大口径拼接式衍射光学系统成像特性及像质复原方法研究
发布时间：2021-07-26 21:12
大口径拼接式薄膜衍射光学系统是建立在轨超大口径、超轻型光学系统最有潜力的发展方向之一,其采用超薄薄膜作为衍射主镜材料,通过拼接组成光学孔径阵列实现高分辨率光学成像,具有重量轻、易于折叠和展开、以及成本低等优点。然而大口径拼接式衍射光学系统受到主镜拼接和衍射成像耦合作用的影响,其成像质量退化过程更加复杂,与传统折/反射式系统相比,调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）与信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）更低,且具有复杂的空间移变和光谱变化特性,成像质量很可能无法满足遥感应用的需求。而目前针对大口径拼接式衍射光学系统的成像特性以及相应的像质复原方法的研究少见于报道。本文即针对该问题,分析大口径拼接式衍射光学系统的成像特性,提出相应的像质复原方法,并开展相关模型与方法的实验验证。主要研究工作如下:（1）开展了拼接式衍射光学系统成像质量退化机理研究。分别从主镜拼接和衍射光学成像的角度,对拼接式衍射光学系统的成像机理及特性进行了分析。从主镜拼接角度,分析了拼接参数和拼接误差对系统成像质量的影响。从衍射成像角度,以多级位相光栅为基...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EYEGLASS项目
光电所400mm薄
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-第2章拼接式衍射光学系统成像机理研究2.1引言拼接式衍射光学系统不同于传统全孔径折/反射式成像系统，其通过拼接式光学孔径的形式拼接衍射光学元件实现成像。拼接式光学孔径系统通过合成多个子孔径实现高分辨率成像，但由于其孔径不连续，造成其成像过程中的调制传递函数中频退化和较低的焦面能量；而衍射光学元件基于衍射原理实现成像，但其色差较大，且具有空间移变特性，成像质量通常较差；两种机制结合会造成更加复杂的耦合退化效应。本章从标量衍射理论出发，分别讨论主镜拼接过程和衍射成像过程的成像机理及退化特性，在考虑其耦合退化特性的基础上，以MTF和SNR作为成像特性表征参数，建立拼接式衍射光学系统的成像特性分析模型。2.2主镜拼接对系统成像质量的影响分析2.2.1拼接主镜的成像机理理想光学系统成像满足线性性和叠加性，可以看成是线性空间不变的。对于拼接式主镜，其入瞳不再为单一连通域，而是包含多个相同的圆形子孔径。一个具有N个相同圆形子孔径的拼接式主镜，其广义光瞳函数可以表示为：()()221,,/2NArraynnnPcircd=+=(2-1)其中，d为子孔径直径，(),nn为子孔径圆心坐标。根据傅里叶光学可知，光学系统的光瞳函数、点扩散函数(PSF)、光学传递函数(OTF)和调制传递函数(MTF)可以进行如下的相互转换：图2-1光瞳函数、PSF、OTF和MTF的关系根据图2-1所示关系和式(2-1)，可以推得拼接式主镜的点扩散函数和传递函数分别为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]条件生成对抗网络在遥感图像复原中的可行性[J]. 卜丽静,李秀伟,张正鹏,姜昊男. 国土资源遥感. 2020(01)
[2]衍射光学系统波前反演误差分析方法[J]. 乔凯,智喜洋,杨冬,于頔,王达伟. 光学学报. 2019(11)
[3]优化点扩散函数估计与稀疏约束的图像盲复原[J]. 卜丽静,卜欣彤,张过,武文波,张正鹏. 测绘科学. 2017(10)
[4]用于空间望远镜的大口径高衍射效率薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 王若秋,张志宇,薛栋林,张学军. 红外与激光工程. 2017(09)
[5]微结构薄膜望远镜研究进展分析[J]. 杨伟,吴时彬,汪利华,范斌,罗先刚,杨虎. 光电工程. 2017(05)
[6]用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 张健,栗孟娟,阴刚华,焦建超,刘正坤,徐向东,付绍军. 光学精密工程. 2016(06)
[7]拼接菲涅耳透镜子镜失调误差分析[J]. 汪利华,吴时彬,杨伟,任戈. 光学学报. 2016(07)
[8]空间薄膜衍射望远镜展开结构设计与分析[J]. 郑耀辉,阮萍,曹尚. 红外与激光工程. 2016(01)
[9]基于空域的自适应MTFC遥感图像复原算法[J]. 周楠,齐文雯,曹世翔,何红艳,邢坤,岳春宇. 航天返回与遥感. 2015(04)
[10]卫星振动引起的非规则采样降质图像复原方法[J]. 智喜洋,张伟,李立源,孙晅. 哈尔滨工业大学学报. 2014(09)
博士论文
[1]基于稀疏与低秩模型的光学遥感图像盲复原方法研究[D]. 王忠美.电子科技大学 2017
[2]基于字典学习算法的遥感图像复原及其应用研究[D]. 耿蕾蕾.南京理工大学 2016
[3]基于正则化方法的图像复原算法研究[D]. 刘巧红.上海大学 2015
[4]亚波长衍射微透镜的严格矢量分析[D]. 刘玉玲.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于矢量衍射理论的薄膜衍射光学成像仿真及分析[D]. 李允.哈尔滨工业大学 2019
[2]空间薄膜衍射成像系统图像反演恢复方法研究[D]. 江世凯.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3304383
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EYEGLASS项目
光电所400mm薄
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-第2章拼接式衍射光学系统成像机理研究2.1引言拼接式衍射光学系统不同于传统全孔径折/反射式成像系统，其通过拼接式光学孔径的形式拼接衍射光学元件实现成像。拼接式光学孔径系统通过合成多个子孔径实现高分辨率成像，但由于其孔径不连续，造成其成像过程中的调制传递函数中频退化和较低的焦面能量；而衍射光学元件基于衍射原理实现成像，但其色差较大，且具有空间移变特性，成像质量通常较差；两种机制结合会造成更加复杂的耦合退化效应。本章从标量衍射理论出发，分别讨论主镜拼接过程和衍射成像过程的成像机理及退化特性，在考虑其耦合退化特性的基础上，以MTF和SNR作为成像特性表征参数，建立拼接式衍射光学系统的成像特性分析模型。2.2主镜拼接对系统成像质量的影响分析2.2.1拼接主镜的成像机理理想光学系统成像满足线性性和叠加性，可以看成是线性空间不变的。对于拼接式主镜，其入瞳不再为单一连通域，而是包含多个相同的圆形子孔径。一个具有N个相同圆形子孔径的拼接式主镜，其广义光瞳函数可以表示为：()()221,,/2NArraynnnPcircd=+=(2-1)其中，d为子孔径直径，(),nn为子孔径圆心坐标。根据傅里叶光学可知，光学系统的光瞳函数、点扩散函数(PSF)、光学传递函数(OTF)和调制传递函数(MTF)可以进行如下的相互转换：图2-1光瞳函数、PSF、OTF和MTF的关系根据图2-1所示关系和式(2-1)，可以推得拼接式主镜的点扩散函数和传递函数分别为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]条件生成对抗网络在遥感图像复原中的可行性[J]. 卜丽静,李秀伟,张正鹏,姜昊男. 国土资源遥感. 2020(01)
[2]衍射光学系统波前反演误差分析方法[J]. 乔凯,智喜洋,杨冬,于頔,王达伟. 光学学报. 2019(11)
[3]优化点扩散函数估计与稀疏约束的图像盲复原[J]. 卜丽静,卜欣彤,张过,武文波,张正鹏. 测绘科学. 2017(10)
[4]用于空间望远镜的大口径高衍射效率薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 王若秋,张志宇,薛栋林,张学军. 红外与激光工程. 2017(09)
[5]微结构薄膜望远镜研究进展分析[J]. 杨伟,吴时彬,汪利华,范斌,罗先刚,杨虎. 光电工程. 2017(05)
[6]用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件[J]. 张健,栗孟娟,阴刚华,焦建超,刘正坤,徐向东,付绍军. 光学精密工程. 2016(06)
[7]拼接菲涅耳透镜子镜失调误差分析[J]. 汪利华,吴时彬,杨伟,任戈. 光学学报. 2016(07)
[8]空间薄膜衍射望远镜展开结构设计与分析[J]. 郑耀辉,阮萍,曹尚. 红外与激光工程. 2016(01)
[9]基于空域的自适应MTFC遥感图像复原算法[J]. 周楠,齐文雯,曹世翔,何红艳,邢坤,岳春宇. 航天返回与遥感. 2015(04)
[10]卫星振动引起的非规则采样降质图像复原方法[J]. 智喜洋,张伟,李立源,孙晅. 哈尔滨工业大学学报. 2014(09)
博士论文
[1]基于稀疏与低秩模型的光学遥感图像盲复原方法研究[D]. 王忠美.电子科技大学 2017
[2]基于字典学习算法的遥感图像复原及其应用研究[D]. 耿蕾蕾.南京理工大学 2016
[3]基于正则化方法的图像复原算法研究[D]. 刘巧红.上海大学 2015
[4]亚波长衍射微透镜的严格矢量分析[D]. 刘玉玲.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于矢量衍射理论的薄膜衍射光学成像仿真及分析[D]. 李允.哈尔滨工业大学 2019
[2]空间薄膜衍射成像系统图像反演恢复方法研究[D]. 江世凯.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3304383
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