TMC空间光学系统波前编码技术研究

发布时间：2021-09-01 06:53

　　光学系统的口径、光阑、焦距等参数决定了该系统的景深或者焦深。大景深或者大焦深可以更多的获得物空间的相关信息或者抑制离焦带来的像质下降的问题。从上世纪初开始,人们就开始研究能够扩展系统景深或者焦深的技术。1995年,Colorado大学的Dowski和Cathy等人首次提出波前编码技术,该技术简单易用,极大地扩展了系统景深或者焦深。从此,波前编码技术得到迅速发展,国内外学者对其进行了一系列系统的研究,并应用到各领域以及各种光学系统中。本课题的目的在于研究波前编码技术在空间光学系统中的应用,以及提出多重波前编码技术的概念。在空间光学系统中,波前编码技术可以很方便的扩展系统焦深,使空间相机能够抑制由于温差或者卫星振动导致的离焦,从而解决了离焦导致的像质退化的问题。基于相位板在系统中的位置引起相位函数变化的理论推导模型可以解释相位板位置变化对系统成像和焦深延拓的影响,因此利用这一原理可以指导相位板在实际装调中的应用。同时,在传统波前编码技术的基础上,提出了多重波前编码这一全新概念,分别从几何成像、傅立叶光学、以及光线追迹等方面对其解释和阐述,并设计出多重波前编码光学系统。与传统波前编码不同的是... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：171 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 波前编码技术的研究意义
        1.1.1 景深延拓的意义
        1.1.2 景深延拓的手段
        1.1.3 波前编码技术的优势
        1.1.4 波前编码相位板的种类
    1.2 国内外波前编码技术的发展状况
        1.2.1 国外波前编码技术的发展现状
        1.2.2 国内波前编码技术的发展现状
        1.2.3 波前编码技术的发展趋势
    1.3 本文研究的主要内容
第2章 波前编码技术的理论基础
    2.1 概述
    2.2 波前编码技术的基本原理
        2.2.1 模糊函数
        2.2.2 静态相位法
        2.2.3 三次相位板波前编码系统
        2.2.4 波前编码传递函数离焦不变条件
    2.3 传统光学系统的景深
        2.3.1 传统光学系统的像质容限
        2.3.2 传统光学系统景深公式
    2.4 波前编码系统的景深
    2.5 波前编码光学系统的景深延拓率
        2.5.1 景深与焦深
        2.5.2 波前编码系统景深延拓率
    2.6 本章小结
第3章 基于相位板面型的波前编码TMC系统研究
    3.1 概述
    3.2 总体方案
        3.2.1 设计基本原则
        3.2.2 主要技术参数
        3.2.3 焦深范围
        3.2.4 相位板在系统中的位置
    3.3 三次型相位板设计
        3.3.1 设计要求
        3.3.2 优化目标
        3.3.3 三次相位板设计结果
        3.3.4 三次相位板焦深延拓分析
    3.4 圆对称相位板设计
        3.4.1 设计要求
        3.4.2 优化目标和设计结果
        3.4.3 圆对称相位板焦深延拓分析
    3.5 自定义曲面相位板设计
        3.5.1 设计初衷
        3.5.2 面型选择
        3.5.3 自定义面型C++编译
        3.5.4 面型优化结果
    3.6 本章小结
第4章 基于三次相位板TMC系统的成像与复原研究
    4.1 概述
    4.2 原TMC系统成像
    4.3 三次型相位板TMC波前编码系统成像仿真
    4.4 相位板面型加工误差研究
        4.4.1 面型检测
        4.4.2 数据拟合与面型仿真
        4.4.3 图像解码仿真
    4.5 实验成像与复原研究
        4.5.1 TMC实验平台
        4.5.2 原TMC系统离焦成像实验
        4.5.3 三次相位板TMC波前编码系统离焦成像与复原实验
        4.5.4 实验结论
    4.6 本章小结
第5章 相位板位置对波前编码系统的成像影响分析
    5.1 概述
    5.2 理论分析
        5.2.1 相位板偏心对相位函数的影响
        5.2.2 相位板倾斜对相位函数的影响
    5.3 相位板偏心实验
    5.4 本章小结
第6章 多重波前编码系统的研究
    6.1 概述
    6.2 多重波前编码技术概念
    6.3 多重波前编码成像系统的几何解释
        6.3.1 多重波前编码成像系统的像面处光线聚焦情况
        6.3.2 多重波前编码成像系统的点列图
    6.4 多重波前编码成像系统的傅里叶光学解释
        6.4.1 多重波前编码成像系统点扩散函数
        6.4.2 多重波前编码成像系统的调制传递函数
    6.5 共掩模与差异掩模
    6.6 光路计算与推导
        6.6.1 轴上点光源光路计算公式
        6.6.2 轴外点光源光路计算公式
    6.7 多重波前编码系统设计结果
    6.8 多重波前编码系统图像复原仿真
    6.9 本章小结
第7章 总结
附录
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]TDI-CCD高分辨率空间相机多功能调焦控制系统[J]. 于涛,宋克非.  红外与激光工程. 2013(S2)
[2]航天器微振动对空间相机像质的影响[J]. 王红娟,王炜,王欣,邹刚毅,李刚,樊学武.  光子学报. 2013(10)
[3]用于大景深三维纳米分辨多分子追踪的衍射光学元件的设计制备和实验研究[J]. 于斌,李恒,陈丹妮,牛憨笨.  物理学报. 2013(15)
[4]环带型波前编码大景深相位模板的设计和优化[J]. 莫绪涛,王晋疆.  红外与激光工程. 2012(11)
[5]一种空间相机焦距的自动温度补偿系统[J]. 于涛,徐抒岩,宋克非.  红外与激光工程. 2012(08)
[6]基于波前编码技术红外光学系统无热化研究[J]. 吕天宇,杨飞,明名.  长春理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[7]轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验[J]. 贾学志,王栋,张雷,安源,姚劲松,金光.  光学精密工程. 2011(08)
[8]圆对称型大景深相位模板的理论设计[J]. 王晋疆,韩瑞雨,莫绪涛,孟云霞.  天津大学学报. 2011(05)
[9]长波红外高光谱成像系统的设计与实现[J]. 袁立银,林颖,何志平,徐卫明,张滢清,舒嵘,王建宇.  红外与激光工程. 2011(02)
[10]光学系统成像质量评价基本指标体系的研究[J]. 李小芸,齐豪,李剑白,陈常彦.  江西科学. 2011(01)

博士论文
[1]反射式宽视场高分辨率成像光谱仪光学系统研究[D]. 刘晓梅.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[2]基于波前编码技术拓展三维集成成像系统景深的应用研究[D]. 王金刚.南开大学 2013
[3]推扫式遥感相机基于图像的实时自动调焦研究[D]. 卢振华.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[4]波前编码技术理论研究及其在液体变焦透镜的应用[D]. 康竞然.华中科技大学 2011
[5]温度对遥感器光学系统成像质量的影响[D]. 巩盾.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[6]波前编码成像系统解码算法理论研究及其应用[D]. 刘钦晓.浙江大学 2010



本文编号：3376490