北方夜视科技研究院集团有限公司, 云南昆明 650223
头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案；其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标, 对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真；第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度；最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行, 能达到预期的效果。
投影物镜 红外物镜 图像融合 图像配准 悬挂式 红外夜视仪 projection lens infrared lens image fusion image registration suspended infrared night vision
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 北京理工大学光电学院，北京 100081
分析了直升机飞行员头盔夜视系统的视觉特性，分析了视场、重量、像质、眼点距离、出瞳直径等主要影响视觉舒适性的技术指标，提出了使用塑料元件减重、合理增大眼点距离和出瞳直径等指标，以及增大视场的两种方案，可作为相关设计的参考。
头盔夜视系统 头盔夜视镜 视觉特性 直升机 helmet mounted night vision system helmet mounted night vision goggles visual characteristics helicopter
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 北京理工大学, 北京 100081
报道了地面长波红外遥测的新进展, 具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程。 演示装置基于角锥反射镜Michelson干涉具, 构成了空间调制干涉; 采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件, 通过对数据立方体的采集、 重组、 基线校正、 切趾、 相位校正和傅里叶变换等处理, 实现了长波红外波段高光谱成像。 自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6×10-8 W·(cm-1·sr·cm2)-1, 与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当; 反映了技术的先进性,并留有较大的改进空间。 通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线, CHIPED-1红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11.5 μm。 文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例, 研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法。 在复杂背景和低试验浓度情况下, 从同一波数的红外光谱切片上, 观察不出乙醚蒸气的存在, 但是进行了差谱处理后, 可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布。 高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域, 相对于宽波段热成像方法, 具有灵敏度高、 抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势。
高光谱成像 长波红外 遥测 气体探测 Hyperspectral imaging LWIR Remote sensor Gas detection
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 北京理工大学光电学院, 北京 100081
头盔显示技术是当代有人驾驶战斗机技术的关键技术之一。简述了生物动力学、头部跟踪技术等头盔显示技术相关领域的研究成果。重点讨论了显示技术, 分析了非浸入式头盔显示的几种主要光学实现方式。对这些技术的基本原理、关键技术及发展概况进行了详细描述, 并讨论了其相对的优缺点。最后, 对适用于固定翼战斗机的头盔显示技术作了总结和展望。
机载头盔 头盔显示 非浸入式头盔显示 airborne helmet helmet-mounted display see-through helmet-mounted display
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从分析红外材料在双波段上的色散特性出发, 设计了一款共光路红外中、长波三视场光学系统。系统采用二次成像方式, 满足 100%冷光阑效率, 在两个波段内同时完成了系统各视场的像差校正。设计结果表明, 系统在 4～5.m中波红外波段及 8～9.m长波红外波段焦距、视场及 F数均保持一致, 各视场光学传递函数在 20 lp/mm时均接近衍射极限。
光学设计 双波段 三视场 红外光学系统 optical design dual band triple-field infrared optical system
1 昆明物理研究所，云南 昆明650223
2 总装备部防化驻昆明地区军事代表室, 云南 昆明650221
针对制冷式640×512元凝视焦平面阵列探测器，设计了结构紧凑的高性能机械补偿30倍连续变焦光学系统.该系统采用新颖的三组元变倍形式和三次成像方法设计.工作波段为3.7 ~ 4.8 μm，F/# =4，变焦范围750 ~25 mm.首先利用光学设计软件给出了系统的光学外形结构图; 然后，进行了像质评价分析，变焦曲线分析，温度环境适应性分析和冷反射分析; 最后，介绍了该系统应用微扫描成像技术提高分辨率的方法.结果表明，该光学系统在空间频率30 lp/mm处的光学传递函数 ( MTF) 值均接近衍射极限, 弥散斑直径的均方根 ( RMS) 值均小于15 μm.变焦曲线平滑，且移动组最大行程小于71 mm.移动组透镜的轴向移动可完成系统调焦及温度补偿.光学系统满足100 %冷光阑效率，在-40 ~60 ℃温度范围内均有良好的像质.同时，满足新一代机载前视红外( FLIR)系统的要求.
红外连续变焦 三组元变焦 三次成像 infrared continuous zoom three-group zoom thrice imaging
针对长波制冷式384×288焦平面探测器, 设计了一款大变倍比长波红外连续变焦距光学系统。整个系统由8片透镜及两个反射镜构成, 工作波长范围为7.7～9.3 μm, F数为3, 满足100%冷光阑效率, 变倍比为25:1。采用CODE V光学设计软件进行优化设计, 设计结果表明, 该系统具有结构简单、变倍比大、体积小、像质好等优点。
连续变焦 长波红外 红外光学系统 continuous zoom long-wave infrared infrared optical system
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针对320×240元致冷型凝视焦平面阵列探测器，设计了一种中波红外光学补偿三视场光学系统。该系统由变 焦物镜系统和二次成像系统构成，包括8块透镜(引入3个高次非球面，其余均为球面)，并采用两个反射镜折叠光路。利用光学补偿变焦 原理和光学设计软件给出了系统的光学外形结构图，并对其像质和工艺性进行了分析。该系统可以通过对一组透镜的轴向定点移动实现 20°×15°、3.5°×2.6°和1.3°×1°三个视场的切换，系统变倍比为 1∶15。各视场在16 lp/mm空间频率处的光学传递函数(MTF)值均大于0.5，弥散斑直径的均方根(RMS) 值均小于20 m。工作波段为3.7 ～ 4.8 m，满足100 %冷光阑效率。该系统结构紧凑，工艺性好，成像质量高。
光学补偿变焦 三视场 光学设计 optically compensated zoom triple-field-of-view optical design
