伍洲 1,2,3李杨 1,2,3,***相里斌 1,2,**张文喜 1,2,3,*[ ... ]吕彤 1,2,3
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种适用于长焦光学镜片面形测量的新型激光干涉仪。利用全视场外差移相技术能有效抑制振动和大气等环境因素对长腔干涉测量的影响,采用Twyman-Green干涉仪结构,实现测量波面和参考波面的外差相干测量。搭建了实验验证系统,实验证明该方案能较好地抑制外界振动和大气湍流对测量精度的影响,实现了较高精度的长腔干涉测量,仪器的RMS(Root Mean Square)重复测量精度达到0.45‰λ。该技术可以作为长腔干涉测量的可选方案之一。
测量 全视场外差 长腔干涉 面形检测 低差频移相
1 中国科学院光电研究院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足航空航天载荷宽谱段、小型化的探测需求,提出一种双通道曲面棱镜高光谱成像系统的设计方法,实现单台光谱成像仪可同时覆盖可见光和短波红外两个波段。可见光和短波红外两个通道共用一个离轴三反前置成像系统和部分光谱系统,通过在像面前放置的分色片进行分光,使得可见光由分色片全部反射,短波红外由分色片全部透射,反射光和透射光分别被不同的探测器接收。根据此方法设计了谱段范围为420~2500 nm的双通道光谱成像系统。结果表明,该系统结构简单,光学成像性能良好,光学总长度小于350 mm。与传统的宽谱段光谱成像方法相比,该方法可以满足系统的小型化和低成本需求,适用于航空航天遥感应用。
光学器件 曲面棱镜 高光谱成像 离轴三反
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 国防科工局重大专项工程中心, 北京 100101
计算光谱成像技术具有高通量、 快照成像等优点, 但快照成像采样数据量不足, 导致利用压缩感知方法重构图谱精度很低。 通过对计算光谱成像技术各个环节进行系统研究, 提出一种新型的连续推扫计算光谱成像技术, 利用正交循环编码孔径代替传统的随机编码孔径, 通过逐行扫描方式及正交变换可完整重构图谱数据。 仿真和实际成像结果表明, 连续推扫计算光谱成像技术可消除图谱混叠影响, 理论上可完全重构图谱信息, 重构图谱精度明显优于传统的计算光谱成像技术。 相比国际上提出的多次曝光计算光谱成像技术, 连续推扫计算光谱成像技术不需要改变编码孔径与探测器间的相对位置, 也不需要凝视成像, 系统中没有活动元件, 稳定性高, 适用于常规航空航天遥感推扫成像。
计算成像 光谱成像 信息重构 Computational imaging Imaging spectroscopy Information reconstruction 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1256
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院光电研究院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
偏振成像光谱技术可以获取目标景物的七维空间信息,其获取丰富数据信息的能力使它的应用越来越广泛。基于双Amici棱镜对多狭缝偏振成像光谱仪的光学系统进行设计,采用双Amici棱镜作为系统的分光元件提供宽视场平行光束色散,以满足多狭缝的需求;宽视场的多狭缝结构是基于常规狭缝式成像光谱仪结构进行优化的。本系统中宽视场的多狭缝光谱仪结构须做好与前置望远物镜的光瞳衔接。成像系统和偏振光谱仪系统均采用远心结构,以便与光瞳匹配,系统总长度为279 mm,系统光路共轴,结构紧凑;通过调制传递函数(MTF)和点列图对光学系统的像质进行评价。结果表明:全系统在各视场典型波长处的MTF均接近衍射极限,MTF在39 lp/mm处超过了0.75;各典型波长处的点列图均在艾里斑内,接近完美成像;3条狭缝对应3个不同的偏振态,可通过推扫获取目标景物的偏振信息、空间信息和光谱信息。
光学设计 成像光谱仪 双Amici棱镜 偏振成像 多狭缝 光学学报
2017, 37(11): 1122001
1 中国科学院光电研究院计算光学成像技术重点实验室， 北京 100094
2 中国科学院大学， 北京 100049
针对探测器奈奎斯特频率不足和光学系统点扩展效应造成的成像系统像质下降问题，在频域框架下提出一种改进的多帧图像超分辨率增强方法。在图像序列配准方面，考虑了频谱混叠和插值变换等因素对图像频谱相位差的影响，建立了更准确的亚像元位移提取模型；在图像复原方面，基于同步纹理自回归先验，建立了图像的联合高斯分布模型，并结合贝叶斯方法对插值重建结果进行复原。实验表明，该方法较为全面地考虑了像质下降因素，具有较好的超分辨率增强效果，且计算复杂度较低。
图像处理 像质下降 超分辨率增强 频域框架 图像配准 图像复原
Author Affiliations
Abstract
Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
Digital holographic microscopy using multiframe full-field heterodyne technology is discussed in which two acousto-optic modulators are applied to generate low-frequency heterodyne interference and a high-speed camera is applied to acquire multiframe full-field holograms. We use a temporal frequency spectrum analysis algorithm to extract the object’s information. The twin-image problem can be solved and the random noise can be significantly suppressed. The relationship between the frame number and the reconstruction accuracy is discussed. The typical objects of microlenses and biology cells are reconstructed well with 100-frame holograms for illustration.
090.1995 Digital holography 180.6900 Three-dimensional microscopy 110.1650 Coherence imaging 040.2840 Heterodyne Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 050901
1 西安电子科技大学, 陕西 西安 710071
2 中国科学院光电研究院, 北京 100094
设计一种以Wollaston棱镜为分光元件的图像复分快照式成像光谱系统, 主要包括前置望远物镜、 准直镜、 Wollaston棱镜组、 成像镜和补偿滤光片。 此类光学系统可以一次曝光获取同一目标景物在不同波长下的二维信息。 光束经过Wollaston棱镜组分光, 为了使不同波长对应景物不至于重叠, 要求分束角度比较大, 这样进入成像镜的光线入射角度相对较大, 无疑增加了成像镜的设计难度。 分析了基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪的原理及特点, 设计了一套完整的成像光谱系统。 全系统结构复杂, 光学系统的光阑必须匹配好。 为了使得不仅单个镜头成像质量良好, 而且镜组之间能够良好的衔接, 将前置望远物镜设计为像方远心结构, 准直镜设计为物方远心结构。 全系统采用多重结构, 使得16个谱段在56线对处的MTF值均接近衍射极限, 点列图中RMS值基本都在艾里斑以内, 系统成像质量良好。
成像光谱仪 光学设计 Wollaston棱镜 Imaging spectrometer Optical system design Wollaston prism 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 4105
1 西安电子科技大学, 陕西 西安 710071
2 中国科学院光电研究院, 北京 100094
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
在时间调制傅里叶变换光谱仪中, 直线运动型动镜很难精确驱动, 容易引起倾斜和剪切的问题。 旋转型动镜可以解决该类问题。 介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案, 并对其进行了原理分析和光程差公式推导, 提出了工程设计约束条件。 该光谱仪由一个分束器, 两个固定平面镜, 两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜, 前置镜, 后置镜及探测器组成。 通过原理介绍得出, 该光谱仪结构简单, 两条分光光线经同一平面镜反射后干涉, 使仪器更容易装调;通过光程差推算得出, 该光谱仪容易实现大光程差, 光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出, 该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样, 容易实现精确运动控制, 稳定性好, 测量速度快。
旋转 平行平面镜对 傅里叶变换光谱仪 Rotating Parallel-mirror-pair Fourier transform spectrometer 光谱学与光谱分析
2015, 35(11): 3209
为了对双声光调制器(AOM)的频差进行高精度检测，设计了一种基于频谱校正的外差干涉检测方法及实验系统。通过测量外差干涉信号的频率，获得双AOM 的实际频差大小。信号频率的精确提取采用加Hanning 窗的比值频谱校正法。仿真分析了利用不同信噪比信号对频差的检测精度与采样点数的关系，并设计搭建实验系统对一组双AOM 的频差进行检测，结果表明，所采用的算法对双AOM 频差的检测精度优于2 Hz。该检测方法可以为高精度外差测量系统的误差分析提供有效参考。
测量 频差检测 声光调制器 外差探测 频谱校正 激光与光电子学进展
2015, 52(5): 051205
1 中国科学技术大学精密机械及精密仪器系, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院光电研究院, 北京 100094
为了提高最终图像的质量，结合传统的直接重构算法和相位重构算法，提出了一种基于迭代的傅里叶望远镜图像重构方法。对反演得到的傅里叶频谱进行逆傅里叶变换得到直接重构图像，取直接重构图像的阈值图像作为相位重构算法的初始输入，通过迭代能够获得质量更高的图像。成像仿真实验结果表明，成像信噪比为50倍时，与直接重构图像相比，迭代重构图像斯特列尔比从0.82提高到0.88，峰值信噪比从17 dB提高到19 dB；在成像信噪比为100倍时，迭代重构图像斯特列尔比从0.89提高到0.93，峰值信噪比从20 dB提高到22 dB。
成像系统 傅里叶望远镜 图像重构 相位重构 迭代
