阐述了一种基于半球环形全景成像的紫外光学系统, 从大视场的需求角度出发, 设计了半球环形的全景成像光学系统, 该系统可以实现对180°(H)×40°(V)空域实现成像覆盖的需求, 系统适用于紫外成像, 由于紫外波段系统材料较少, 为减小系统像差, 在第一片镜片采用了镀膜折返式方式进行设计, 该设计不但实现了扩大系统视场接收范围的能力, 还具备了镜片数量少的特点。所设计的系统体积小, 覆盖面积广, 成像质量高, 有效的实现了环形大视场范围紫外图像获取。

讨论了基于光纤传输的柔性红外光学成像系统设计方法, 采用光学成像前置模块+光纤传像束+光学成像后置模块的分体式布局, 通过合理的优化设计, 实现光学孔径与制冷探测器的高效匹配。该设计方法减轻了伺服转动机构光学负载质量, 压缩了光学负载的外形尺寸, 扩展了光机系统柔性布局的新方式, 通过该设计方法, 配合伺服转动结构, 可实现半球空域内的任意方向成像。

传统的红外与可见光图像融方法将图像分解为多个频域分量后分别融合再相加,存在边缘模糊、对比度低等问题,为此提出了一种基于Tikhonov正则化和细节重建的融合方法。首先,利用Tikhonov正则化将图像分解为基本层和细节层,针对基本层训练一种用于细节重建的生成对抗网络;然后提取待融合图像的基本层特征,采用主成分分析方法进行融合;最后将基本层融合结果输入到生成对抗网络中,重建出一幅高频信息丰富的融合图像。实验结果表明:所提方法很好地保留了源图像中的细节信息和高亮区域,对不同清晰度的图像具有较好的鲁棒性。

针对传统的车道线检测系统采用单路前视摄像头在夜晚场景下易受强光照干扰和在复杂场景下易出现误检漏检的问题,提出一种基于主动红外滤光环视成像的车道线检测算法。在成像阶段,利用4路基于主动红外滤光成像的车载摄像头采集车辆四周的场景信息,再基于透视变换和图像融合得到具有360°俯视效果的环视图像。在车道线的检测阶段,提出一种基于凝聚型层次聚类的车道线检测算法:1) 基于车道线的形状特征设计一种具有较强针对性的匹配模板用来提取车道线边缘点;2) 以凝聚型层次聚类对边缘点聚类,并以随机抽样一致性算法对车道线进行直线拟合;3) 结合先验信息和卡尔曼滤波器进一步提高检测准确性。结果表明,本文算法能够较好地消除车道线检测过程中的强光照影响,并在一定程度上有效地降低了误检漏检率。

讨论了长波无热化镜头设计方法, 采用新的玻璃材料硫系玻璃进行了光学系统的设计, 介绍了硫系玻璃的特性和应用方向, 分析了光学镜头无热化的设计方法, 并根据技术要求设计了基于硫系玻璃的长波红外无热化镜头, 通过合理的将硫系玻璃和其他红外材料进行匹配, 通过优化设计, 在宽温度范围内得到了较好的成像效果。

讨论了大范围远距离目标探测的难点, 设计了基于旋转扫描的双视场大口径镜头, 增大系统探测范围。设计中采用分组设计方法, 将前组系统口径进行压缩, 利用振镜摆动来补偿旋转过程中的像移现象, 使生成的图像能够稳定, 提高了探测精度。经过仿真模拟得到较为理想的系统传递函数和弥散斑, 使大口径系统利用旋转扫描的方式可以实现大范围探测。设计提供了一种新的方式及思路, 用以改善凝视系统探测距离或探测范围的不足等问题。

对于探测光谱特征, 需要设计多光谱波段的光学镜头。根据设计需求, 设计了一个基于声光可调滤波器选通晶体的多光谱镜头, 该镜头采用变焦设计, 以适应不同场景分辨率的使用要求, 同时在设计的过程中, 采用分段设计, 对系统的出瞳和入瞳进行了优化匹配, 并校正了色差, 以及绘制出变焦曲线, 为后期系统变焦制动方案提供了依据。

介绍了一种半球空域成像长波红外光学系统的设计。该光学系统采用二次成像结构, 有效的压缩了光学系统的径向尺寸。由于该光学系统视场较大, 因此采用了F-θ的“非相似”成像方式。利用ZEMAX软件进行了优化设计, 合理解决了像面照度均匀性和大视场轴外像差的问题。同时对该光学系统进行了分析评价并给出光学系统的传递函数曲线、点列图等设计结果。该光学系统仅使用六片光学元件, 采用两个非球面, 全视场角和相对孔径分别为184°和1/1.93, 全视场内的传递函数值在20 lp/mm处达到0.45以上, 像质优良。光学系统总长为71 mm, 最大直径30 mm, 光学元件质量仅为45 g, 光学系统体积小、质量轻, 可适用于多种平台。

利用传输矩阵法分析了磁光效应和光栅折射率初始相位对磁光光纤布拉格光栅(MFBG)-法布里珀罗(FP)光谱特性的影响。通过调节外加磁场的大小及方向，能实现MFBG-FP的可调滤波特性，并能控制甚至抵消光栅折射率初始相位差引起的透射峰平移。对于高光栅反射率的MFBG-FP，透射峰位置和波长间隔可由其有效腔长以及等效磁光耦合系数来解析表达。MFBG-FP的磁可调能力会随着FP腔与MFBG的磁光耦合系数比的增加而增强，磁光耦合系数比大于１的MFBG-FP结构的磁可调特性优于相应的MFBG结构。