1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
4 陆军装甲兵学院士官学校，吉林 长春 130000
常规成像系统的焦平面结构决定其具有极高的光学增益和有限的焦深范围，导致系统高成像质量与弱激光防护能力的矛盾性问题。波前编码成像技术具有大焦深特点和光场调控作用，通过像面离焦能够在保证成像质量的前提下有效提升系统的激光防护性能。研究波前编码成像系统成像质量和激光防护性能的权衡问题，分析系统激光防护性能的极限至关重要。以反正弦型相位掩膜板为例，分别建立离焦波前编码成像系统的成像模型和激光传输模型，研究系统的成像质量和激光防护性能随离焦参数的变化规律。通过解耦方式将系统的成像质量作为基本约束条件，引入定量评价指标得到系统允许的最大离焦参数为9.70λ（λ为波长），并在此基础上评估系统的极限激光防护性能。结果表明，在该条件下系统的最大单像素接收功率的降幅达到96.37%，回波探测器接收功率降至0.217‰，成像系统的抗激光损伤和反激光主动探测性能分别提升一个和三个数量级以上。
波前编码 成像系统 激光防护 成像质量 光学学报
2024, 44(10): 1026026
1 苏州科技大学物理科学与技术学院, 江苏 苏州215009
2 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州215009
3 江南大学理学院, 江苏 无锡214122
4 中国航天科技集团公司上海卫星工程研究所, 上海 201109
遥感卫星在**和民用探测等领域发挥着重要作用，而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时，相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先，基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论，针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后，分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律，并推导出普适公式。在此基础上，进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后，研究了大气湍流对空间相机调制传递函数（MTF）的影响，并以MTF=0.15为基准，仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。
高分辨率卫星 大气湍流 空对地观测 成像质量 high-resolution satellite atmospheric turbulence space-to-ground detection imaging quality
华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
在利用细胞显微切割术进行显微成像时，由于存在仪器热噪声、样本表面特性和样本染色制备情况等因素干扰，显微成像质量容易受损。针对这个问题，提出一种基于多模块组合的去噪网络模型（DNMMC），该网络模型使用通道关联模块、多尺度去噪模块和融合压缩模块对输入图像进行处理并在最后输出降噪图像。将所提方法与目前主流的去噪方法在定量测量和视觉质量感知方面进行比较，实验结果表明DNMMC在对生物显微图像降噪上具有更高的鲁棒性。可见，该方法可以显著提高生物显微镜的成像质量。
细胞显微切割术 成像质量 多模块组合 去噪网络模型 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210005
1 云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
2 云南省光电信息与技术重点实验室，云南 昆明 650500
设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔，改变注入其中的液体折射率，可实现柱透镜系统的连续变焦；双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时，可实现系统后焦距由52.292~4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内，柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5 μm，接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析，证实了该设计的可行性，并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势，可用于集成化的微型设备中。
光学设计与制备 变焦系统 液体柱透镜 成像质量 光学学报
2023, 43(14): 1422004
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
为了提高大口径红外长波相机光学系统的成像质量，对红外长波杜瓦的温度场在不同窗口温度下进行了有限元分析和实验验证，明确了杜瓦窗口温度对探测器杂散光和冷屏热辐射的影响。结果表明，当窗口温度为200 K时，可有效抑制窗口引入的背景杂散光，满足设计需求。结合窗口工作温度，分析了力、热和力-热耦合对杜瓦窗口厚度、口径等设计参数的影响，并利用Zernike多项式对杜瓦窗口的形变量进行拟合，以调制传递函数和波像差作为评价指标，实现了大口径长波红外杜瓦组件的窗口变形控制。为了减小低温窗口引起的漏热以及确保窗口的可靠性，采用钛合金外壳实现杜瓦的低漏热以及更高强度的力学支撑。分析了厚度和口径分别为4 mm和58 mm的杜瓦窗口在三种工况下的形变对红外相机系统成像质量的影响。
光学设计 红外探测 杜瓦窗口 冷光学设计 力-热耦合 成像质量 中国激光
2023, 50(14): 1410003
1 萍乡学院机械电子工程学院，江西 萍乡 337055
2 中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083
光条成像质量是决定线结构光三维测量精度的重要因素之一。为解决现有光条成像质量评价方法对整体与细节评价兼顾不全、评价依据单一等问题，提出了一种线结构光条成像质量多参数综合评价方法。首先从图像一维熵、局部对比度和光条清晰度三方面，对渐变曝光时间下采集的系列光条图像进行特征分析。接着以系列图像的光心提取精度反向评价光条成像质量，并分析多特征参数随光心提取精度的变化规律。在此基础上，实现多特征参数对系列光条图像质量的综合评价，并构建多参数综合量化评价模型。实验结果表明：与已有方法相比，所提方法评价结果更准确、有效，由评得优质光条图像重构出的高精度齿条轮廓精度最高，其Rssa值仅为0.022。
仪器，测量与计量 线结构光 光条成像质量 多参数综合评价 图像一维熵 局部对比度 光条清晰度 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712005
西安交通大学电子科学与工程学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室，国际电介质研究中心，陕西 西安 710049
设计开发了用于赝热光鬼成像的时序可控系统，该系统能对赝热光鬼成像系统硬件进行精准的同步控制，从而对散斑尺寸和采样次数等影响成像质量的因素进行定量分析，实现不同条件下的高质量成像。同时在鬼成像系统中结合差分鬼成像、归一化鬼成像和正负关联成像，针对正负关联算法重构图像提出了二次优化方案，进一步提升了赝热光鬼成像系统的成像质量。通过实验验证了系统的时序控制性能和算法的优化效果。
成像系统 鬼成像系统 同步控制 成像算法 成像质量
1 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学电子对抗学院电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
激光反射层析成像技术作为实现空间目标远距离、高精度探测的有效途径之一，其成像质量的优劣对目标的探测精度有着很大的影响。将调制传递函数引入到激光反射层析成像质量评价中，通过求解激光反射层析成像系统的调制传递函数，得到变量为距离分辨率的调制传递函数曲线，在无需先验图像的情况下实现了对激光反射层析成像质量的定量评价，并搭建实验系统进行了验证。实验结果表明，基于调制传递函数曲线得到的距离分辨率与实验系统距离分辨率的理论计算值基本一致，该评价方法能够准确直观地描述激光反射层析成像质量。
遥感 反射层析成像 调制传递函数 成像质量 激光雷达
1 广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
2 香港理工大学超精密加工技术国家重点实验室，香港 999077
为了研究微透镜阵列成像质量的影响因素，针对慢刀伺服加工和紫外（UV）光固化工艺制备的微透镜阵列，引入微透镜阵列镜片的误差，建立基于Zemax光学软件的光学微透镜阵列成像仿真模型，分析透镜单元的高度、曲率半径、入瞳直径等误差对微透镜阵列成像质量的影响。搭建光学测试平台对评价微透镜阵列成像性能的光学参数进行检测，包括各透镜单元的焦斑大小、位置误差及其焦距值，并利用点扩散函数（PSF）曲线的半峰全宽值对光场成像结果进行成像质量评价，测量得到微透镜阵列的焦距标准误差为0.12 mm。将测量结果与仿真结果相比，可得PSF曲线的半峰全宽值误差在12%左右，证明了仿真模型的准确性。利用仿真和实验的方法建立了微透镜阵列镜片误差与其光学成像质量之间的关系，这可为基于功能实现的光学微透镜阵列的超精密加工工艺提供理论基础和指导。
成像系统 微透镜阵列 Zemax 成像质量 光学性能
1 成都理工大学 工程技术学院，四川 乐山 614007
2 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
3 核工业西南物理研究院，成都 610225
为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响，使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真；采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况；采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明：探测器受到1.06 μm激光照射，矫正镜激光辐照度在50 W/cm2时，靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100 μW/cm2的量级，使红外探测器达到饱和；探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处，拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系，可预测探测器升温结构破坏；最大热变形出现在矫正镜背面中心处，由外向内形成不等附加光程差，干扰探测器的成像效果；最大热应力出现在矫正镜前面中心处，得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线，为矫正镜热应力破坏提供预测参数。
红外探测 成像质量 DO辐射模型 热弹性力学模型 二次热辐射 infrared detection image quality DO radiation model thermoelastic model secondary heat radiation 强激光与粒子束
2023, 35(2): 021003
