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1.8 m长条形轻质SiC反射镜支撑位置设计

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光学学报 2024年第13期44卷 240-248页

作者：龙荃李宗轩张德福李清雅任书慧徐佳坤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 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室吉林长春130033

反射镜在自重作用下的形变是影响光学表面质量的重要误差源之一。对于圆形的反射镜来说,其内部有一个中性面,当柔性支撑的回转中心与中性面重合时,反射镜表面受到重力影响后的形变最小。但由于长条形反射镜不再具有回转对称性,其原有的... 详细信息

反射镜在自重作用下的形变是影响光学表面质量的重要误差源之一。对于圆形的反射镜来说,其内部有一个中性面,当柔性支撑的回转中心与中性面重合时,反射镜表面受到重力影响后的形变最小。但由于长条形反射镜不再具有回转对称性,其原有的中性面位置公式将不再适用。本文提出了一种长条形反射镜中性面位置即最佳安装位置的计算方法。通过计算柔性支撑的柔度矩阵,得到反射镜组件的整体力学模型,并以此推导出了长条形反射镜中性面位置计算公式。最终将其与有限元分析和光学检测试验得到的结果进行对比,验证了中性面位置计算公式的准确性。在光学检测试验中,反射镜组件在不同方向重力作用下表面面形的均方根(RMS)值均小于0.03λ;反射镜扫频振动试验得到的三个方向上的最小共振频率分别为106.30、151.55、104.00 Hz。该结果满足反射镜组件对于面形精度、结构刚性和稳定性的要求。

关键词：离轴三反相机长条形反射镜中性面柔性支撑面形误差

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空间相机高精度可重复式次镜展开机构设计

激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 419-427页

作者：宋俊伟陶小平徐明林王循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 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室吉林长春130033

对于空间相机来说,高分辨率要求相机的焦距要长,长焦距则会导致主次镜间距变大,从而导致空间相机的体积增大,空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸,降低空间相机的发射成本,针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间... 详细信息

对于空间相机来说,高分辨率要求相机的焦距要长,长焦距则会导致主次镜间距变大,从而导致空间相机的体积增大,空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸,降低空间相机的发射成本,针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间四连杆的高精度可重复式次镜展开机构。对该次镜展开机构进行误差分析,对次镜展开机构的模型进行有限元分析以评估机构的可靠性,并设计了机构可重复性实验验证次镜展开机构的可重复性。次镜展开机构折叠后空间相机光轴方向长度由875 mm压缩为324 mm,体积压缩63%,展开状态下的基频为96.64 Hz,重复展开位移极限误差最大为15.61μm,倾斜极限误差最大为16.89″。结果表明,该机构实现了空间相机体积的压缩,且锁紧状态下的基频符合在轨使用要求,重复精度满足光学系统要求,能够适应微纳卫星的运载条件,可以应用于航天实践中。

关键词：空间相机次镜展开机构有限元分析可重复性实验

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惯性空间TDI相机长弧段星源主动扫描设计

光学精密工程 2024年第11期32卷 1686-1700页

作者：闫安东付宗强曾疏桐常琳杨秀彬中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室吉林长春130033 山东大学物理学院山东济南250100

为了有效扩大惯性空间观测的幅宽范围和成像信噪比,提出了一种基于星等与光学多参量的映射函数的卫星与载荷姿频协同补偿的TDI相机长弧段星源主动扫描设计方法。首先,基于黑体辐射能量密度公式,构造TDI光学参量与极限探测星等之间的映... 详细信息

为了有效扩大惯性空间观测的幅宽范围和成像信噪比,提出了一种基于星等与光学多参量的映射函数的卫星与载荷姿频协同补偿的TDI相机长弧段星源主动扫描设计方法。首先,基于黑体辐射能量密度公式,构造TDI光学参量与极限探测星等之间的映射函数;然后,采用齐次坐标变换和欧拉轴最优路径规划方法,建立惯性空间卫星恒速机动和载荷动态实时补偿的长弧段星源扫描成像模型,完成动态星源无拖尾高信噪比成像。最后,基于平行实验理论,搭建由TDI相机和动态星源模拟器组成的实验系统,并完成了扫描成像实验和误差分析。实验结果表明,本体坐标系相对惯性坐标系的欧拉角速率为8.5(°)/s时,积分级数为96,TDI相机行频为1 kHz,成像时长10 s,TDI相机成像过程中星图成像信噪比最大值为7.325,扫描区域立体角为5.4232 rad。惯性空间TDI相机长弧段星源主动扫描可实现对星源高信噪比成像,并大幅拓展了成像观测范围。

关键词：空间遥感 TDI相机信噪比长弧段欧拉轴主动扫描

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自适应权重细节保持多曝光图像融合

激光与光电子学进展 2024年第18期 326-335页

作者：文瑞鸿刘春雨刘帅周美丽张玉鑫中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室

多曝光图像融合针对图像传感器不足以捕获大动态范围场景的问题，将同一场景下多幅曝光程度不同的图像融合，得到一幅包含丰富场景细节的高动态范围图像。针对融合中常出现的图像细节保存不足、边缘光晕等现象，提出一种自适应权重细节... 详细信息

多曝光图像融合针对图像传感器不足以捕获大动态范围场景的问题，将同一场景下多幅曝光程度不同的图像融合，得到一幅包含丰富场景细节的高动态范围图像。针对融合中常出现的图像细节保存不足、边缘光晕等现象，提出一种自适应权重细节保持多曝光图像融合算法。利用图像块分解中的对比度与结构分量提取融合结构度权重，同时利用二维熵选取亮度基准计算曝光度权重，结合饱和度权重使融合后的图像更好地还原场景的亮度与色彩信息。最后利用双金字塔融合在多个尺度上融合源图像序列，能够避免边界处不自然的光晕，得到保留更多细节的高动态范围融合图像。选取3个数据集中的70组多曝光图像进行实验，结果表明，所提算法的平均融合结构相似度达到0.983，平均交叉熵达到2.341，与经典或最新的多曝光融合方法相比能维持场景本身的亮度分布，同时保持更多的图像信息，验证了所提算法的有效性。所提算法融合结果优秀，视觉效果良好。

关键词：图像处理高动态范围多曝光融合图像块分解二维熵图像金字塔

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天基空间小目标复杂场景数字成像仿真

系统仿真学报 2024年

作者：李鹏飞徐伟朴永杰方应红石敦攀中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室

针对天基空间目标检测技术研究对空间图像数据源的普遍需求，重点面向智能算法训练数据不足以及传统算法使用数据单一等问题，以生成空间小目标复杂场景下动态数字序列图像为目的，设计了一种基于天基观测平台的可见光数字成像仿真系统... 详细信息

针对天基空间目标检测技术研究对空间图像数据源的普遍需求，重点面向智能算法训练数据不足以及传统算法使用数据单一等问题，以生成空间小目标复杂场景下动态数字序列图像为目的，设计了一种基于天基观测平台的可见光数字成像仿真系统。提出了一种小目标成像模型，基于二维形状特征点描述法及成像解析模型，对空间目标进行数字建模及成像模拟；设计了一种背景恒星成像方法，经过视场恒星选取、成像坐标转换和亚像素级位置建模，可实现精度达±0.005像素的星点目标位置成像建模；设计了空间环境下多种光照背景的动态模型，并进行了成像噪声分析及建模，拓扑了空间目标检测图像的场景种类及鲁棒性检测的试验条件。最后，在运动仿真算法设计中加入了目标灰度动态变化、目标曲线运动、运动拖尾以及平台抖动等成像仿真功能。仿真结果表明，该仿真系统可生成定制化的动态数字图像序列。经必要性与充分性验证评估，本数字仿真系统满足空间目标检测算法开发对多元图像数据的需求，对空间目标检测算法研究有一定使用价值。

关键词：空间小目标复杂场景成像模型图像处理动态仿真

基于局部最大梯度与最小强度先验的光场图像去模糊

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激光与光电子学进展 2024年第18期 336-345页

作者：赵宗晨刘春雨徐明林张玉鑫刘帅胡荟灵中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室

空间三维重建在遥感、军事、航空航天等多种领域均有着重要应用。其中，光场成像技术被广泛应用，为了使三维重建更精确，需要对光场成像的每个平面清晰成像。因此，提高光场图像的像质是解决空间重建的关键。首先，将光场成像应用于空... 详细信息

空间三维重建在遥感、军事、航空航天等多种领域均有着重要应用。其中，光场成像技术被广泛应用，为了使三维重建更精确，需要对光场成像的每个平面清晰成像。因此，提高光场图像的像质是解决空间重建的关键。首先，将光场成像应用于空间成像系统中，建立基于波动光学的光场成像模型，降低了成像模型复杂性，仿真出光场原始图像。其次，根据光场数字重聚焦算法，进行数字调焦，得到不同对准平面处的光场图像。最后，由于相对运动造成的误差、数字重聚焦算法存在的一定误差和微透镜阵列在光路中成像造成中高频信号损失等因素，重聚焦图像模糊。现有的图像去模糊算法并不能满足光场成像技术所需的像质要求，因此，本文提出一种去除遥感光场重聚焦图像模糊的算法。该算法利用图像模糊会导致局部最小强度值变大和局部最大梯度值变小的先验知识，通过构建能量函数，使用改进的半二次分裂方法估计潜在图像和模糊核，以达到去模糊的目的。结果表明，所提算法在处理光场重聚焦图像上优于其他图像去模糊算法。

关键词：光场成像波动光学数字重聚焦图像去模糊

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强大气湍流下扩展信标波前重建方法研究

中国光学(中英文) 2024年第05期17卷 1209-1218页

作者：毛浩迪李远洋郭劲中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室中国科学院大学

针对强湍流环境下自适应光学系统无理想点信标波前探测的难题，本文提出利用光场传感器(Plenoptic sensor)对扩展信标进行光场信息探测。对扩展信标的光场成像原理、波前位相重建算法、误差影响规律进行研究，利用等效法将扩展信标看做... 详细信息

针对强湍流环境下自适应光学系统无理想点信标波前探测的难题，本文提出利用光场传感器(Plenoptic sensor)对扩展信标进行光场信息探测。对扩展信标的光场成像原理、波前位相重建算法、误差影响规律进行研究，利用等效法将扩展信标看做数个离散点的集合，简化扩展信标在光场传感器上的成像过程，然后将光场图像按照特定方式重新进行排列组合。通过图像互相关法和Zernike模式法实现0°视场的波前重建。针对不同输入像差系数、单列微透镜单元数和噪声等误差影响因素进行仿真研究，结果表明：当输入像差在6.5λ以内时，波前重建精度约为0.08λ，对于图像分辨率为1 080×1 080、像元尺寸为5.5μm的图像探测器，单列微透镜单元数在40～50之间时波前重建精度最高，此外，系统噪声几乎不影响精度。最后，搭建了扩展信标波前探测系统，通过探测扩展信标对0°视场的4种像差波前进行重建，实验系统的波前重建精度约为0.04λ，基本满足自适应光学系统的波前检测要求。

关键词：强湍流光场传感器扩展信标波前重建

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结合图像增强和多尺度分解的红外与可见光图像融合

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光电子·激光 2024年第9期35卷 952-961页

作者：罗宁修吉宏杨雪中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室中国科学院大学

针对近年来红外与可见光图像融合易发生细节信息丢失、对比度低等问题，提出一种结合可见光图像增强和多尺度分解的红外与可见光图像融合算法。首先，提出一种自适应可见光图像增强方法，提高了可见光图像的整体对比度，并增强了可见光... 详细信息

针对近年来红外与可见光图像融合易发生细节信息丢失、对比度低等问题，提出一种结合可见光图像增强和多尺度分解的红外与可见光图像融合算法。首先，提出一种自适应可见光图像增强方法，提高了可见光图像的整体对比度，并增强了可见光图像中的细节信息。然后提出一种基于高斯滤波和滚动引导滤波的多尺度分解算法，将源图像分解为小尺度层、大尺度层和基础层，小尺度层融合采用基于最大绝对值的融合规则，大尺度层融合采用非线性权重系数将红外光谱特征注入到可见光图像中，基础层采用视觉显著映射的融合规则避免对比度损失，最后重建各尺度层生成融合图像。实验结果表明，与其他算法对比，所提方法的客观评价指标边缘保持度、基于人类启发感知的指标、空间频率、标准差、边缘强度分别平均提升了23.50%、30.38%、46.67%、50.41%、20.17%、54.19%,此外，生成的融合图像在主观评价中也具有较好的表现。

关键词：图像增强混合多尺度分解滚动引导滤波高斯滤波图像融合

用于极紫外光刻非球面光学元件检测的复合三相位计算全息元件

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光学学报 2024年第14期44卷 119-125页

作者：张海涛谢常青中国科学院微电子研究所集成电路制造技术全国重点实验室北京100029 中国科学院大学集成电路学院北京100049 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

提出一种同时出射3个波前的复合三相位计算全息图(CGH),并将其应用于波前误差校正。通过6次组合测量标定出CGH基底制造误差和图形位置误差,并在检测结果中予以消除。所测试的极紫外光刻(EUVL)非球面光学元件峰谷(PV)值和均方根(RMS)误... 详细信息

提出一种同时出射3个波前的复合三相位计算全息图(CGH),并将其应用于波前误差校正。通过6次组合测量标定出CGH基底制造误差和图形位置误差,并在检测结果中予以消除。所测试的极紫外光刻(EUVL)非球面光学元件峰谷(PV)值和均方根(RMS)误差分别为31.6 nm和4.88 nm。此外,对同一非球面光学元件进行基于折射零位补偿的检测实验,其PV值和RMS误差分别为38.6 nm和5.14 nm。所提出的复合三相位CGH具有实现亚纳米量级的EUVL非球面光学元件面形检测潜力。

关键词：测量非球面复合相位计算全息图组合测量