1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用离轴三反射结构的大视场空间相机存在较大的光学畸变，导致引入时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)技术的面阵探测器在推扫成像时产生像移模糊。根据畸变引起的TDI成像退化原理，将畸变像移模糊转化为非均匀运动模糊，通过求解像移路径计算初始模糊核，将其作为先验信息，建立半盲复原模型进一步细化模糊核。利用初始模糊核复原的粗略图像边缘指导模糊核的细化，提出一种多方向权重异性的全变差模型提取图像结构信息。为了增强先验信息对模糊核细化的约束，构建了含有初始模糊核的正则项，使模糊核的估计不过度依赖于图像内容，采用多尺度迭代方法求解。最后用正则化约束的非盲反卷积方法去除图像模糊。实验结果表明：与现有的几种去模糊算法相比，所提方法的去模糊效果不仅清晰自然且对不同样本图像的模糊核估计更稳定。
光学畸变 时间延迟积分 模糊核估计 图像去模糊 optical distortion time delay integration blur kernel estimation image deblurring 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210392
1 火箭军工程大学导弹工程学院, 西安 710000
2 火箭军指挥学院作战实验室, 武汉 430000
精确的焦距误差标定是保证星敏感器输出高精度姿态信息的关键, 而光学畸变是焦距误差标定的首要误差源。根据星敏感器成像的几何模型以及光学畸变模型, 建立了光学畸变与焦距误差耦合的数学模型, 并推导得到畸变量与等效焦距误差间的关系式, 提出了进行焦距误差标定时导航星点的参考畸变量阈值δrmax。仿真分析结果表明, 选择全部在畸变量阈值内的星点与选择部分或全部在畸变量阈值外的星点相比, 焦距误差标定精度分别有5~10倍明显的提升, 充分减少了在焦距误差标定时光学畸变对其精度的影响。
星敏感器 焦距误差标定 光学畸变 阈值 star sensor calibration of focal length deviation optical distortion threshold
1 合肥工业大学 光电技术研究院 特种显示技术教育部重点实验室
2 特种显示技术国家工程实验室, 合肥 230009
针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题, 提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术, 建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数, 设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上, 设计内核自适应维度算法并优化运行程序, 结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明, 本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%, 单帧耗时0.026 s, 平均综合加速比为29.1.该系统精度高, 可移植性强, 简单易行, 能够广泛应用于成像畸变的实时校正.
大视场物镜 光学畸变 高分辨率 GPU并行加速 实时校正 OPENGL显示 Large-field objective Optical distortion High-resolution GPU parallel acceleration Real-time correction OPENGL display
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
建立了光机一体化仿真方法，从而实现对光学系统的性能评估。利用Ansys有限元软件进行热-结构仿真，将得到的数据文件进行刚体位移分离时采用新的评价函数，通过设置位移参量和随机值验证计算精度达到0.3%。运用Householder算法做Zernike拟合，将拟合系数作为与ZEMAX进行通信的数据接口，并采用动态数据交换技术实现Matlab与Zemax的数据交换。在此基础上给出一个角度检测物镜仿真的实例，得到了光学畸变随温度变化的曲线，说明为达到1″的测量精度，需保证工作温度范围为14~26 ℃。
光学设计 热变形 刚体位移 Zernike拟合 动态数据交换 光学畸变
1 第二炮兵工程大学控制工程系,西安 710025
2 二炮驻成都地区军事代表室,成都 610041
光学畸变是大视场星敏感器标定的重要误差源之一，由于各误差之间存在耦合，光学畸变将会影响焦距标定精度。针对此问题，基于针孔模型，建立了光学畸变对焦距标定影响的数学模型，推导得到了采用最小二乘法时标定用导航星的入射角参考阈值βmax，为星敏感器的焦距标定提供了理论参考。仿真实验表明，与标定用导航星的部分或全部入射角大于βmax时的焦距标定精度相比，标定用导航星的入射角均小于βmax时的焦距标定精度分别平均提高了5倍和10倍左右，有效降低了光学畸变对焦距标定精度的影响。
大视场星敏感器 光学畸变 参考阈值 焦距标定 WFOV star sensor optical distortion referring threshold focal length calibration
华中农业大学理学院应用物理系, 湖北 武汉 430070
生物样品折射率的空间变化导致了光学畸变的产生，这种畸变对于共聚焦显微镜观察厚的生物样品和活体体内组织成像是一种严重的限制。自适应光学(AO)技术是通过快速反应的变形镜使镜面发生形变来补偿像差，在共聚焦显微镜中应用自适应光学技术可以校正光学畸变，观察深层组织活动，进行活体成像和实时检测。详细分析了共聚焦显微镜中像差的来源及光学畸变的特点，讨论了目前在共聚焦显微镜中自适应光学校正的方案及研究现状，讨论了共聚焦显微镜中自适应光学的波前传感器、畸变测量和波前校正器，并探讨了目前超高分辨率显微成像技术的发展方向。
共聚焦显微镜 自适应光学 生物成像 光学畸变 激光与光电子学进展
2012, 49(9): 090002
1 清华大学自动化系, 北京 100084
2 酒泉卫星发射中心, 甘肃 酒泉 732750
大视场星敏感器光学系统，由于畸变量较大，在轨标定过程中，直接采用最小二乘最优估计(LMS)或扩展卡尔曼滤波方法(EKF)无法精确求解其标定参数。在深入分析星敏感器测量误差因素的基础上，对考虑畸变和不考虑畸变两种情况的在轨标定结果进行了仿真对比；指出了标定焦距之前需先标定光学畸变的必要性，并介绍了4种可用于在轨校正光学畸变的方法；提出先标定主点偏差，再标定光学畸变参数，最后标定焦距的标定方法。仿真结果表明，可以采用像面旋转法求取主点偏差，利用高阶多项式方法求取光学畸变参数，畸变校正后，采用LMS和EKF标定算法估计焦距，标定精度达到了3.1 μm和2.2 μm。对100幅模拟星图处理后，星间角距统计偏差约为传统在轨标定方法的1/10~1/8。
光学器件 星敏感器 标定 控制点 光学畸变 光学学报
2011, 31(10): 1023001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
流场求解采用3维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解, 采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。采用几何光学结合物理光学方法分析平均流动和湍流对光场的影响。计算结果表明:由于窗口外形曲面的曲率不同, 两种窗口外部流场存在较大区别, 气流速度、密度的分布情况各不相同。曲率较大的窗口外形对气流的压缩程度较大, 导致气流绕过窗口顶端中心区域时流速快, 密度梯度大, 因而窗口空气阻力较大, 光束在该窗口流场中传输受气流影响的影响也较大
气动光学 光学畸变 光程差 Strehl比 计算流体力学 光学窗口 aero-optics optical aberrations optical path difference Strehl ratio computational fluid dynamics optic window 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2834
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
均匀抽运及均匀冷却是激光二极管抽运激光器减小热致光学畸变以实现高光束质量输出的核心技术难题。通过开展键合薄片激光均匀抽运及均匀冷却技术的研究，采用透镜压缩结合波导匀化的设计思想，实现了95%以上的抽运均匀性。同时通过对薄片介质冷却通道的优化设计，实现了优于96%的温度分布均匀性。原理验证实验结果表明薄片介质的波前畸变得到了有效控制，当平均抽运功率密度为230 W/cm2时，忽略离焦效应后介质的反射波前畸变均方根值约为0.35 μm。
固体激光器 增益分布 温度分布 光学畸变
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
2 中国科学院 光电技术研究院,北京 100190
3 中国科学院 研究生院,北京100049
大孔径静态干涉成像光谱技术是近年来出现的一种新型干涉成像光谱技术,具有原理简单、稳定性高等诸多优点,但是仪器对光学系统的设计要求苛刻。 特别是光学系统的畸变,对仪器获取的数据有较大的影响,并最终影响仪器的应用。 通过对仪器获取数据机理的分析,给出光学系统畸变影响下的数据模型,为仪器的性能评估提供可能。 最后在4%的畸变值条件下,利用模型和既定参数对畸变影响进行计算机仿真,由仿真结果可以看出,虽然该畸变对于普通的光学成像系统来说是可以容忍的,但是对于大孔径静态干涉成像光谱仪来说,复原光谱不但存在>5%的相对偏差,而且光谱位置在长波处产生了近8 nm的偏移,从而导致光谱无法应用,因此该畸变是不可容忍的。
成像光谱技术 大孔径 光学系统 光学畸变 计算机仿真 Imaging spectrometry Large aperture Optical system Optical distortion Computer simulation
