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基于宽光谱相位差异技术的波前检测

中国激光 2015年第5期42卷 193-200页

作者：程强薛栋林中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理,并将该技术的应用领域由单色光或准单色光拓展为宽光谱照明。在大量计算机模拟仿真的基础上,设计了宽光谱PD技术的验证实验。用积分球照明作为光源,在实验室搭建了某相机调制传递函数... 详细信息

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理,并将该技术的应用领域由单色光或准单色光拓展为宽光谱照明。在大量计算机模拟仿真的基础上,设计了宽光谱PD技术的验证实验。用积分球照明作为光源,在实验室搭建了某相机调制传递函数测试实验平台,利用宽光谱PD技术进行波前解算和最佳焦面位置的确定,并对所采集的图像进行复原处理。此外,针对某相机的外场成像实验所采集的图像,利用宽光谱PD技术进行解算,得到了相机成像时的波前像差。实验结果表明:利用宽光谱PD技术解算得到的波前与干涉检验结果的均方根(RMS)偏差小于0.03λ,解算得到的焦面位置与测试得到的理想焦面位置偏差小于0.03 mm,检测精度满足工程实际需求。

关键词：图像处理宽光谱相位差异波前传感图像复原成像实验调制传递函数测试

Integrated manufacturing technology of off-axis three-mirror anastigmatic system

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Chinese Optics Letters 2014年第A2期12卷 44-47页

作者：薛栋林 Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics Chinese Academy of Sciences Changchun 130033 China

The integrated manufacturing technology is introduced to improve the imaging quality of an off-axis three-mirror anastigmatic （TMA） system. With the integration of system design, manufacturing of highly precise optical elements, simulation and evaluation capabilities of the manufactured system, and testing and alignment with the same fiducial, we can efficiently and precisely achieve high quality of an optical system. In order to prove the efficiency of this technology, we design an off-axis TMA system with MTF invariance better than 0.50 （57 lp/mm）, and manufacture the aspherical surfaces of this optical system with surface figure error better than ;λ/50 （RMS, λ = 632.8 nm）. We develop an interface software named MetroMax to achieve the connection between the final surface figure and the optical design software. The MetorMax also forecasts the imaging quality of the system, and guide us in aligning the system with a same fiducial with the whole field of view approached λ/14 and MTF invariance better than 0.95. To confirm the imaging system after integrated manufacturing, we test the system on the ground and orbit; the result proves effective improvement in the imaging quality of the optical system.

关键词： 120.3940 Metrology 120.4630 Optical inspection 120.4800 Optical standards and testing 240.6700 Surfaces

利用相位差异波前传感检测结果实现三反光学系统的辅助装调

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光学学报 2016年第7期36卷 123-130页

作者：程强薛栋林中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理;仿真分析了PD技术的噪声适应性及探测器离焦误差对精度的影响;利用PD技术的波前传感结果分别辅助装调了离轴、同轴三反光学系统,并分别将多视场的波前图与干涉检验的结果进行对比。实... 详细信息

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理;仿真分析了PD技术的噪声适应性及探测器离焦误差对精度的影响;利用PD技术的波前传感结果分别辅助装调了离轴、同轴三反光学系统,并分别将多视场的波前图与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明,利用PD技术可实现三反光学系统的波前传感及辅助装调。与干涉检验的结果相比,波前传感结果的RMS偏差均优于0.02λ,检测精度满足工程需求。

关键词：成像系统相位差异波前传感离轴三反光学系统同轴三反光学系统辅助装调

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相位差异的三反光学系统波前传感技术

红外与激光工程 2013年第6期42卷 1601-1606页

作者：程强薛栋林张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

分析了基于相位差异(Phase Diversity,PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov正则项,... 详细信息

分析了基于相位差异(Phase Diversity,PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov正则项,提高了算法的稳定性和收敛效率;对光学系统利用PD技术波前检测的噪声适应性进行了仿真分析;模拟了不同波前离焦量对检测精度的影响,获得最优的波前离焦相位值并应用于检测实验;利用PD技术分别对离轴三反光学系统的中心视场和边缘视场进行波前检测,并将解算得到的Zernike系数和波前图分别与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明:相位差异技术与干涉检验的偏差小于0.013λ(RMS),其检测精度满足工程需求。

关键词：相位差异波前传感离轴三反光学系统

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太阳同步椭圆轨道偏流角分布规律与像质分析

红外与激光工程 2013年第3期42卷 767-773页

作者：孙阳闫锋薛栋林王孝坤张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

提出一种根据轨道根数与TDICCD成像原理模拟遥感器推扫成像过程,实现偏流角计算,并基于最终仿真图像的PSF分布评价图像质量的方法,以截止频率MTF为评价标准,研究太阳同步椭圆轨道的偏流角分布规律。结果表明:与常规圆轨道相比,近地点幅... 详细信息

提出一种根据轨道根数与TDICCD成像原理模拟遥感器推扫成像过程,实现偏流角计算,并基于最终仿真图像的PSF分布评价图像质量的方法,以截止频率MTF为评价标准,研究太阳同步椭圆轨道的偏流角分布规律。结果表明:与常规圆轨道相比,近地点幅角为0°的椭圆轨道在近地点一侧偏流角与轨道半长轴成线性关系,与轨道离心率成三次函数关系。使用KH-12卫星采用的椭圆轨道参数进行成像仿真,以穿航MTF下降5%为约束对成像质量进行分析,结果表明:相同推扫级次下,椭圆轨道近地点一侧的偏流角更小,成像质量更高。

关键词：遥感偏流角像质 TDICCD 成像仿真

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哈特曼原理子口径斜率扫描检测及误差研究

红外与激光工程 2019年第8期48卷 133-140页

作者：赵宪宇薛栋林程强中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

提出了一种基于哈特曼原理子口径斜率扫描再重构波面的检测方式,研究了一种解决大口径光学系统不同俯仰角下的像质评价的方法。该方法无需同等口径标准镜,通过扫描方式获取波面信息。采用光学软件与数学分析软件通过DDE接口连接进行计... 详细信息

提出了一种基于哈特曼原理子口径斜率扫描再重构波面的检测方式,研究了一种解决大口径光学系统不同俯仰角下的像质评价的方法。该方法无需同等口径标准镜,通过扫描方式获取波面信息。采用光学软件与数学分析软件通过DDE接口连接进行计算机联合仿真的方式进行探究,仿真光学系统采用主镜Φ720 mm,次镜Φ100 mm的卡塞-格林系统来验证该方法的可行性,利用随机误差注入及多次扫描平均的方法进行了该检测方式中重构波面精度的研究;系统探究了光斑中心提取误差、子口径定位误差、子口径倾斜误差对于该检测方法重构波面精度的影响。给出了该方法仿真结果与光学软件仿真结果的对比,并获取了误差注入时各误差与重构波面精度的物理模型。

关键词：波面检测哈特曼原理大口径光学系统斜率扫描

地球静止轨道面阵凝视成像系统分时积分抑振技术

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光学精密工程 2013年第8期21卷 2169-2179页

作者：陶小平罗霄薛栋林中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对地球静止轨道卫星平台引起其面阵凝视成像系统的图像模糊,提出基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振的影响,提高景物辨识度。设计并搭建了一维振动平台;利用高速图像采集系统采集不同曝光时间下不同频率振动的序列图像;使用... 详细信息

针对地球静止轨道卫星平台引起其面阵凝视成像系统的图像模糊,提出基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振的影响,提高景物辨识度。设计并搭建了一维振动平台;利用高速图像采集系统采集不同曝光时间下不同频率振动的序列图像;使用基于能量区域质心法的相位相关法进行亚像元图像配准,计算每帧图像相对偏移量;与一维振动平台中的位移传感器数据进行对比,得到配准算法的精度优于0.1pixel。最后,选择短曝光序列图像中清晰度较高的图像完成亚像元融合,与长曝光图像相比,其融合图像清晰度更高,信噪比与长曝光图像相当。得到的结果验证了分时积分亚像元融合法对颤振模糊的抑制作用。

关键词：地球静止轨道遥感图像振动抑制图像配准图像融合

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基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

光学精密工程 2011年第12期19卷 2813-2820页

作者：薛栋林郑立功张峰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

为了研制长焦距大视场离轴三反空间光学系统,描述了自由曲面光学数理模型,设计了基于自由曲面的离轴三反光学系统。针对焦距为4 500mm,成像视场角为11°,系统总长与焦距的比值为1/3的光学系统,对比分析了传统离轴三反光学系统和次镜为... 详细信息

为了研制长焦距大视场离轴三反空间光学系统,描述了自由曲面光学数理模型,设计了基于自由曲面的离轴三反光学系统。针对焦距为4 500mm,成像视场角为11°,系统总长与焦距的比值为1/3的光学系统,对比分析了传统离轴三反光学系统和次镜为自由曲面的离轴三反光学系统的关键性能。在提出的光学系统中次镜采用自由曲面设计,提升了光学系统的像差平衡能力;最终选用相对孔径为1/9.5的设计方案,使光学系统全视场平均波像差优于0.030λ(λ=632.8nm),平均传递函数优于0.434(71.4lp/mm),接近衍射极限;在同等条件下系统设计传递函数比传统离轴三反系统提高5%以上。优化设计后光学系统自由曲面次镜与理论球面偏差为1.1λ,采用定制的标准球面镜结合基于数字样板的非零位检测方法可完成面形实时高精度检测,解决了大口径凸自由曲面检测的难题。结果表明,采用基于自由曲面次镜的空间光学系统,具有体积小、技术可实现性强、波像差和传递函数等关键性能优越等优点。

关键词：光学设计长焦距大视场光学遥感器离轴三反光学系统自由曲面反射镜

利用相位差异技术检测离轴三反光学系统的波前误差

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中国激光 2012年第10期39卷 135-142页

作者：程强闫锋薛栋林郑立功张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数变量多、非线性程度高等特点,提出了基于遗传算法的相位差异技术。开展了利用相位差异技术实现离轴三反光学系统在不同装调阶段的波前检测,结合干涉检验方法设计... 详细信息

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数变量多、非线性程度高等特点,提出了基于遗传算法的相位差异技术。开展了利用相位差异技术实现离轴三反光学系统在不同装调阶段的波前检测,结合干涉检验方法设计了针对扩展目标的相位差异高分辨率成像和相位估计对比实验。通过定量移动高精密平台获得焦面和离焦图像,并将解算的波前图与干涉仪的检测结果进行定量比对,验证了相位差异技术提高成像质量和正确解算波前相位信息的能力。实验结果表明,对于粗装调的光学系统,估算的波前和干涉检验结果偏差的均方根(RMS)值仅为0.0329λ;对于装调完成后的系统,相位差异技术的检测偏差RMS值小于0.013λ。

关键词：成像系统相位差异波前传感图像恢复离轴三反光学系统