可见与近红外双变焦探测系统设计
发布时间：2021-01-11 15:03
本文简述多波段镜头的发展现状,分析了机械补偿型变焦系统的基本原理;通过对导向螺钉的受力分析,解析凸轮曲线压力角对凸轮转动的影响;在可见变焦光学系统设计过程中,以变倍为直线、补偿为曲线的方式,运用动态光学原理拟合出的补偿曲线压力角大于50°,不满足压力角要求。在不改变原始光学结构的基础上,提出了一种减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法,新拟合的曲线压力角均小于37°,有效地减小了凸轮曲线的压力角,根据双系统满足同变倍比的要求,拟合出近红外变焦系统的凸轮曲线;最后,阐述了变焦系统的装调方法,调节了双变焦系统光轴平行,通过MTF检测和对外景实验,验证了变焦系统在整个变焦过程成像质量优良,在大雾天气下对2500米的目标成像,对单一系统成像效果与双变焦系统成像效果进行对比,发现可见与近红外双变焦探测系统的成像效果更好,达到了最初设计目标,验证了本文设计的双波段变焦系统具有一定的工程实践意义。
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双波段两档变焦系统光学结构
3图 1.2 三波段共变焦系统结构图1.2.2 国外研究现状国外在多波段系统的研究已经有很长一段时间，相对国内的技术更成熟。2003 年以色列 JeremyM.Topaz、等人设计了可见、近红外与中波远程侦察摄像机[26]，系统可在白天和黑夜提供高分辨率图像，整体稳定性较高。2004 年美国 BrainCatanzaro 等人设计了一款多光谱成像仪[27]，系统焦距为 180mm，采用分光镜分成两个波段的光路，系统提高了帧频数>200Hz。2011 年韩国 Jeong-YeolHan、SergeyMarchuk 等人设计了一款可见与红外双波段的相机[28]，采用叠加光路的形式减少镜片，系统的结构体积明显减小。2010 年加拿大 JayN.Vizgaitis 等人设计了一款双 F 数的连续双波段变焦系统[29]，采用 Jay N. Vizgaitis 在 2005 年设计的一款双 F 数的成像系统技术，系统 F 数从3 到 6
图 3.1 可见与近红外双变焦探测系统总体设计方案可见与近红外双变焦探测系统设计的总体方案如图 3.1 所示。首先，确定本文所设计的可见与近红外双变焦探测系统采用的是机械补偿的方法，在上一章节的理论基础上，根据双变焦系统的技术指标，优化出双系统的光学结构；第二步，设计系统的凸轮曲线，本章重点研究变焦系统的凸轮曲线拟合，先对凸轮曲线压力角对电机驱动力的影响进行理论分析，再选择适用于本系统的凸轮曲线拟合方法，为了保证双变焦系统同时变焦目的，选择先拟合可见变焦系统的凸轮曲线，给出减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法，拟合出可见系统的凸轮曲线，再根据同变倍比公式拟合出近红外变焦系统的凸轮曲线，确保凸轮曲线的压力角大小在整个变焦过程满足要求；最后，完成上面的工作以后，再对系统进行结构设计，根据凸轮曲线设计出变焦系统的凸轮筒，根据镜片设计出适合系统的镜组固定结构、导向筒和零部件，最后根据双变焦系统满足同变焦比，需要设计一组齿轮传动机构保证可见系统的凸轮筒与红外系统的凸轮筒同步旋转。在设计结构时要为后期的装调考虑，对影响成像质量大的因素要留下可调环节，方便后面的装调工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法[J]. 高天元,吴合龙,韩旭. 光子学报. 2019(02)
[2]机载大变倍比大视场中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 张国伟,王海涛. 光学与光电技术. 2018(05)
[3]长波红外变焦光学系统设计[J]. 虞翔,刘云芳,张友伟,张慧卿,郑列华,汤心溢. 红外. 2017(10)
[4]一种新型复合变焦光学系统[J]. 操超,廖志远,白瑜,杨正,李帅. 光学学报. 2017(11)
[5]双波段共口径共变焦光学系统设计[J]. 高明,杨芝艳,吕宏,李西杰. 西安工业大学学报. 2016(08)
[6]双波段大变倍比连续共变焦光学系统设计[J]. 李西杰,刘钧,陈阳. 光子学报. 2016(10)
[7]可见光、中/长波共口径共焦距光学系统设计[J]. 高明,刘彬彬,刘钧,吕宏. 激光与红外. 2015(03)
[8]红外双波段双视场共光路光学系统[J]. 张葆,崔恩坤,洪永丰. 光学精密工程. 2015(02)
[9]可见与红外双波段光学系统的共变焦补偿方法[J]. 吕宏,高明,陈阳. 激光与红外. 2015(01)
[10]变焦凸轮曲线的优化设计方法[J]. 陈卫宁,杨洪涛,刘伟,范哲源,张兆会,周祚峰,刘广森,雷杨杰,祝青. 红外与激光工程. 2014(05)
硕士论文
[1]大视场红外连续变焦光学系统设计[D]. 杨莹.西安电子科技大学 2018
[2]红外与可见光实时融合的FPGA实现[D]. 余明伟.南京理工大学 2016
[3]基于FPGA的红外与可见光图像融合系统研究[D]. 陈天明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：2970993
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双波段两档变焦系统光学结构
3图 1.2 三波段共变焦系统结构图1.2.2 国外研究现状国外在多波段系统的研究已经有很长一段时间，相对国内的技术更成熟。2003 年以色列 JeremyM.Topaz、等人设计了可见、近红外与中波远程侦察摄像机[26]，系统可在白天和黑夜提供高分辨率图像，整体稳定性较高。2004 年美国 BrainCatanzaro 等人设计了一款多光谱成像仪[27]，系统焦距为 180mm，采用分光镜分成两个波段的光路，系统提高了帧频数>200Hz。2011 年韩国 Jeong-YeolHan、SergeyMarchuk 等人设计了一款可见与红外双波段的相机[28]，采用叠加光路的形式减少镜片，系统的结构体积明显减小。2010 年加拿大 JayN.Vizgaitis 等人设计了一款双 F 数的连续双波段变焦系统[29]，采用 Jay N. Vizgaitis 在 2005 年设计的一款双 F 数的成像系统技术，系统 F 数从3 到 6
图 3.1 可见与近红外双变焦探测系统总体设计方案可见与近红外双变焦探测系统设计的总体方案如图 3.1 所示。首先，确定本文所设计的可见与近红外双变焦探测系统采用的是机械补偿的方法，在上一章节的理论基础上，根据双变焦系统的技术指标，优化出双系统的光学结构；第二步，设计系统的凸轮曲线，本章重点研究变焦系统的凸轮曲线拟合，先对凸轮曲线压力角对电机驱动力的影响进行理论分析，再选择适用于本系统的凸轮曲线拟合方法，为了保证双变焦系统同时变焦目的，选择先拟合可见变焦系统的凸轮曲线，给出减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法，拟合出可见系统的凸轮曲线，再根据同变倍比公式拟合出近红外变焦系统的凸轮曲线，确保凸轮曲线的压力角大小在整个变焦过程满足要求；最后，完成上面的工作以后，再对系统进行结构设计，根据凸轮曲线设计出变焦系统的凸轮筒，根据镜片设计出适合系统的镜组固定结构、导向筒和零部件，最后根据双变焦系统满足同变焦比，需要设计一组齿轮传动机构保证可见系统的凸轮筒与红外系统的凸轮筒同步旋转。在设计结构时要为后期的装调考虑，对影响成像质量大的因素要留下可调环节，方便后面的装调工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法[J]. 高天元,吴合龙,韩旭. 光子学报. 2019(02)
[2]机载大变倍比大视场中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 张国伟,王海涛. 光学与光电技术. 2018(05)
[3]长波红外变焦光学系统设计[J]. 虞翔,刘云芳,张友伟,张慧卿,郑列华,汤心溢. 红外. 2017(10)
[4]一种新型复合变焦光学系统[J]. 操超,廖志远,白瑜,杨正,李帅. 光学学报. 2017(11)
[5]双波段共口径共变焦光学系统设计[J]. 高明,杨芝艳,吕宏,李西杰. 西安工业大学学报. 2016(08)
[6]双波段大变倍比连续共变焦光学系统设计[J]. 李西杰,刘钧,陈阳. 光子学报. 2016(10)
[7]可见光、中/长波共口径共焦距光学系统设计[J]. 高明,刘彬彬,刘钧,吕宏. 激光与红外. 2015(03)
[8]红外双波段双视场共光路光学系统[J]. 张葆,崔恩坤,洪永丰. 光学精密工程. 2015(02)
[9]可见与红外双波段光学系统的共变焦补偿方法[J]. 吕宏,高明,陈阳. 激光与红外. 2015(01)
[10]变焦凸轮曲线的优化设计方法[J]. 陈卫宁,杨洪涛,刘伟,范哲源,张兆会,周祚峰,刘广森,雷杨杰,祝青. 红外与激光工程. 2014(05)
硕士论文
[1]大视场红外连续变焦光学系统设计[D]. 杨莹.西安电子科技大学 2018
[2]红外与可见光实时融合的FPGA实现[D]. 余明伟.南京理工大学 2016
[3]基于FPGA的红外与可见光图像融合系统研究[D]. 陈天明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：2970993
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