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基于表观MTF光谱特征的成像谱段优选方法

光学学报 2022年

作者：樊子钊武鹏飞饶瑞中先进激光技术安徽省实验室中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室中国科学技术大学环境科学与光电技术学院

大气影响是制约高质量成像的重要因素。图像大气传输具有明显的空间频谱依赖性和光谱依赖性，即表征物体轮廓和精细结构的不同空间频谱信息的大气传输效果不同，不同谱段的成像效果也存在差异。基于混浊大气表观调制传递函数的光谱特征...

大气影响是制约高质量成像的重要因素。图像大气传输具有明显的空间频谱依赖性和光谱依赖性，即表征物体轮廓和精细结构的不同空间频谱信息的大气传输效果不同，不同谱段的成像效果也存在差异。基于混浊大气表观调制传递函数的光谱特征，提出一个新的成像质量评价因子作为波段优选的依据，得到了不同波段的成像效果。同时，分析了优选波段的影响因素，给出了典型大气条件、典型带宽下的成像优选波段，即在1036-1046nm、1620-1630nm波段可得到典型区域相对普适的、良好的成像质量。最后，通过成像实验对优选方法的有效性进行了初步验证。

关键词：

现代大气光学及其在光电工程应用中的问题分析与展望(特邀)

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红外与激光工程 2022年第1期51卷 14-23页

作者：饶瑞中中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031

讨论分析了现代大气光学研究及其在光电工程应用中几个方面的常见问题,给出了下列主要观点:(1)大气对光电工程应用的影响不容忽视;(2)光电工程设计需要考虑大气光学特性;(3)大气对光电工程的影响需要用概率来说明;(4)不能根据天气状况... 详细信息

讨论分析了现代大气光学研究及其在光电工程应用中几个方面的常见问题,给出了下列主要观点:(1)大气对光电工程应用的影响不容忽视;(2)光电工程设计需要考虑大气光学特性;(3)大气对光电工程的影响需要用概率来说明;(4)不能根据天气状况直接来判断大气对光电系统影响的程度;(5)作为统计平均量的大气光学参数不是唯一确定的;(6)用一个参数Cn2不能可靠地描述大气湍流的光学特性;(7)有必要进一步提高光电仪器大气探测结果的可靠性;(8)大气湍流对光电系统性能的影响难以完全被消除;(9)不需要投入很大精力去研究一些理想的问题。根据现状,提出了一些值得深入研究的大气光学问题。

关键词：大气光学光电工程大气吸收大气散射大气湍流

湍流大气中准直激光束的光斑特征Ⅰ.特征半径

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中国激光 2002年第10期29卷 889-894页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室安徽合肥230031

利用数值方法研究了不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的光斑特征 ,结果表明 ,光斑稳定半径(Rrbt)和等效半径 (Reff)具有很好的相关性 ,虽然Rrbt 可应用于更一般的光斑 ,但它们都不适合衡量光斑质量 ;而锐度半径 (Rshp)可以恰... 详细信息

利用数值方法研究了不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的光斑特征 ,结果表明 ,光斑稳定半径(Rrbt)和等效半径 (Reff)具有很好的相关性 ,虽然Rrbt 可应用于更一般的光斑 ,但它们都不适合衡量光斑质量 ;而锐度半径 (Rshp)可以恰当地反映光斑质量。对于准直激光束 ,在极弱起伏条件下 ,约有一半的光斑其质量变好或变差 ,但变化幅度很小 ;随起伏条件的加强 ,越来越多的光斑质量变差 ,但仍有一部分光斑质量变好。

关键词：准直激光束光斑特征特征半径光传播大气湍流

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实验室湍流模拟装置在大气光学中的应用

光学学报 2023年第12期43卷 1-7页

作者：饶瑞中袁仁民中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026

大气湍流的光学特性在大气科学和光电工程应用研究中有重要影响。鉴于实际大气条件的复杂多变和实验条件的限制,在实验室内建立可控的、有限尺度的人工湍流模拟装置作为大气湍流的替代者,已成为相关研究的重要技术途径,在自适应光学技... 详细信息

大气湍流的光学特性在大气科学和光电工程应用研究中有重要影响。鉴于实际大气条件的复杂多变和实验条件的限制,在实验室内建立可控的、有限尺度的人工湍流模拟装置作为大气湍流的替代者,已成为相关研究的重要技术途径,在自适应光学技术中的相位模拟、自由空间光通信等光电工程设计中发挥了重要作用。目前,对海洋湍流中的光传播与成像、新兴光电工程的大气影响、特殊结构光束的大气传播的研究也借助于湍流模拟装置。为了充分发挥实验室湍流模拟装置的优势,本文深入分析了实验室人工湍流模拟装置的性能及其局限性。实验室内产生的人工湍流无疑可以用于探索一种随机介质对光传播影响的定性甚至半定量规律。但必须注意到:有限空间内产生的湍流只有在远离边界的较小空间内才具备均匀各向同性的特性,采用各向同性湍流统计理论分析湍流模拟装置中的全路径光传播效应是不严谨的。如果以此类装置研究光传播的定量规律,必须首先根据光电应用场景设计具有光学相似性的模拟装置,然后清楚了解湍流装置内的湍流特性的空间结构,并据此开展理论分析。

关键词：大气光学大气湍流湍流模拟装置

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随机取向椭球粒子的吸收特性

强激光与粒子束 1998年第3期10卷 371-374页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特... 详细信息

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特性存在着差别，这种差别随粒子的形状、尺度和折射率而改变，考虑到目前气溶胶粒子复折射率虚部的测量精度，以等效的球体粒子处理非球形粒子的吸收不会带来显著的误差。

关键词：光散射非球形粒子吸收特性气溶胶大气光学

湍流大气中的准直激光束:分形结构与相位不连续点

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强激光与粒子束 2002年第4期14卷 501-504页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室安徽合肥230031

利用数值方法研究了不同起伏条件下准直激光束在湍流大气中的传播 ,分析了光斑的分形维数以及相位不连续点数目的统计特征。结果表明 :随着起伏条件的增大 ,光斑的分形维数以及相位不连续点数目增大 ;光斑的分形维数与锐度 (描述光斑质... 详细信息

利用数值方法研究了不同起伏条件下准直激光束在湍流大气中的传播 ,分析了光斑的分形维数以及相位不连续点数目的统计特征。结果表明 :随着起伏条件的增大 ,光斑的分形维数以及相位不连续点数目增大 ;光斑的分形维数与锐度 (描述光斑质量的参量 )有一定的关系 ,但相位不连续点数目与光斑质量不存在确定的关系。在特定的计算条件下 ,分形维数一直随起伏条件的增大而增大 ,没有出现类似于闪烁饱和的现象。在一定的起伏条件下 ,相位不连续点数目具有一定的统计分布 ,而不是一个确定的值 ,并且具有相当的发散性。

关键词：湍流大气准直激光束分形结构相位不连续点光斑质量光传播数值模拟

湍流大气中准直激光束的Strehl比与锐度

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中国激光 2005年第1期32卷 53-58页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室安徽合肥230031

利用数值方法研究了各种起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑特征,分析了Strehl比、能量 Strehl比、峰值Strehl比和锐度(Sharpness)的统计特征,探讨了它们描述光斑质量的适用性。结果表明,能量 Strehl比适于描述光斑的整体... 详细信息

利用数值方法研究了各种起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑特征,分析了Strehl比、能量 Strehl比、峰值Strehl比和锐度(Sharpness)的统计特征,探讨了它们描述光斑质量的适用性。结果表明,能量 Strehl比适于描述光斑的整体集中质量,而锐度能很好地反映局域内能量集中程度,可作为描述短曝光光斑质量的评价参量。不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑的统计特征表明,湍流有助于提高准直光束的局域能量集中程度。

关键词：大气光学光传播光斑质量数值模拟

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大气中的光学涡旋及其传播

红外与激光工程 2009年第4期38卷 609-615页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

光学涡旋在大气中的产生和发展是光波大气传输中的新现象,对光电工程应用具有潜在的重要影响和应用前景,从光场的相位奇性出发,讨论了光学涡旋的起源、形态,介绍了利用数值模拟方法获得的几种光学涡旋及其组合在均匀介质和非均匀湍流介... 详细信息

光学涡旋在大气中的产生和发展是光波大气传输中的新现象,对光电工程应用具有潜在的重要影响和应用前景,从光场的相位奇性出发,讨论了光学涡旋的起源、形态,介绍了利用数值模拟方法获得的几种光学涡旋及其组合在均匀介质和非均匀湍流介质中的传播特征。讨论了湍流大气中光学涡旋的产生和发展以及光学涡旋拓扑荷的传递问题。分析了光学涡旋对激光大气传输相位校正的影响。指出了利用光学涡旋传播动力学特征的几种可能的应用工作。

关键词：光学涡旋大气湍流大气光学光传播

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风场下自然地表红外辐射统计特性

红外与毫米波学报 1991年第2期10卷 141-146页

作者：饶瑞中宋正方中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

考虑风场存在时热对流的作用,并根据自然地表的热平衡方程分析了自然地表红外辐射的统计特性,分析中采用一级近似,结果表明,风场的存在将使地表温度的概率分布产生明显改变,峰值及平均温度趋近地表附近空气的稳定温度,并导致地表热辐射... 详细信息

考虑风场存在时热对流的作用,并根据自然地表的热平衡方程分析了自然地表红外辐射的统计特性,分析中采用一级近似,结果表明,风场的存在将使地表温度的概率分布产生明显改变,峰值及平均温度趋近地表附近空气的稳定温度,并导致地表热辐射图像对比度的显著降低,文中还提出了热对流效应的饱和现象。

关键词：风场地表红外辐射热图像统计