和数据位分出与CPLD引脚连接，此时CPLD获得 CMOS传出的行时钟,场时钟，像素时钟和12位数字信号。CPLD将12位CMOS数字信号低四位舍 去，留下高八位送给CY7C68013进行传输。
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
红外生命探测仪用光学系统的设计
ｚ ｏ ｒ ｔｏ ｏ ．Ｓ ｎ ｅ ｉ ｕ ｅ ｎ Ｓ ａ ｅ ｉ ｌ ｆ ｒ ｉｓｌ ｎ ，ｉｓＦ ｕ ｂ ｒ ｉ ｇ ｅ ｔ ｒ ｔ ａ ． ｉｈ ｏ ｍ ａ ｉ ｆ３ ｉ ｃ ｔ ｓ ｓ Ｇｅ ａ ｄ Ｚｎ ｅ ｍ ｔ ｒａ ｓ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｎ ｍ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｈ ｎ １ ｉ ｗｈ ｃ
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为变 倍
为补偿组 ， （ 为后 固定组 。图 １ ｊ ５ 中，上
０ 引 言
以往 的红 外 生命探 测仪 一 般都 是采 用 固定 焦距 透 镜 的单 视场 系统 。该 系统 所用 的透 镜 片
数少 ， 并且能够 较好地 吸收红 外辐射 能量 ， 但是
性， 无法很好地适 应灾后 复杂多变 的环境 。 随着 技术 的改进 ，变焦 距视 场 系统 逐渐 取代 了单 视
ｉ ｆａ ｅ ａ ｅｄ ｏ ｉ ｗ ｐ ｉ ａ ｅ ｅ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ． Ｔｈ ｐ ｉａ ｙｓｅ ｉ ｏ ｍ ｙ ｔ ｍ ． ｎ ｒ ｒ ｄ ｄｕ ｌｆ ｌ ｆｖ ｅ ｏ ｔｃ ｌ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｅ ｏ ｔｃ ｌｓ ｔ ｍ ｓ ａ ｚ ｏ ｓ ｓ ｅ Ｂｅ ａ ｓ ｓｌ ｎ ｒ ｕ ｏ ｍ ｓａ ｄ ｃ ｍ ｐ ｎ ａ ｅ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｙ ａ ｉ ｌ ｃ ｕ ｅ ｉ ｅ ｓｇ ｏ ｐ ｚ ｏ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔｓｔｍ ｒ ｔ ｅ ｂ ｘ ａ ｔｏ ， ｔ ｌ ｃ ｒ ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｙ ｔ ｍ ｍｏ ｉ ｎ ｉｓｅｅ ｔ ｏ ｃ ａ ｉａ ｓ ｅ ｓ ｉ ｉ ｐ ｉ ｅ ｓｓｍ ｌ ｄ．Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｎ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｗａ ｅ ｂａ ｄ ｏ ｏ １ ｍ ． ｃ ｌ ａ ｅ ｏ ５ ｔ ４ ｎ ａ ｄ ａ ｉ ｆ ｅ ｓ ｓ ｅ ｈ ｓ ａ ｐ ｒ ｔ ｏ ｖ ｎ ｆ８ ｔ ４ ｕ ａ ｆ ａ ｎｇ ｆ ｏ １ ０ ｉ ｎ ｏ ｒ ３ ｎｉ
可见光红外光学系统的制作方法 专利
可见光红外光学系统的制作方法专利【导语】可见光红外光学系统在众多领域都有广泛应用，如天文学、遥感探测、军事观察等。
这类系统的制作方法涉及到精密的工艺和专利技术。
以下将详细介绍一种可见光红外光学系统的制作方法，供大家参考。
【正文】一、可见光红外光学系统的定义可见光红外光学系统是一种能够同时探测可见光和红外光的光学系统。
它通常由光学镜头、探测器、信号处理单元等部分组成。
二、制作方法1.设计光学系统根据应用需求，设计合适的光学系统。
光学系统应包括以下部分：（1）可见光通道：采用高折射率玻璃材料，设计为反射式或折射式光学系统。
（2）红外通道：采用低折射率玻璃材料，设计为反射式光学系统。
2.制造光学元件根据设计图纸，采用以下方法制造光学元件：（1）熔融石英铸造法：用于制造可见光和红外光学元件。
（2）金刚石车削法：用于制造高精度非球面光学元件。
（3）光学镀膜技术：在光学元件表面镀上一层或多层光学薄膜，以满足特定波长范围内的光学性能要求。
3.组装光学系统将制造好的光学元件按照设计要求组装成光学系统。
具体步骤如下：（1）清洁光学元件表面，确保无尘、无污染。
（2）采用光学粘合剂或机械固定方式，将光学元件组装成一体。
（3）调整光学系统，使其满足预定的光学性能指标。
4.调试与检测（1）对光学系统进行调试，确保其在可见光和红外波段都能正常工作。
（2）利用光学检测设备，如干涉仪、光栅光谱仪等，对光学系统进行性能检测。
（3）根据检测结果，对光学系统进行调整，直至满足应用要求。
三、专利技术本制作方法涉及以下专利技术：1.光学设计方法：采用优化算法，实现可见光和红外光的高效耦合。
2.光学元件制造技术：采用金刚石车削法制造高精度非球面光学元件。
3.光学镀膜技术：研发适用于可见光和红外波段的光学薄膜。
4.光学系统调试与检测技术：确保光学系统在可见光和红外波段具有优异性能。
四、应用领域本可见光红外光学系统制作方法可应用于以下领域：1.天文观测：用于探测宇宙中的可见光和红外辐射。
红外光学镜头设计方案
光学系统设计方案设计参数：1) ICCD分辨率：1248х10242) 像元尺寸：6μmх6μm3) 靶面尺寸：7.48mmх6.14mm4) 系统焦距：1500mm5) F数：3.756) 波段范围：450nm～800nm系统初步设计如下：口径Ф400mm，系统长度500mm。
光路二维图如下图所示。
系统为折返射式光学系统，前部采用施密特矫正镜，后端采用卡式系统，达到减小系统尺寸的目的。
图 1 光学系统二维图图 2 光学系统三维图图 3 光路剖视图表 1线视场分析距离（km） 1 5 10 30线视场（m）5×4.125×20.550×41150×123图 4系统球差及场曲曲线系统传递函数曲线如下图所示，根据探测器像元尺寸，MTF截频计算至83lp/mm处，从下图可以看出，系统MTF在100lp/mm处，水平最大视场及垂直最大视场均高于0.5，对角线视场MTF高于0.5。
图 5 系统MTF曲线系统弥散圆的大小如下图所示，弥散圆表示点源物体经过系统后的发散情况，其半径越小、能量越集中，说明成像质量越好。
通常接近衍射极限的系统弥散圆直径小于接收器的单个像素值。
本系统采用的探测器像元尺寸为6μm，系统的弥散圆直径最大值为3.8μm，说明系统的成像质量接近衍射极限。
图 6畸变网格及畸变曲线系统的畸变网格和畸变曲线如下图所示，畸变的大小能直接反映出系统图像的变形情况，从下图中可以看出，系统的最大畸变小于0.01%，图像变形肉眼无法分辨。
图 7畸变网格及畸变曲线系统成像的二维仿真效果如下图所示，左图为目标图像，右图为经系统后所成图像，从图中可以看出，系统成清晰倒像。
图 8二维成像仿真公差分析镜头最终的成像质量受到材料、加工、装配等各方面的影响，为保证系统最终获得良好的成像质量，设计时应充分考虑系统各部分的公差分配，使材料、加工及装配的误差均在可接受的范围内，避免某类误差过大使最终的成像质量下降过多。
五通道红外全景光学系统设计
ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｈ ｎ ｅ ｉ ｈ ａ ｇ ｆ一 ０ ６ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ４ － ０℃ ，ｉ ｈ ｃ ｈ ｐ ｉａ ａ ｓ ｅ ａｈ ｒ ｌ ａｉｎ ｉ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｎ ｗ ｉ ｔ ｅ ｏ ｔ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｐ ｓ ｉ ｔｅ ｍａｉ ｔ ｓ ｐ ｌ ｏ ｈ ｃ ｖ ｓ ｏ ｅ
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境 温 度 一 ０ ６ ℃ 之 间 工 作 的 中波 红 外 全 景 系统 会 由 于 温 度 变 化 而 导 致 系统 的 成 像 质 量 变 差 ．故 采 用 ４－ ０ 光 学被 动 式 无 热 化 设 计 ， 消 除 温度 效 应 对 系统 的影 响 ， 给 定 的 温 度 范 围 内 ， 像 质 量 满足 设 计 要 求 。 以 在 成 关 键 词 ：红 外 全 景 系统 ； 五 通 道 ： 光 学被 动 式 ； 无 热 化 设 计
长波红外高光谱成像系统的设计与实现
长波红外高光谱成像系统的设计与实现随着红外光谱技术的不断发展，长波红外高光谱成像系统的应用越来越广泛。
本文将介绍一种长波红外高光谱成像系统的设计与实现。
一、系统概述本系统主要由光学系统、光谱仪、控制系统和图像处理系统四部分组成。
其中，光学系统负责将被测样品的辐射能量收集到光谱仪中；光谱仪负责将不同波长的辐射能量分离并检测；控制系统负责控制光学系统和光谱仪的运行；图像处理系统负责将光谱数据转化为图像。
二、系统设计1. 光学系统设计本系统采用反射式光学系统，由凸面反射镜和平面反射镜组成。
凸面反射镜用于收集被测样品的辐射能量，平面反射镜用于将辐射能量反射到光谱仪中。
为了提高系统的灵敏度，采用了金属反射镜。
2. 光谱仪设计本系统采用分光光度计作为光谱仪，由光栅、光电二极管和放大器组成。
光栅负责将不同波长的辐射能量分离，光电二极管负责检测辐射能量，放大器负责放大检测信号。
为了提高系统的分辨率，采用了高分辨率光栅。
3. 控制系统设计本系统采用单片机作为控制系统，通过控制光学系统和光谱仪的运行，实现对被测样品的辐射能量的收集和分析。
为了提高系统的稳定性和可靠性，采用了高性能单片机。
4. 图像处理系统设计本系统采用数字信号处理器作为图像处理系统，通过将光谱数据转化为图像，实现对被测样品的成像。
为了提高系统的处理速度和精度，采用了高性能数字信号处理器。
三、系统实现1. 光学系统实现本系统采用了定制的凸面反射镜和平面反射镜，通过精密加工和调试，实现了光学系统的精度和稳定性。
2. 光谱仪实现本系统采用了高分辨率光栅、高灵敏度光电二极管和高增益放大器，通过精密调试和校准，实现了光谱仪的高分辨率和高灵敏度。
3. 控制系统实现本系统采用了高性能单片机，通过编写控制程序，实现了对光学系统和光谱仪的精确控制和数据采集。
4. 图像处理系统实现本系统采用了高性能数字信号处理器，通过编写图像处理程序，实现了对光谱数据的转化和成像。
四、系统测试本系统经过精密调试和校准后，进行了系统测试。
可见光红外全景光学系统设计样本
附件4:序号: HLJGDJS022 第二届黑龙江省大学生光电设计竞赛创意设计类创意策划书竞赛题目: 可见光红外全景光学系统竞赛队名: 云柏科技黑龙江省大学生光电设计竞赛组委会制二〇一七年三月( 二) 国内技术中国对该问题的研究尚处于初级阶段。
在由国家自然科学基金资助开展的折运射光学全景成像, 全景图像恢复等方面的研究, 上海交通大学的除卫东副教授结合全发成像理论, 研究了广度优化搜素法最后应用于移动机器人导航系统。
但这些研究还处在理伦试验研究阶段, 距工程应用尚待时日。
浙江大学杨国光教授提出了一种180度大视场y形全景凝视成像方法, 这种全新的成像手段能够获得无远景深的凝视像, 但设计工作量大, 且获得实性时较难.1998年浙江大学光电信息工程学院就已开始研究全景成像方面, 而且将二元光学应用于全景领域, 取得了重大的进展, 为国内首创的研究成果, 为以后的研究提供了使用价值及参考价值。
除了这项技术外, 全景技术又出现了一种新的方法, 是由曾责勇、苏显渝提出的折反射全兼成像系统设计方法, 该方法将非球面反射镜与成像技术相给合, 已实现全方位场景成无畸变像!当前, 国内虽然红外技术已经较为成熟, 可是可见、红外与全景结合技术的工程应用仍处于相对落后阶段, 只有一些学校、研究所在从事这方面的研究。
由王水仲设计的红外热成像鱼眼镜头””, 已广泛用于医疗内窥检查, 边防监视, 气象探测等生活各个方面。
二、项目技术路线及设计全景成像系统视场大, 能够获取的信息量大, 价格也不昂贵, 而且观测也方便。
全景系统在军事上用于目标监控, 全景视频会议, 恶劣环境下探测目标等等。
随着技术的日新目异的发展, 有很多方法来设计全景成像, 超广角鱼眼镜头视场角能达到l80°甚至更大, 它的缺点在于畸变很大, 对于图像拼接不利; 旋转扫描式全景成像只能在实时性要求不高的环境下应用, 它的图像更新速度也不高, 而美国专利第5816999号广角镜头( 二) 工作原理考虑到全景光学系统处在运动场合带来某些帧频信息的丢失, 全景光学系统采像系统选用分布孔径的方法, 但该方法存在光心校对难, 参考了国内外多镜头全景成像的方法, 和结合本文设计思路, 确定全景光学系统转像部分采用特殊形式, 不但能够最大量的接受有用信息, 还解决了分布孔径部署产生的光心不能很好的对准的问题。
红外光学系统红外光学设计
第二章 红外光学系统光学系统在红外系统中的作用十分类似于用于接收目标回波的雷达天线,就是接收辐射能量，并把它传送给探测器。
可见光和红外本质上都是电磁波，只是谱段不同，用于可见光系统设计的工程光学的基本理论和设计方法，同样可用于红外光学系统的设计。
本章2.1至2.4节对光学首先对此作简要介绍。
但是，红外光学系统基本结构、材料、薄膜以及涉及光学系统与探测器耦合的辅助光学系统，有其特殊的一面，应予阐述。
2．1 光学基本定律 2．1．1 光的波动性光的波动理论认为，光源是一个辐射电磁波的波源，光的传播就是波动的传播。
光在真空中传播的速度为3×108m/s ，在任何别的介质中的光速都要比真空中光速小。
光波是横波，其振动方向垂直于传播方向。
机械简谐振动产生的横波的波动方程可表达为：)2cos(),(αωλπ+-⋅=t zA t z y式中： ),(t z y 为t 时刻，空间位置为z 处的机械位移；A 为振幅，ν为振动频率，πνω2=为园频率，α为初始相位角。
具有同一振动相位的空间两个相邻点之间的距离可称为波长，例如两个相邻波峰或相邻波谷之间的距离。
波长的倒数称为波数，其单位常取cm -1。
在光谱学中使用波数比使用波长更方便。
波动传播的速度即波峰或波谷传播速度，有：νλλ==TV 机械波是机械振动产生的，而电磁波则是电磁振荡产生的，反映为电场强度E 和磁感应强度B 的时空变化，其规律可用麦克斯韦方程表述。
由于光对物质的作用主要是电场的作用，在光学中大多数情况下只研究电场强度E 的规律，E 矢量即电矢量，也称为光矢量。
图2.2 偏振面为XY平面的偏振光E矢量、B矢量和传播方向矢量相互垂直，构成右手螺旋。
相对于传播轴，E矢量的分布不一定是均匀分布的，这种分布的不均匀性称为偏振。
实际光源有数目众多且相互无关的发光分子，它们的电矢量虽然还是垂直于传播方向，其取向与大小都随时间作无规则的变化，但各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光（图中a），只有单一取向的称为线偏振光，介于两者之间的是部分偏振光。
微型近红外光谱仪系统的设计模板
微型近红外光谱仪系统的设计1 微型近红外光谱仪系统相关理论1.1 近红外光谱仪系统的工作原理近红外光谱是由于分子振动能级的跃迁(同时伴随转动能级跃迁)而产生的。
近红外分析技术是依据被检测样品中某一化学成分对近红外光谱区的吸收特性而进行定量检测的一种方法，它记录的是分子中单个化学键基频振动的倍频和合频信息，它的光谱是在700--2500 nm 范围内分子的吸收辐射。
这与常规的中红外光谱定义一样，吸收辐射导致原子之间的共价键发生膨胀、伸展和振动，中红外吸收光谱中包括有C-H 键、C-C 键以及分子官能团的吸收带。
然而在NIR 测量中显示的是综合波带与谐波带，它是R-H 分子团(R 是O、C、N 和S)产生的吸收频率谐波，并常常受含氢基团X-H(C-H、N-H、O-H)的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H 振动的倍频和合频吸收。
图1.1是近红外技术的分析过程图，左侧箭头是建模过程，右侧箭头是检测过程。
图1.1近红外技术分析过程图1.2 近红外光谱仪光学系统基本理论在近红外光谱分析系统中，用于测量近红外光谱的近红外光谱仪是系统的基础，而分光光学系统是光谱仪的核心。
1.2.1 色散原理色散系统是光谱分析仪器中的重要组成部分，色散系统的选择与设计直接关系到光谱仪器的性能。
按其工作原理可分为空间色散型和干涉调制型。
空间色散型包括物质色散、多缝衍射和多光束干涉；而调制型主要为傅里叶变换分光、哈达玛变换分光和光栅调制分光等，这里主要介绍衍射色散分光。
在物理光学中，可以把光波看成在空间分布的标量电磁场，由于光波的波动性质，当光波通过具有一定宽度狭缝时，会发生衍射现象。
如果光波同时通过两个相邻的狭缝时，由两狭缝发出的光波将在产生干涉的同时还会受到单缝衍射的调制。
由此类推，对于多缝衍射，可以认为多缝衍射光强是多光束干涉光强被单缝衍射光强调制的结果，这就是衍射光栅的工作原理。
衍射光栅就是利用多缝的干涉衍射效应，对于任何装置，只要它能起到等间隔地分割波阵面的作用，都可以称为衍射光栅。
近红外成像光学系统设计
近红外成像光学系统设计1 近红外成像光学系统近红外成像是一种非常先进的成像技术，它可以在大气湿度，灰尘和烟雾等恶劣环境中得到清晰的图像。
它可以显示夜间环境中隐藏的物体，还可以通过精细调节来提供多种模式以满足特定应用需求。
近红外成像光学系统是一种实现此功能的系统，具有多种功能。
1.1 近红外成像光学系统的组成近红外成像光学系统由近红外摄像机、近红外发射器和光学组件组成。
近红外摄像机由一个红外探测器和一个控制模块组成，可以探测目标的热量发射，产生清晰的图像。
该近红外发射器可以将红外辐射发射到目标表面，以便远程检测和计算目标特征。
此外，还需要安装一些光学组件，例如镜头、滤镜和投影仪，以提高图像质量。
1.2 近红外成像光学系统的性能可实现近红外成像光学系统的性能很高，它可以提供清晰的图像和有效的定位能力。
传感器的精确度高，可以测量准确的热量分布特征，有效识别物品的温度变化。
此外，系统可以节能环保，它只需要极少的电量运行，且检测距离远。
同时，它的灵活性也很强，可以在各种场景中工作，适用于多种应用场景，可根据客户的需求进行大量调整。
2 近红外成像光学系统的应用近红外成像光学系统可以用于多种应用，例如智能安防领域，它可以实现温度场检测，监测报警，还能够检测出可疑的人员动态；另外还可以用于医疗领域，它可以实现心脏检测，监测婴儿的温度等；与此同时，近红外成像光学系统还可以用于温度测量、工业过程控制和无人机远程监控等领域，以解决精确测量和图像识别问题。
3 近红外成像光学系统的研究近红外成像光学系统研究仍在不断发展，研究者们正在不断改进系统的精度和性能，以满足更多应用需求。
在传感器方面，正在开发新型探测器，以提高探测精度；在发射器方面，正在开发可实现远距离红外照射的新型照明系统；在光学组件方面，正在开发设计新型光学系统，以提升图像质量。
4 结论近红外成像光学系统是一种前沿的成像技术，可以用于多种应用。
它具有高精度、灵活性强、支持夜视等优点，可以满足多种特定需求。
基于HI3559V200的红外和可见光融合系统设计
基于HI3559V200的红外和可见光融合系统设计作者：甘威来源：《数字技术与应用》2019年第05期摘要：为了适应不同的侦查环境，本文研究分析了一种基于海思HI3559V200的低功耗红外和可见光融合系统，既可单独显示红外或者可见光图像，也可显示二者融合图像。
使用该方案设计的系统成像效果优秀，国产化程度高，功耗低，具有很强的实用性。
关键词：红外;可见光;系统设计中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0173-010 引言红外图像表现物体表面温度分部状态，能够在夜间区分目标和背景，可见光是物体反射可见光所成的像，能够提供高分辨率和清晰度的细节图像。
由于成像原理不同，兩种图像较好的互补了目标场景信息，因此设计一套具备单红外、单可见光、红外可见光融合的系统更适用于不同的侦查环境[1，2]。
1 系统方案本系统的结构框图如图1所示，整个系统分为3个部分，分别为：传感器部分，主控部分，显示部分。
传感器部分分为红外机芯和可见光CMOS传感器。
红外机芯选用瑞创微纳的MicroII640P 组件，其探测器为12um的非制冷红外焦平面探测器，分辨率为640*512，典型功耗1.3W。
可见光CMOS传感器选择索尼的imx274，支持4k输出。
主控部分选用海思的HI3559 V200作为主芯片，具备3840*2160@60fps的编解码能力，可以同时采集二路sensor数据，支持多种外部接口，搭配外部电路，可实现本系统设计所要求的全部功能，其典型功耗为1W。
接口部分包括OLED显示接口，HDMI接口，GPIO接口，SD卡接口，串口、无线接口等。
显示采用国产高清OLED（分辨率为1280*1024）。
HDMI接口用作外接视频显示。
SD卡用于存储扩展，确保系统的大容量存储。
串口用来与北斗等外设通信。
无线接口用来传输实时视频。
2 关键技术本系统使用的红外与可见光融合算法采用基于多尺度变换的方法，包括如步骤：（1）采集红外与可见光通道数据，分别进行预处理;（2）对预处理好的图像进行配准，以使二者成像视场趋于一致，为了获得更好的配准效果，需要在结构上尽量保证配准准确;（3）利用对比度金字塔分解的方法对配准图像进行融合处理，生成融合图像。
10倍全球面红外变焦光学系统设计
10倍全球面红外变焦光学系统设计赵英明;杨若夫;杨春平【摘要】针对320×240像素非制冷红外焦平面探测器,设计了一个工作波段为3.7 μm～4.8μm的红外变焦光学系统.该系统由6片全球面透镜组成,采用硅和锗两种常见的红外材料,F数为2.5,后工作距为20 mm,可以实现15 mm～150 mm范围内连续变焦.设计评价结果表明:光学系统在探测器奈奎斯特频率16 lp/mm处,变焦范围内全视场MTF大于0.6,0.7视场MTF接近0.7,整体接近衍射极限.焦平面探测器敏感元能量集中度大于70％,具有大相对孔径、长工作距、全球面的特点.在-20℃～60℃温度范围内,成像质量满足设计要求.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】6页(P465-470)【关键词】光学设计;变焦系统;红外技术;非制冷焦平面探测器【作者】赵英明;杨若夫;杨春平【作者单位】电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN216红外成像技术具有抗干扰、隐蔽性好、环境适应能力强和被动工作等特点，在安全监控、刑事侦查、航空航天等领域有广泛的应用[1-8]。
非制冷型红外焦平面探测器具有体积小、适用性强、无需制冷等特点，有着良好的发展前景[9]。
随着非制冷红外焦平面探测器等红外技术的发展，非制冷型红外变焦系统应用范围会逐渐扩大。
在用于目标探测时，连续变焦光学系统通过变焦能够实现短焦搜索目标，长焦观察目标。
较大的变焦范围可以增强系统的实用性，增大相对孔径可以使红外敏感元捕获更多的能量信息并提高分辨率，在设计时考虑两者的同时也要兼顾系统的尺寸、重量、加工成本等因素。
在满足设计指标的情况下，使用数目最少的透镜和选用常见的面型是较好的设计。
文献[1]基于160×120像素非制冷探测器设计了一个10倍变焦红外光学系统，使用了8片透镜并引入了2个偶次非球面；文献[2]基于640×512像素焦平面探测器设计的10倍红外变焦系统，使用了7片透镜和2个反射镜，其中包括3个非球面，2个衍射面；文献[3]针对制冷型320×240像素红外焦平面探测器，设计了一个25倍红外变焦系统，虽然能够实现高倍变焦，但其使用了10片透镜并引入了4个非球面，结构复杂。
基于Q型非球面的全景环带红外光学系统设计
基于Q型非球面的全景环带红外光学系统设计
刘一帆;周峰;胡斌;晋利兵
【期刊名称】《航天返回与遥感》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。
传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中,光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大,同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。
文章基于像差理论,讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法,将Q型(Q-Type多项式)非球面引入全景头部单元增加优化变量,用偏离因子因子k_(RMS)数值表征非球面加工难度,设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。
该系统在奈奎斯特频率(20线对/mm)处调制传递函数优于0.5;全视场像元(25μm×25μm区域内)能量集中度优于65%,像质评价结果表明其成像品质良好。
该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进,满足超大视场实时成像的应用需求。
【总页数】9页(P90-98)
【作者】刘一帆;周峰;胡斌;晋利兵
【作者单位】北京空间机电研究所;北京邮电大学
【正文语种】中文
【中图分类】O439
【相关文献】
1.高空预警探测用450 mm口径红外非球面光学系统设计
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基于DMD的红外双波段景象投影光学系统设计
第39卷 第5期2007年5月哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报J OURNAL OF HARBI N I NSTI TUTE OF TECHNOLOGYVo l 39N o 5M ay 2007基于D MD 的红外双波段景象投影光学系统设计常 虹,范志刚(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001,E -m ai:l sunsh i ne8299@ )摘 要:描述了基于数字微镜器件(D M D )的动态红外景象投影系统的基本原理,设计了一种准直投影光学系统.此光学系统采用透射式,工作在(3~5) m 和(8~12) m 双红外波段,焦距为480mm,相对孔径为1 3 2,半视场角为1 3 ,入瞳距为240mm.最后对设计结果进行了分析,给出系统的调制传递函数曲线,表明光学系统的像质满足使用要求.关键词:数字微镜器件;红外景象投影;投影系统;光学设计中图分类号:TH 741 1+4;TN214文献标识码:A文章编号:0367-6234(2007)05-0838-03Optical syste m design of D M D -based dua-l band infrared scene projecti onCHANG H ong ,FAN Zh-i gang(School o fA stronautics ,H arb i n Institute of T echnology ,H arb i n 150001,Ch i na ,E -ma i:l sunsh i ne8299@ )Abst ract :The structure and funda m en tal pri n c i p l e o f D M D dyna m ic i n frared scene pro jecti o n syste m is de -scri b ed ,and t h e projection optics syste m is desi g ned .This pr o jecti o n syste m uses refracti o n m ode,l it co ll-im ates the infrared li g ht output fro m dig ita lm irror dev i c e i n 3~5 m and 8~12 m ,and enab l e s an i m age syste m to be tested out of 1 3 fi e l d o f v ie w .The effective focal length of th is F /3 2syste m is about 480mm.The resu lt o f th is desi g n is ana l y zed ,and the M odulati o n T ransfer Function (MTF)for fi v e-fie l d positi o n i n 3~5 m and 8~12 m sho w the better perfor m ance of the optica l syste m.K ey w ords :dig ita lm irror device ;I R scene pro jecti o n ;pr o jection syste m;optica l desi g n 收稿日期:2007-03-12.作者简介:常 虹(1982 ),女,博士研究生.随着愈来愈多的红外成像跟踪制导系统的开发和研制,其测试评估方法也发生了重大变化.利用动态红外景象半实物仿真技术,不仅可对红外系统进行快速实时的测试与评估,还可用来进行红外场景的投射,模拟真实的红外景象.景象投影方式是测试红外传感器系统的最完整的方法,也是最佳的选择[1],这种仿真方式如图1所示.在景象投影方式下,红外场景信号经过投影系统转换成相应频段的高逼真的红外动态图像,然后提供给红外导引头的光学及传感器部分,供导引头进行探测和识别.这种方式主要考察制导系统的成像、跟踪及抗干扰性能.景象投影的仿真模式已经成为目前导弹性能仿真的主要趋势[2].在动态红外景象投影系统中,红外投影仪是最关键、难度最大的部分.它的技术特点决定了景象生成器的性能.随着现代精确制导武器的发展,精确制导武器仿真系统的发展也随之而发展起来.双色导引头作为目前主要发展的精确制导武器之一,其仿真系统的研究也成为一项重要课题,而红外动态场景的生成是仿真系统中的关键技术之一.图1 景象投影方式半实物仿真系统1 技术原理此红外仿真系统采用数字微镜器件(D MD )作为景象生成器件,从物理原理上讲,该技术是对红外辐射进行反射调制而得到红外景象;但是在可见和紫外光波段,利用这种投影技术也可以产生逼真的动态景象,它具有高的空间分辨率、高帧频、无死像元、均匀性好、体积小、成本较低等特点[3].1 1 D MD 工作原理D MD 是一种用二进制脉宽调制的数字光开关,是目前世界上最复杂的光开关器件.D MD 是由成千上万个可倾斜的铝合金微镜组成的,其成像是靠微镜转动完成的,每一个像素上都有一个可以转动的微镜,每个微镜的尺寸为16 16 m ,微镜间隔约1 m,每个微镜都有 10 的偏转角分别对应 开 态和 关 态.平态时,像素微镜水平放置,投影镜头置于像素微镜的中垂线上;微镜偏转+10 时( 开 态),反射光线几乎全部通过投影系统;微镜偏转-10 时( 关 态),反射光线偏离投影系统,被吸收装置吸收,如图2所示.当光开关处于 开 态时,反射光可以通过投影透镜投射到屏幕上,屏幕上出现亮态;当光开关处于 关 态时,反射光投不到屏幕上,屏幕上出现了暗态,根据需要控制微镜的开、关状态,从而实现显示.图2 D M D 显示原理示意图1 2 D MD 红外景象投影系统工作原理D MD 动态红外景象投影系统,是基于T I 公司的DLP(D i g italL i g htProcessi n g)投影技术而开发的红外投影仪,它由以下几部分构成:照明系统、核心器件D MD 、投影系统、计算机图像生成器(C I G )、D MD 驱动电路等.整个仿真投影系统的结构如图3所示.微镜器件DMD 为系统的核心器件,位于系统中心.由计算机图像生成器产生图像数据,通过DLP 视频处理电路和D MD 驱动电路输入DMD 器件;用黑体辐射源均匀照射器件,利用D MD 反射调制入射辐射产生红外热图像.生成的红外景象通过图3 D M D 动态红外投影系统示意图光学准直投影系统投射到被测试单元(UUT)的入瞳处,使红外景象与真实目标和背景在探测器上的像斑大小、辐射能量空间分布一致.这样用D MD 产生的红外图像模拟真实目标和背景辐射,以达到评价制导系统性能的目的.由原理可以看出,准直投影光学系统对整个仿真系统至关重要.2 光学系统设计思想红外光学系统与可见光相比,红外光学系统必须具有大的通光孔径和大的相对孔径以收集更多的红外辐射,它的工作波段宽,与可见光相比,像差校正困难,红外光学材料的折射率都比较高,需要镀增透膜来减少反射损失.根据红外光学系统的特点,在设计时应遵循以下原则[4-5]:1)光学材料的选用,应保证在工作波段有较高的光学透过率;2)光学元件在加工工艺允许的范围内,使接收口径和相对孔径尽可能大以保证接收更多的能量,有较高的灵敏度.2 1 光学参数的确定由系统的工作原理可知,投影系统的物为景象生成器件(即DMD 芯片),且DMD 芯片置于投影系统的物方焦平面上,出射光为平行光.一般评价投影系统的成像质量时,将投影系统倒置.为设计方便采用反向设计方法,平行光入射,相当于无穷远物通过物镜成像,像面位于D M D 位置上.投影系统的出瞳(出瞳位置为倒置时的入瞳位置)应与导引头入瞳衔接,以有效利用辐射能量和避免不必要的杂散光进入导引头光学系统视场.为保证有一定误差时景象生成器输出能量也能完全充满导引头入瞳,可要求投影系统出瞳稍大于导引头入瞳.为有效利用景象生成器的各像元,又能完全覆盖整个导引头成像视场,最好使投影系统视场与导引头成像视场一致,或稍大于导引头视场.投影系统焦距由景象生成器的尺寸(D MD 的对角线尺寸)和投影系统视场确定.投影系统的分辨率受被测系统(导引头)和D MD 分辨率的限制,足够使用即可.综合考虑到能量、衍射、像差、测试以及装调等因素,确定指标如下:波段:(3~5) m 和(8~12) m 焦距:480mm ;F 数:3 2(>2 8)入瞳直径:150mm后焦距:>100mm分辨率:>4对线/mm (对应弥散斑直径125 m,弥散角约0 22m rad)2 2 初始结构型式选取受红外材料的限制,红外系统采用反射式比839 第5期常 虹,等:基于D M D 的红外双波段景象投影光学系统设计较多,但随着可用材料的增加,折射式红外系统在逐渐增多.为适应仿真系统小型化特点,红外物镜系统结构上选取折射式系统.此投影系统相对孔径比较大,焦距中等,视场较小,但系统的工作波段很宽,所以此红外投影系统至少要使用3片以上透镜.系统工作波段为(3~5) m 和(8~12) m 可用的材料主要有Si 、Ge 、ZnS 、ZnSe 等,红外材料具有高折射、低色散的特点,可透过(3~5) m 和(8~12) m 的红外辐射的材料很多,Ge 常用于(8~12) m 光谱带,Si 适用于(3~5) m 光谱带,硫化锌和硒化锌可用于(8~12) m 光谱带.考虑消色差条件,选取Ge 、ZnS 、ZnSe 作为红外物镜的材料.2 3 像质评价影响光学系统像质的因素,除了几何像差外,还有衍射效应.衍射是光波动产生的结果,它与波长及光学系统的F 数有关,而几何像差取决于光学零件表面的几何形状和材料的色散,可通过光学设计进行校正.对于红外光学系统,应结合衍射和几何像差两种因素来评价光学系统的像质.3 设计结果及分析经选择和分析,此光学系统选用4片透镜,如图4所示.从左至右第一片透镜材料为Ge ,第二片为ZnSe ,第三片为ZnS ,第四片为ZnSe .材料的折射率比较高,需要度增透膜.考虑到光瞳衔接的要求,将光阑置于系统第一个透镜之前240mm 处.图4 投影物镜结构由于实际光学系统中,光线通过一个半反半透镜,因此在第四片透镜后面加入一片材料为Ge 的半反半透镜.利用ZE MAX 优化得到最终结果.光学系统焦距f =480mm,入瞳直径150mm ,视场1 3 ,后焦距368 47mm .系统的传递函数曲线如图5和图6所示,图5为(3~5) m 波段系统的调制传递函数曲线,图6为(8~12) m 波段系统的调制传递函数曲线.由图5和图6可以看出,在(3~5) m 波段系统的分辨率可以达到10对线/mm ,在(8~12) m 波段系统的分辨率都可以达到7对线/mm ,设计要求只需满足4对线/mm .系统的像质能够满足使用要求.另外,影响像质的另一因素为衍射效应,系统的衍射艾里斑直径计算公式为=2 44 f /D.图5 (3~5) m波段各视场的调制传递函数曲线图6 (8~12) m 波段各视场的调制传递函数曲线光学系统的焦距480mm,入瞳直径150mm,利用上式计算系统艾里斑直径.对于(3~5) m 波段,中心波长取4 m ,可以得到,系统工作在(3~5) m 波段时,衍射艾里斑直径为31 232 m;对于(8~12) m 波段,中心波长取10 m,那么系统工作在(8~12) m 波段时,衍射艾里斑直径约为78 08 m.可以看到,艾里斑直径比较大,衍射效应比较强,这直接导致了系统像质的下降.4 结 论采用本文介绍的动态红外景象仿真系统,具有结构紧凑、响应速度快、空间分辨率高、动态范围宽等特点,得到的红外图像具有良好的分辨率、对比度及稳定性,可广泛用于红外半实物仿真系统.为此仿真系统设计的投影光学系统性能良好,能够满足中波红外和长波红外两个波段的使用要求.参考文献:[1]高德平.制导武器试验的半实物仿真技术[C]//中国航空学会电子专业委员会2003学术交流会论文集.北京:中国航空学会电子专业委员会,2003:123-139.[2]W I LL IAM S O M.Dyna m ic infrared scene projection :Arev ie w [J ].Infrared Physics &T echno logy ,1998,39(7):473-486.[3]陈二柱,梁平治.数字微镜器件动态红外景象投影技术[J].红外与激光工程,2003,32(4):331-334.[4]冯克成,刘景生.红外光学系统[M ].北京:兵器工业出版社,1995:124-149.[5]ROBERT E F .红外系统的光学设计[J].云光技术,2000,32(6):6-25.(编辑 张 宏)840 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第39卷。