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应用光学 2022年第5期43卷 846-852页

作者：陈鑫甄胜来方健陶善静俞本立安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室安徽合肥230601 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室安徽合肥230601

变焦物镜是偏振成像系统的重要组成部分,目前因变焦物镜使用较多非球面而导致价格较为昂贵。为了降低偏振成像系统变焦物镜的加工成本,设计了一款用于偏振成像系统的20 mm~200 mm变焦物镜。采用正组补偿,利用Zemax优化变焦系统,最终系... 详细信息

变焦物镜是偏振成像系统的重要组成部分,目前因变焦物镜使用较多非球面而导致价格较为昂贵。为了降低偏振成像系统变焦物镜的加工成本,设计了一款用于偏振成像系统的20 mm~200 mm变焦物镜。采用正组补偿,利用Zemax优化变焦系统,最终系统仅使用7片球面透镜,并达到良好像质,系统调制传递函数(MTF)在120 lp/mm处大于0.3,畸变小于4%,系统凸轮曲线平滑无断点。系统公差分析结果表明,公差范围设置为:镜片表面光圈公差为2,镜片或空气中心厚度公差为±0.02 mm,透镜表面中心倾斜公差为±0.025°,透镜装调公差为±0.025 mm,透镜折射率偏差为0.002,公差设置符合元件加工和系统装调工艺,对降低偏振成像系统成本具有一定的参考价值。

关键词：偏振成像系统变焦物镜正组补偿球面透镜低成本

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偏振成像光学系统设计与图像增强算法研究

偏振成像光学系统设计与图像增强算法研究

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作者：陈鑫安徽大学

学位级别：硕士

偏振是光的重要物理特性之一，利用偏振信息能够记录目标的形状、分析目标的材料属性与细节特征等。因此，偏振成像技术被大量应用在去雾、医学诊断、水下目标检测和透玻透膜成像等军用和民用领域。偏振成像涉及目标的偏振图像获取与偏... 详细信息

偏振是光的重要物理特性之一，利用偏振信息能够记录目标的形状、分析目标的材料属性与细节特征等。因此，偏振成像技术被大量应用在去雾、医学诊断、水下目标检测和透玻透膜成像等军用和民用领域。偏振成像涉及目标的偏振图像获取与偏振图像信息处理两个过程。在目标偏振图像获取过程中，变焦光学系统是偏振成像系统的重要组成部分，已有的变焦物镜因存在变倍比小、镜片数和非球面多等问题导致系统结构复杂，加工和装调成本较高。在偏振图像信息处理过程中，图像融合是一种重要的图像增强方法，但传统的图像融合算法存在人为设计规则复杂、对比度较低和图像融合效果不佳的缺点。因此，设计高像质、结构简单、低成本的实用化变焦光学系统，并提出有效的偏振图像融合算法对偏振成像系统增强具有重要的应用价值和研究意义。　　本文围绕偏振成像光学系统与偏振图像增强算法进行研究。一方面依据偏振成像系统实际需求设计了变焦光学系统，克服现有变焦光学系统的不足，增强了偏振成像质量，同时更适合于产业应用。另一方面基于深度学习设计了偏振图像融合算法，有效提升了偏振图像质量。本文主要研究内容及成果如下:　　(1)设计了偏振成像增强的变焦光学系统。根据变焦光学系统设计原理，采用正组补偿方式进行设计，最终变焦光学系统仅使用7片球面透镜，焦距20mm～200mm,视场角1.7°～17°，像质评价指标均满足偏振成像系统要求，达到了良好像质，凸轮曲线符合变焦系统组份真实运动情况，公差范围设置合理。该变焦系统设计以大变倍比、良好的成像质量实现了对偏振成像的增强，同时，因其结构简单、低成本而适合于产业应用。　　(2)提出了基于深度学习的偏振图像增强算法。以偏振图像增强为目的，以图像融合为手段，给出基于分组密集连接网络的图像融合算法，网络采用编码-特征融合-解码的结构。以真实采集的数据集测试图像融合效果，在定性与定量对比上，本文的算法均优于其他图像融合算法。与公认优秀的偏振图像融合网络PFNet相比，本文的方法在MI、VIF和SCD图像融合评价指标下分别提升了24％、14.2％和11.8％,有效提升了偏振图像质量，实现了对偏振图像的增强。

关键词：偏振成像光学系统图像融合深度学习正组补偿

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30mm～300mm轻型变焦物镜光学系统设计

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应用光学 2019年第1期40卷 51-57页

作者：张健罗天娇罗春华李艳红长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学光电信息学院光电科学分院吉林长春130114

设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统,焦距为30mm～300mm,视场角为1.1°～11.4°,F数为3.5。由于变焦系统焦距较长,并且需要在控制口径的前提下减轻质量,经过对变焦理论进行分析并结合实际情况,采用正组补偿,运用Zemax软件,对变焦系统... 详细信息

设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统,焦距为30mm～300mm,视场角为1.1°～11.4°,F数为3.5。由于变焦系统焦距较长,并且需要在控制口径的前提下减轻质量,经过对变焦理论进行分析并结合实际情况,采用正组补偿,运用Zemax软件,对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计,优化过程中加入非球面,达到简化结构,提高像质的作用;在不影响像面照度的情况下,对轴外光线进行了适当的拦光,使得有效口径尽量变小,同时对系统的部分透镜材料进行替换,平衡了高像质与轻质量间的矛盾,最终使系统的总体质量从937g减小到584g,且系统像质良好,轴上调制传递函数在120lp/mm处大于0.3,轴外调制传递函数在120lp/mm处大于0.2,各视场的调制传递函数在40lp/mm处大于0.5,畸变小于1%。根据变焦运动方程,运用Matlab软件进行编程计算,得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线,在变焦的过程中像面比较稳定,调焦顺畅。

关键词：光学设计变焦物镜正组补偿轻型

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10倍中波红外连续变焦光学系统设计

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激光与光电子学进展 2014年第1期51卷 157-162页

作者：闫晶刘英孙权宦克为石晓光长春理工大学理学院吉林长春130022 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对制冷型320 pixel×240pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构，通过二次成像设计实现系统10096的冷光阑效率，利用硅和锗两种普通红外光学材料，通过引入合理的非球面... 详细信息

针对制冷型320 pixel×240pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构，通过二次成像设计实现系统10096的冷光阑效率，利用硅和锗两种普通红外光学材料，通过引入合理的非球面和衍射面，借助ZEMAX光学设计软件对系统进行优化设计和像差平衡，实现了20-200mm的中波红外连续变焦系统的优化设计。设计结果表明：系统仅采用7片镜片，实现了变倍比为10、F数为2、工作波段为3．7～4．8um的中波红外连续变焦系统的优化设计，系统的调制传递函数在空间频率16lp／mm处大于0．4，点斑均方根半径均小于16um，接近衍射极限，满足系统成像要求，且系统的变焦曲线平滑，符合变焦要求。

关键词：光学设计连续变焦中波红外正组补偿

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高变倍比红外连续变焦光学系统设计研究

高变倍比红外连续变焦光学系统设计研究

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作者：闫晶长春理工大学

学位级别：硕士

红外光学系统具有夜间穿透能力强、识别伪装能力强,能够被动接收红外辐射、隐蔽性好、不易受干扰等优点,连续变焦系统具有既可以搜索大视场范围内的目标又可以瞄准小视场范围内的目标的优点,因此红外连续变焦系统在科研教育、日常生活... 详细信息

红外光学系统具有夜间穿透能力强、识别伪装能力强,能够被动接收红外辐射、隐蔽性好、不易受干扰等优点,连续变焦系统具有既可以搜索大视场范围内的目标又可以瞄准小视场范围内的目标的优点,因此红外连续变焦系统在科研教育、日常生活以及陆、海、空等军事领域被广泛地使用。在一些特殊的工作领域,为了能够使跟踪搜索目标的范围更大以致获取更多更详细的有用信息,就必须提高系统的变倍比,因此研究设计具有高变倍比、结构紧凑、复杂程度低、重量轻的红外连续变焦光学系统成为热点。本文阐述了变焦系统的基本理论以及红外光学系统设计的一些特性,并在此基础之上运用ZEMAX光学设计软件,针对320×240非制冷型红外探测器设计了一款10倍长波红外连续变焦光学系统,该系统具有变倍比大、相对孔径大、成像质量高等特点,满足系统成像质量要求;针对320×240制冷型凝视焦平面阵列红外探测器,设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构,通过引入合理的非球面以及衍射面和二次成像设计实现系统100%的冷光阑效率,利用硅和锗两种普通红外光学材料,实现了20mm-200mm范围内的连续变焦,且系统具有变焦曲线平滑,镜片数少,F#较小等优点,符合光学系统的变焦要求。

关键词：红外光学系统高变倍比连续变焦光学设计正组补偿

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30-300mm轻型变焦物镜光学系统设计

30-300mm轻型变焦物镜光学系统设计

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作者：张健长春理工大学

学位级别：硕士

变焦系统在各行各业都得到了广泛的应用,因此对变焦系统的设计要求也各有差异。由于用途不同,有些行业不仅对系统的像质有要求,还对系统的重量和体积有了更严格的要求,以便使变焦系统适用于更多的特殊环境。本论文设计出一组长焦距轻量... 详细信息

变焦系统在各行各业都得到了广泛的应用,因此对变焦系统的设计要求也各有差异。由于用途不同,有些行业不仅对系统的像质有要求,还对系统的重量和体积有了更严格的要求,以便使变焦系统适用于更多的特殊环境。本论文设计出一组长焦距轻量型的变焦光学系统,焦距为30mm00mm,视场角为1.1°1.4°,F数为3.5。由于变焦系统焦距较长,并且需要在控制口径的前提下减轻重量,经过对变焦理论的研究,本设计采用正组补偿。运用ZEMAX软件,对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计。优化过程中加入非球面,起到简化结构,提高像质的作用。对变焦系统透镜使用的材料进行了分析与比较,对部分透镜材料进行了有效的替换;同时保证像面的相对照度在允许的范围内,对轴外光线进行了适当的拦光,使得有效口径尽量变小。平衡了像质与重量间的关系,最终使光学系统的总体重量从920g减轻到648g,同时系统的像质良好,轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3,轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2,各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5,畸变小于1%。根据变焦运动方程,运用MATLAB软件进行编程计算,得到反映变倍组与补偿组运动过程的运动曲线图,在变焦的过程中像面比较稳定,调焦顺畅,最后对变焦系统进行了公差分析。系统在满足轻重量的同时又达到了较好的像质要求。

关键词：光学设计变焦物镜正组补偿轻型

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