雷腾 1,2,3张义民 1,2,3马一哲 1,2,3丁学专 1,2,3[ ... ]王世勇 1,2,3,*
1 中国科学院 上海技术物理研究所，上海200083
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 红外探测与成像技术实验室，上海20008
低采样率下的高质量鬼成像（GI）对于科学研究和实际应用具有重要意义，为了在低采样率条件下重建高质量图像，提出了一种高质量的被动式压缩鬼成像重构算法（PCGI-LRC）。基于图像的非局域相似块堆叠而成的矩阵具有低秩和稀疏奇异值的假设，从理论和实验上证明了一种对最小二乘问题与非局域相似块低秩近似问题进行联合迭代求解的方法，能够在低采样率（6.25%~50%）条件下实现高质量鬼成像。实验结果表明：与基于稀疏基约束的GI（GI-SBC）和基于全变分约束的GI（GI-TVC）相比，PCGI-LRC在峰值信噪比、结构相似性系数和视觉观测等方面均更优，在抑制重构噪声的同时保持了目标的细节信息，其中PSNR提升效果优于1.1 dB，SSIM提升效果优于0.04。
鬼成像 图像重构 图像压缩 单像素成像 ghost imaging image reconstruction image suppression single pixel imaging 红外与激光工程
2020, 49(8): 20200007
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所 启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
针对光机扫描式超大幅宽对地观测面临的地面成像畸变导致的分辨率随扫描视场增大而急剧降低的问题, 提出了一种变焦距摆扫配合可调狭缝光阑成像的方法, 推导了其在超大幅宽成像过程中需满足的变焦扫描与光阑控制关系式.理论分析表明:当系统光轴倾斜角度和狭缝大小与瞬时焦距满足对应关系时, 可有效消除地面成像畸变, 解决边缘分辨率急剧降低的问题, 实现大幅宽扫描成像过程中地面分辨率始终与星下点分辨率保持一致.此外, 设计了一套变焦摆扫成像系统, 分析证明了该方法具有较大可行性, 这对未来超大幅宽、高分辨率对地成像观测具有重要指导意义.
成像系统 超大幅宽 低畸变 变焦距 imaging system super large width low distortion zoom
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
覆盖“日盲”紫外到近紫外波段的光学材料少，增加了小 F数、大视场宽谱段紫外高光谱成像仪设计的难点。本文仅采用熔融石英和氟化镁两种材料，设计了一套宽谱段紫外高光谱成像仪，光谱范围为 250～400 nm，焦距 15 mm，F数 3.2，视场 31°。系统实现了模块化设计，前置成像镜头和后接光谱仪可独立成像。为保证对接后高光谱成像仪具有较好的像质，紫外镜头采用像方远心设计；光谱仪采用 Offner结构，且反射镜实现了一体化设计，由两个元件组成，可实现同轴安装，极大降低了装调难度。对接后紫外高光谱成像仪像质较好，系统结构紧凑，外形尺寸仅有 128 mm×60 mm×60 mm，实现了系统轻小型化设计。
高光谱成像仪 宽谱段紫外 轻小型化 模块化 hyper-spectral imaging instrument wide spectrum ultraviolet miniaturization modularization
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 集成光电技术研究中心, 重庆 400714
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
基于精确的LED光源近场模型, 提出了一种LED光学扩展量测量方法.通过追迹LED近场光源模型中的光线数据, 可获得LED光功率关于光学扩展量的关系曲线, 直观反映出LED光源的光学扩展量特性和光能利用率等信息.以紫外曝光系统中的UV-LED阵列面光源为例, 对三款不同型号的UV-LED进行了实际测量.通过测量得到的光学扩展量和光能利用率曲线, 可以对UV-LED的光束质量作出判断, 并为阵列面光源的优化设计提供帮助.
非成像光学 光学扩展量 光源近场 发光二极管 光学设计 Non-imaging optics Etendue Light source near-field Light-emitting diode Optical design
热红外成像光谱仪广泛应用于工业研究、环境监测以及自然资源探测等多个领域。随着大面阵红外探测器技术的发展，大视场大相对孔径热红外光谱仪已成为遥感领域新的发展方向。本文介绍了一种基于凸面光栅的同轴Offner 结构，对常规Offner 结构进行改进，仅使用一块大凹面反射镜，在凸面光栅的位置插入带有负像散的校正透镜。设计验证结果表明，这种结构在热红外波段具有非常优异的表现，较传统Offner 结构能实现更大的视场，更小的F 数。最后利用这种结构设计了60 mm 狭缝视场，F 数为2 的热红外光谱仪，其成像弥散斑直径小于5 mm，MTF 达到衍射极限。该热红外光谱仪系统结构紧凑，非常适合航天航空遥感的应用。
热红外光谱仪 超大视场 Offner结构 thermal infrared spectrometer super wide field of view Offner system
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
为了满足多种复杂环境的使用需求, 红外光学系统需要适应较大的工作温度范围。介绍了一种三分离式消色差消热差制冷型中红外物镜的设计方法。改进了三分离式结构物镜的孔径光阑位置, 使物镜实现100%冷光阑效率, 同时将这种结构与消热差模型相结合, 推导出三分离式消热差物镜的初始光焦度分配关系, 并给出透镜材料的组合原则。利用该方法设计了工作波段为3～5 μm, 焦距为88 mm, 相对孔径为1: 2的红外物镜, 各视场弥散斑半径均小于5 μm, 调制传递函数MTF达到0.75@17 lp/mm, 获得了很好的成像质量。该物镜在-20 ℃～+70 ℃温度范围内保持焦距、像面和像质很好的稳定, 验证了三分离式消热差光学系统的设计方法。
光学设计 消热差 三分离式结构 optical design athermalization three-lens structure 红外与激光工程
2016, 45(4): 0418005
由于离轴三反射镜系统拥有视场大、无色差、适用温度范围宽、对材料无限制、无中心遮拦、可轻量化设计等一系列优势，在航天遥感中正被越来越广泛地应用。结合常用光学设计软件ZEMAX的Macros 功能，通过将自己编写的ZPL 宏指令加入系统评价函数中来限制离轴三反优化过程中的挡光问题，并给出了具体的设计、使用步骤。
光学设计 离轴三反 中心遮拦 optic system design off-axis TMA obscure ZEMAX ZEMAX Macros Macros ZPL ZPL
设计了离轴全球面成像光谱仪和离轴校正透镜棱镜分光成像光谱仪两种光学系统.在离轴全球面成像光谱仪的基础上，提出了改进型离轴校正透镜光谱仪，仅采用一个色散棱镜，避免了大口径同心透镜；有效校正了大视场像差，色散非线性修正效果显著.通过调节离轴角和光谱仪的焦距控制了畸变，补偿了与波长相关的狭缝弯曲，减小了残余像差，并降低了整个光谱仪工程实施的难度.从工程合理性、加工可实现性和光学性能等方面比较了两个系统的特点，推导和给出了光谱分辨率和狭缝弯曲的计算结果.从设计结果看，改进型离轴校正透镜光谱仪的传递函数最小值大于75％，而离轴全球面成像光谱仪的最小值只大于60％.从加工难易程度看，离轴全球面成像光谱仪采用一个接近Φ200 mm的石英透镜，其透射材料远不如改进型离轴校正透镜光谱仪透镜材料的均匀性和面形准确度高，而且大口径透镜大大增加了制备难度和成本.从工程布局看，改进型离轴校正透镜光谱仪充分考虑了与机械结构的匹配，狭缝与第一面反射镜的轴向距离较合理.从光谱特性看，两个光学系统的光谱分辨率结果基本接近，离轴全球面成像光谱仪光谱弯曲结果略好于离轴校正透镜结构.因此，综合比较得出离轴校正透镜光谱仪是最佳的选择方案，该系统可应用在短波红外波段的光谱成像的遥感探测.
棱镜分光光谱仪 离轴校正透镜 色散非线性 狭缝弯曲 Imaging spectrometer with dispersion prism Off-axis correction lens Spectral nonlinear Slit curve
