基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计

发布时间：2021-07-27 13:56

　　采用当前方法设计的成像光学系统对目标进行成像时,存在成像质量低和系统分辨率低的问题。将微分方程应用在成像光学系统的设计中,提出基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计方法。在成像光学系统设计原则的基础上对成像光学系统的主要参数进行设计,通过光学折反射定理和微分几何原理建立微分方程组,采用Ronge-Kutta方法对构建的微分方程进行数值求解,在XZ平面中得到自由曲面的轨迹,根据自由曲面的轨迹构造光学自由曲面,提高成像光学系统的分辨率,结合成像光学系统的主要参数完成高分辨率成像光学系统的设计。实验结果表明,所提方法的成像质量高、系统分辨率高。 

【文章来源】：激光杂志. 2020,41(06)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

入/出射光线与自由曲面之间的几何关系

为了验证基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计方法的有效性，需要对其进行测试，本次测试的实验平台为Zemax程序，操作系统为Windows。成像光学系统对空间层次不同的目标成像能力可以通过传递函数的传递效率进行描述。通常情况下成像光学系统的传递效率在60%以上就可以实现目标成像，传递效率越高系统成像的质量越好。分别采用基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计方法、文献[6]方法和文献[7]方法通过传递函数进行测试，对比三种不同方法的成像质量，测试结果如图3所示。

成像光学系统对空间层次不同的目标成像能力可以通过传递函数的传递效率进行描述。通常情况下成像光学系统的传递效率在60%以上就可以实现目标成像，传递效率越高系统成像的质量越好。分别采用基于微分方程方法的高分辨率成像光学系统设计方法、文献[6]方法和文献[7]方法通过传递函数进行测试，对比三种不同方法的成像质量，测试结果如图3所示。分析图3可知，采用文献[6]方法和文献[7]方法进行测试时，传递函数的传递效率达到了80%，次数较少，但大多数都在40%以下，表明文献[6]方法和文献[7]方法的成像质量不稳定;而本文设计方法在多次迭代中的传递效率均高于70%，从上文可知当传递效率高于60%时，就可以完成目标的成像，说明本文方法能够成像质量较好。这是因为本文采用的微分方程方法能够分解图片像素特征，光学成像效果佳。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种小型化滚‐仰式长波红外光学系统设计[J]. 贺磊,张建隆,杨振,郭鑫民.  红外技术. 2018(12)
[2]分布式孔径半主动激光探测计量系统设计[J]. 陈欣,李重阳,徐春云,冯云鹏,程灏波.  影像科学与光化学. 2018(05)
[3]无人机加载光学摄像及红外成像系统对海上特大桥塔索质量检测的运用技术[J]. 马晔,邹露鹏,张理轻.  公路交通科技. 2018(08)
[4]双狭缝高分辨率紫外成像光谱仪光学系统设计[J]. 朱雨霁,尹达一,魏传新,陈永和.  半导体光电. 2018(04)
[5]衍射元件表面粗糙度对衍射效率的影响[J]. 赵丽东,崔庆丰,毛珊,赵渊明,朴明旭,胡洋.  光子学报. 2018(08)
[6]立体成像眼底相机光学系统设计[J]. 肖志涛,娄世良,吴骏,耿磊,张芳.  光学精密工程. 2018(05)
[7]同轴五反大视场多目标三维成像光学系统设计[J]. 刘莹奇,骆媛,鲁华,梅甫麟,舒营恩.  光学学报. 2018(06)
[8]国外地球静止轨道高分辨率光学成像系统发展综述[J]. 刘韬,周润松.  航天器工程. 2017(04)
[9]卫星平台运动对高分辨率光学遥感成像系统影响分析[J]. 范斌,于起峰.  中国空间科学技术. 2017(03)
[10]地球同步轨道带动态监视光学系统样机及试验观测结果[J]. 罗浩,毛银盾,于涌,张会彦,唐正宏.  空间科学学报. 2017(03)



本文编号：3305912