联合变换相关器远红外变焦距光学系统设计

Ｅ ＬＤ Ａ Ｃ 。如 果忽略噪声 ，光 学傅里 叶变换 系统的输 入函数可以写作 ：
ａ ｘ － ＝ （ ｙ ＋ （— ｙ ， （ ，） ０ ， ）ｒ ，— ） ｙ （） １
平 行光经半反半透镜后 分为两路 ，其 中一路用 于获
得联合变换功率谱 ，这样经 Ｃ Ｄ 实时摄取 的 目标图 Ｃ 像 与事先存贮在计算机 中的参考 图像 一起输入到 电 寻 址 液 晶 Ｅ Ｌ Ｄ ，联 合 图像 经 傅 里 叶 变 换 透 镜 ＡＣ Ｆ Ｌ 后 ，由平方律探测器 Ｃ Ｄ 进行探测 ，得到 ｏｘ Ｔ１ Ｃ （，
Ｖ０ ． Ｎｏ． １ ２８ ５
表 １ 光 学 系统 的 技术 参 数
该 系 统 衍 射 极 限 的 ＭＴ Ｆ值 为 ０７ ．，整 体 的 ＭＴ Ｆ值 接
光 学 系统 技 术 指标 要 求
近衍射 极限 ，满 足像质 要求 。从 图 ５可以看 出 ，点
列 图 在 每 一 个 视 场 的 均 方 根 半 径 分 别 为
Ｗ ＡＮＧ － ｉｇ，Ｗ ＡＮＧ ｅ － ｈ ｎ Ｚｉ ｙｎ Ｗ ｎ ｓｅ ｇ
（ａｏａ ｒ ｏｔｍ ｏａ ｐｉ ｌ ａｕｅＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｎｃ ｕ ｎ ｅ ｉ ｃ ｎｅａ ｄＴｃｎ ｌ ｙ Ｌ ｂ ｒｔ ｙｏ Ｃ ｎｅ ｐ ｒｒ Ｏ ｔ ａ Ｍｅｓｒ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇ ｈ ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ， ｏ ｆ ｙ ｃ ｏ ｖ ｓ ｙ ｆＳ ｅ ｏ ｇ
其中 ，⑧表示相关运算 ， 表示共轭 。公式 中的前两
项 是 自相关 ，两 输 出信 号 重 叠在 输 出平 面 中心 附 近 。
需要 的 目标 。达到 图像识别 的 目的ｌ 】 】 。相关探测 是光
学模式 识别 中近年来最 为活跃 的一个研究 领域 ．每
年 都 有 大 量 的 文 献 报 道 ，这 主 要 是 因为 相 关 探 测 容 易 用 光 学 的 方 法 来 实 现Ｉ ２ ］ 在 现 有 的红 外 光 学 系 统 。而 设 计 技 术 中 ，红 外 变 焦 系 统 取 得 了 长 足 的进 步 。这
摘 要 ：根 据 光 学 系统 的技 术指标 要 求 ，设 计 了一种 长 波红 外 变 焦光 学 系统 。该 系统 选取 红 外材料 锗 和 Ａ Ｉ１ ＭＴＲ ，适 用于长 波 ８ １ ｍ 的 系统成像 ，具有 １ ～２ ５倍 大变倍 比，Ｃ Ｄ像素尺寸 为 ４ ￣ ４ ／ 通过 对红 Ｃ ５ ｍ￣ ５ｚ ｍ 外 变焦光 学 系统的优 化设计 ，当截止 频率 为 １ ｌ／ ｍ 时 ，各视 场的 Ｍ Ｆ曲线值＞ ．，各视 场点列 图均 方根 ｌ ｐｍ Ｔ ０ ６ 半径与艾里斑半径接 近 ，波像差＜ ／ １ ４波长 ，像 面稳 定性 良好 ，满足光 学 系统 的设计要 求 ，进 一步提 高 了联合
光学相关处理是光学信息处理 的重要应用之一。 利用光学相关 的方 法 ，可 以从 混乱 的图像 中找 出所
０（ｌ １ （ｌ ａｘＩ ）（ｌ ） （ ） ， ） ， ） （ －， ｙ ＋ ４ ＠ｒ Ｙ ｘ ６ Ｘ ｏｘ Ｙ） 】 １ （１ ）（１ ｒ （ｌ １ （ ， ） ６ｙ－ ） ， Ｏｒ ｙ ｙ
图 ｌ 光 电混 合 实 时 联 合变 换 相 关 器 原理 图
像 同时输入光 学运算 系统 ，在第一 次傅里 叶变换平
光 电混 合 实 时 联 合 变 换 相 关 器 的 原 理 如 图 １ 所 示 。其 丁作 原 理 是 ： 系统 采 用 氩 离 子 激 光 器 作 为 光
面上 记录联合 变换功率谱 ，联合 变换 功率谱经过第 二次傅里 叶变换后 ，获得一对相关输出 。设 准直 的
变换 相 关 器跟 踪 和 识 别 目标 的能 力
关 键 词 ：光 学设 计 ；联 合 变换 相 关 器 ；红 外 材 料 ； 变焦
中 图 分 类 号 ：Ｔ １ Ｎ２ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄ ｏＩ： １ ３ ８０Ｍ ＥＩ ０１ ８ ５．０ ７ ０．７８ ／ ２ ２ ０ ０ ２ １
Ｏｐ ｉａ ｓ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｎ ａ ｓ ｏ ｍ ｒｅａ ｏ ｎ ｔ ｌ ｃ Ｓｙ ｔ ｍ ｓｇ ｆＪ ｉｔ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ Ｃｏ ｒ ｌｔ ｒｉ
Ｔａ ｇ ｔ ａ ｋｎ ｎ ｄ ｎ ｉｃ ｔ ｎ ｒ ｅ Ｔｒ ｃ ｉｇ ａ ｄ Ｉｅ ｔ ｉａ ｉ ｆ ｏ
ａ ｉｆａ ｅ ｏ ｍ ｎ ｎｒｒｄ ｚ ｏ
．
ｏ ｔｃ ｌｓ ｓｅ ｗｉ ｏ ｇ ｗａ ｅ ａ ｓｉ ｅ ｉｎ ｄ ｈ ｎ ｒ ｒ ｄ ｍａｅｉ ｌ ｅｍａ ｉ ｍ ｎ ｐ ｉａ ｙ ｔｍ ｔ ｌｎ ｖ ｂ ｎｄ ｓｄ ｓｇ ｅ ．Ｔ ｅ ｉｆａ ｅ ｔｒａｓｇ ｒ ｎ ｕ ａ ｄ ＡＭＴＩ ｒ ｅｅ ｔｄ ｆ ｒ８ 。 ｈ Ｒ１ ａ ｅ ｓ ｌｃｅ ｏ １ ｍ ｏ ｇ ｗａ ｅ ｉ ｇ ｎ ｙ ｔｍ，１ ｉ ｓｗｉｈ ａ ｌ ｒｅ ｚ ｏ ｒ ｔ ，ＣＣＤ ｉｅｓ ｓｚ ｆ４５ ｍ ×４５ ｍ． ｃ ｒ ｉｇ ｔ ２ ｌ ｎ ｖ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ５ｔ ｍｅ ｔ ａ ｇ ｏ ｍ ａｉ ｏ ｐｘ ｌ ｉｅ ｏ Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｏ ｔｍｉａ ｉｎ ｄ ｓｇ ｆＩ ｚ ｏ ｏ ｔｃ ｌｓ ｓｅ ｈ ｐ ｉ ｚ ｔ ｅ ｉｎ ｏ Ｒ ｏ ｍ ｐ ｉａ ｙ ｔｍ，ＭＴＦ ｖ ｌ ｅ ｉ ｂ ｖ ．，ＲＭＳ ｒ ｄ ｕ ｆｅ ｃ ｅｄ ｓ ｏ ｉｇ ａ ｏ ａ ｕ ｓ ａ ｏ ｅ ０６ ａ ｉ ｓｏ ａ ｈ ｆ ｌ ｐ ｔｄａ ｒ ｍ ｉ ｃｏ ｅ ｔ ｒ ｄｓ ，ｗａ ｅ ｏ ｔａ ｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｓ ｈ ｎ ／ ｖ ｌｎ ｔ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｐｍｍ．Ｔｈ ｌｓ ｏ Ａｉ ｙ ｉｋ ｖ ｆ ｎ ｂ ｒａｉ ｅ ｓ ｔ ａ １４ ｗａ ｅｅ ｇｈ ｏ ｅ ｂ ｕ — ｆ ｆ ｑ ｅ ｃ ｉ １ ｌ／ ｒ １ ｅ ｓａ ｉｉ ｆ ｔ ｉ ｇ ｌ ｎ ｉ ｌ，ｔ ｅ ｕ ｔｏ ｈ ｓ ｙ ｔｍ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｆ ｔｃ ｉａ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔｏ ｎ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｈｅ ｍａ ｅ ｐ ａ ｅ ｓ ｗｅｌ ｈｅ ｒ ｓ ｌ ｆ ｔｉ ｓ ｓｅ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｕｒ ｍｅ ｔｏ ｅ ｈｎｃ ｌ ｐ ｃｆ ａｉｎ ａ ｄ ｔ ｉ
Ｃ ａｇｈ ｎ １０ ２ ，Ｃ ｉ ） ｈｎｃ ｕ ３０ ２ ｈ ａ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｐ ｉａ ｃ ｒｅａ ｉｎ ｈｅ ｒ ａ ｄ ｔｃ ｎ ｃ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｆ ｔ ｅ ｏ ｔ ａ ｓ ｓｅ ｓｒｃ ： ｓ ｄ ｏ ｏ ｔｃ ｌ ｏ ｒｌ ｔ ｔ ｏ ｙ ｎ ｅ ｈ ｉａ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ｈ ：性能 的改善 ；尺寸 和重量 的减小 ：小型化和复杂化等［ ３ １ 文所设 计的 。本
光学 系统 ，给 出了具 体的设计 参数 、设计 步骤 以及
应用该系统所得到的实验结果 ，完成了设计任务。
２ 联 合 变换 相 关 器
控 制 系统
联 合 变 换 相 关 的 主 要 特 征 是 参 考 图 像 与 目标 图
。
．
ｌ ＂
为前 固定组 ，其 后分别 为变倍 组 、补 偿组 和后 固定 组 。当以半径 、厚度 为变量 ，并适 当改变评 价 函数 对系统进行优化后 ，得 到的成像质量不是 十分 理想 ， 为 了进 一步完 善系统 的像 质并 消除 色差 ，在系统 中
Ｍ ａ ２０ ｙ １１
■ 。 二：
第２卷 ８
第５ 期
Ｖ０． Ｎｏ５ Ｉ ２８ ．
１ 引
言
计算机 ，再反馈到 Ｅ Ｌ Ｄ，则可实现第二次傅里叶 ＡＣ
变 换 ．进 行 相关 探 测 ：
ａ ｘ ， １ ０ ， Ｉ ０（１ ｙ） ｒ ｌ ｙ） ｒ（ｌｙ ） （ｌｙ ） （１ Ｙ） ， Ｉ＋ （ ， １ ， Ｉ ： ＋
联合变换功率谱 （ Ｐ ）， Ｊ Ｓ 它可以写作 ： Ｔ
， ， ）
＝
换 透镜 Ｆ Ｌ 后 ，由 Ｃ Ｄ 摄 取 目标 图像 与参考 图像 Ｔ Ｃ，
的联合变换相关点 ，根 据相关点 的位置 即可 以确定 目标及其方位同 。
， Ｍ ， ）
Ｄ ， Ｄ ， ＋ ／， ） ， ＋ ） ） （ ｆ Ｒ ） ：ｙ ０（ ： ７ ０ ， ｉ ｆ ｅ （ ｗ， ） ｐ－ ＇ ｙ） ３ ｆ ， ） ｐ－２ｆ ｘ （ ２ｒ （） ｘｙ ｘ ｊ ， ｅ ｊ ｒ ＋ ｘ ｆ ， ｅｐ ＂ｒ，）ｘ （ ＂ ｙ ）ｘ ０ ＂ ， ｅｐｊ ｎ ２ｒ ｆ ｘ ２＇ ） ｆ
ｉ ｐｏｅ ｔｅａｉｔ ｏ ｉ ａ ｓ ｒ ｏｒｌ ｏ ｉ ｔ ｇｔｒｃ ｉｇ ｎ ｅｏ ｎ ｉ ． ｍ ｒｖｓ ｈ ｂｌｙ ｆｏｎ ｔ ｎｆ ｍ ｃｒ ａ ｒ ｎ ａ ｅ ｔ ｋｎ ｄｒｃｇ ｉｏ ｉ ｊ ｔ ｒ ｏ ｅ ｔ ｒ ａ ａ ｔｎ Ｋ ｙ ｏｄ ：ｏｔ ａ ｄ ｓ ｎ ｊｉｔｒｎｆ ｍ ｃｒ ｌ ｏ；ｎｒｒ ａ ｒ ｌ ｚｏ ； ｅ ｗ ｒｓ ｐ ｃｌ ｅｉ ；ｏｎ ｔ ｓ ｒ ｏｒ ａ ｒｉｆ ｅ ｍ ｔ ｉ ｓ ｏ ｍ ｉ ｇ ａ ｏ ｅｔ ａｄ ｅａ；
输 入 函 数 在 傅 氏 变 换 透 镜 的后 焦 平 面上 的 联 合 傅 里 叶变换为 ：
，
） ＝
ｙ 和参 考图像 ｒ ， ） ） （ ｙ 的联合变换 功率谱 ；另一路用于 获得相关图 ，输入到 Ｐ ， Ｃ 的功率谱经空间光调制器 的 控制系统输入到 电寻址液品 Ｅ Ｌ Ｄ 中，经傅立叶变 ＡＣ
０ｉ ， ）Ｒ ，， ｘ （ ２ｒ ｘ （ ２ｒ ￣ （） （ ｆ ＋ ｆ） ｐ－ ＂￣ ） ｐ － ＇ ｙ） ２ ｘｙ ｅ ｊ ｒｘ ｅ ｊ ｒ ｆ ｆ
其中， 触 ／ 一ｔ ｘ ： ／ ； ｆ 为傅里 叶谱面 的空间坐 ａ
标； ｆ为傅里叶变换系统的焦距 。Ａ ， 的平方称作 ）
第２卷 ８
第５ 期
Ｖｏ ． Ｎｏ５ Ｉ２８ ．
文 章 编 号 ：０ ７ １８ （０ ０ — ０ ７ ０ １０ — ０２ １）５ ０ ２ — ５ １ １
联 合 变 换 相 关器 远 红 外 变 焦 距 光 学 系统 设 计
王 梓 萤 ， 王 文 生
（ 长春 Ｘ＿ 大学 现代光 学测试技 术研 究室，吉林 长春 １０２ ） ｘ － ３０ ２
１． ７ ４８５ ４ ５ ，１ ． ２ ５ ４ ，１， ，１． ３ ５８ ｍ。综合 各种指 标 ２ ４ ０ ９ 及 因素 ，该设计符合要求， 完成 了光学系统的设计 。
该 系 统 的外 形 结 构 如 图 ２所 示 ．最 左 边 的 部 分
ｖ １ Ｍ ‰ ｓ ｗ ｔｒ ￣ ｌ
３ 红 外 变焦 光 学 系统 设 计
本 文在 理 沦研 究 的基础 上 ，设 计 了一种 红 外变
联合变换功率谱由平方律探测器 Ｃ Ｄ接收并输人到 Ｃ
２８ ｗｗｗ．ｍｅ￣ｏｃ ｍ ｏ ｉ ．ｏ
Ｍ ａ ２０ １ ｙ １
焦光学系统 ，其具体参数如表 ｌ 所示 。
第２ 卷 ８
第５ 期
相干单位振幅光入射到物体 ｏｘ 上 ， （ ，） 物体被写入 电
源 ，通过衰 减器调制输 出光强 ．光束提升 器提升光 束高度 ，显微物镜 聚焦 ，针孔 空间滤波 ，偏振器调 节偏振方 向．经准直透镜后形成准直扩束 的平行光，
寻址 液晶 （ Ａ Ｃ ，参考 图像 ｒ ｒｙ ） Ｅ Ｌ Ｄ） （ ， ｒ也写入