同心多尺度成像技术为突破传统光学成像中分辨率与视场之间的矛盾提供了一条有效的途径。将同心多尺度成像模式应用于机载光电探测系统,实现机载广域宽视场高分辨目标探测。综合分析了目标辐射空间分布、目标辐射传输和光学系统成像等特性,建立了表征同心多尺度成像系统的探测能力理论模型,得到了系统探测能力与组成单元透镜的口径、焦距、间距等参数之间的变化关系。并用光学设计软件Zemax设计了实际光学系统,数值模拟了空中来袭运动目标的光谱信号信噪比(SNR)响应特征。结果表明合理增加同心多尺度成像系统中的物镜焦距、减小目镜焦距、增大系统口径和降低探测信噪比阈值等能够有效提高成像系统的探测能力。

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理, 分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理, 建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型; 考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象, 同时借助光学追迹模型, 实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程; 通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明: 入射角不同, 激光成像结果不同.选用1.064 μm视场外激光在一定入射条件下, 当改变激光入射角从2.86°到2.89°时, 激光将出现侧斑; 当激光功率密度提高1~4倍, 光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.

多孔径成像是一种融合了仿生复眼视觉的新型成像方法, 具有小型化、大视场、高分辨率等多种优势, 但由于每个子孔径对应的单元图像分辨率过低, 导致其成像质量和视场角的提升十分有限。为了进一步提高成像分辨率和探测视场, 基于压缩感知理论设计随机编码模板, 并紧贴子孔径放置对入射光场进行调制, 通过单次曝光记录编码后的低分辨率单元图像阵列, 利用稀疏优化算法, 重构所有低分辨率单元图像获得超分辨率大视场图像。理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性。该方法不仅能兼顾大视场高分辨率成像, 而且大大缩小系统等效焦距, 具有薄层结构, 体积小而重量轻, 可为微光机电一体化系统的研制设计提供借鉴。

以同心多尺度成像模式为基础, 结合人眼视网膜凹成像思想, 提出了一种宽视场与双分辨率成像组合的新型同心多尺度成像系统, 在广域视场范围内实现了对关注的感兴趣目标区域的高分辨动态注视。介绍了同心多尺度双分辨率成像系统的工作方式; 使用一个单透镜和一个双胶合透镜为初始结构, 结合二轴微机电系统(MEMS)扫描微镜组合形成光路; 利用ZEMAX光学设计软件, 优化设计了成像波段为0.486~0.656 μm, 在单个分通道视场内(30°)可对关注的小视场区域(6°)高分辨注视跟踪的子成像系统。 对成像系统的像质以及点列图、调制传递函数(MTF)曲线、场曲、畸变曲线进行了评价。结果表明设计的子成像系统在全视场内成像均匀, 接近衍射极限, 场曲和畸变较小, 最大场曲不超过06 mm, 最大畸变小于15%, 能够满足同心多尺度双分辨率成像系统对子成像系统性能的要求。