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Abstract
School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
Polarization fluctuation induced noise and backscattering-induced noise are the dominant noises in resonant fiber optic gyroscopes. This Letter proposes a new method to suppress the carrier and backscattering induced noise by the sideband locking technique. Besides choosing an optimized modulation depth and different clockwise and counterclockwise modulation frequencies, the sideband is locked to the cavity resonance. With the proper modulation frequency, the carrier frequency component locates at a position far away from the resonant frequency, and then it is suppressed by the cavity itself, which can be taken as a bandpass filter. The amplitude of the carrier frequency can be suppressed by 20–25 dB additionally by the cavity and the total intensity suppression ratio can reach 115.74 dB. The backscattering induced noise can be eliminated for the adoption of different frequencies. The method can realize a stable and high suppression ratio without high requirements for parameter accuracy or device performance.
060.2800 Gyroscopes 010.1350 Backscattering 060.2370 Fiber optics sensors 120.4640 Optical instruments Chinese Optics Letters
2018, 16(1): 010608
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京100191
ViBe运动检测算法消除鬼影的速度慢, 并且在分类像素点的时候由于距离阈值固定导致检测结果的准确率下降。文章对ViBe算法存在的这两个问题做出改进。样本的选取范围由8邻域扩大到24邻域, 避免选择重复的样本, 加快鬼影的消除过程; 在像素分类的时候根据背景动力学自适应地确定距离阈值, 增强算法抗背景干扰的能力, 并选用2组视频来验证改进后的算法。从检测结果可以看出, 改进后的算法去除鬼影的速度更快, 并且检测结果更加准确。
前景检测 邻域扩展 距离阈值 ViBe ViBe foreground detection neighborhood extension distance threshold
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理, 采用有限元分析的方法, 对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型, 模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间, 发现应力损伤先于温度损伤。结果表明, 作为固定边界和自由边界的交汇处, 基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa, 发生应力破坏;Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移, 基底逐步脱离固定;激光作用0.3s时, 遮光Al膜与SiO2膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa, 而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为, 这种行为将加快基底Si材料的滑移, 最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。
激光物理 激光破坏 温度场 热应力场 laser physics laser damage temperature field thermal stress field CCD CCD
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 精密光机电一体化教育部重点实验室, 北京 100191
为了实现光电成像系统对半空域目标的成像、探测和告警, 以大视场成像理论和像差理论为基础, 采用缩放法对光学系统鱼眼透镜进行了理论分析和仿真设计。利用桶形畸变及光阑彗差来增大像面照度的均匀性, 通过光线追迹减小系统轴外像差, 对系统成像质量进行多次评价与分析, 并推导了透镜成像的畸变校正模型。结果表明, 在可见光波段, 得到了成像质量良好的鱼眼透镜, CCD有效像面尺寸为8.446mm×7.042mm, 有效像素为2448×2050, 视场为180°, 焦距为2.24mm, 相对孔径为1∶2.8, 像面照度均匀性达到90%以上, 点列图弥散斑均方根半径值小于1/2像元, 光学传递函数在145lp/mm空间频率处大于0.4。全向凝视光电成像系统可实现半空域目标实时探测。
光学设计 鱼眼镜头 像差校正 像面照度 optical design fisheye lens aberration correction image illumination
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
为提高光隔离器在高功率激光条件下的工作性能，基于琼斯理论研究了隔离器的热致退偏效应，设计了一种外置补偿晶体的隔离器，着重分析了隔离器隔离度及热透镜效应随入射光功率的变化规律。结果表明：通过调整氟化钙晶体的晶轴方向和长度，隔离器的热致退偏和热透镜效应可以得到有效抑制。在100 W激光条件下，外置补偿晶体后隔离度提高了16.3 dB，功率损耗降低8%。研究结果可优化设计隔离器结构，有效提升高功率隔离器的隔离度并减小功率损耗。
高功率 隔离度 退偏 热透镜 high power isolation degree depolarization thermal lens 红外与激光工程
2015, 44(11): 3186
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 解放军61135部队,北京 102211
实现运动模糊图像恢复的关键是获得准确的点扩散函数(point spread function,PSF)。针对PSF的模糊尺度和模糊方向这两个重要参数,提出了一种基于图像频谱全局均值标准差的估计方法。通过研究运动模糊图像的产生机理,分析了二次傅里叶变换的频谱特性,利用全局均值标准差法对频谱图进行阈值分割,结合中心点和端点的坐标距离来估计模糊尺度,运用Radon变换鉴别模糊方向,实现了PSF参数的确定。进行了标准图像阈值分割准确度的验证,利用仿真模糊图像估计算法进行了验证,并进行了实际复原实验。结果表明,该方法具有误差小、稳定性高和不受运动方向限制的特点,为图像恢复提供了一种准确、简便的参数估计方法。
阈值分割 全局均值标准差 点扩散函数 运动模糊 threshold segmentation global mean and standard deviation point spread function motion blur
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
激光主动侦测系统可实现远距离“猫眼”目标的成像探测与识别, 探测能力分析是系统设计的前提和基础。为了评估激光主动侦测系统对猫眼目标的探测能力, 以激光回波功率为基础, 建立了系统信噪比的数学物理模型。分析了影响探测能力的因素, 数值模拟了信噪比与接收光学镜头直径、发射激光峰值功率、激光束散角以及等效反射面离焦量的定量关系。结果表明, 在一定作用距离范围内, 散粒噪声、背景噪声与暗电流噪声、热噪声相差至少2个数量级, 系统噪声主要来源于散粒噪声及背景噪声; 提高系统探测能力最为有效的方法是选用激光束散角小的光源。这一结果可用于指导激光主动侦测系统的设计。
激光技术 激光主动侦测 建模与仿真 探测能力 laser technique active laser detection modeling and simulation detection capability
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
疲劳驾驶预警系统对保障驾驶员的安全驾驶具有十分重要的作用。以驾驶员人眼图像信息处理为基础，建立了离散单位时间内非正常状态时间所占百分比疲劳判断模型，实现了对驾驶员疲劳状态的监控与预警。通过近红外光源对人眼主动照明，采用互补金属氧化物半导体摄像头实现对人眼图像信息的采集，基于Adaboost 算法实现人眼准确定位，利用Harris 强角点检测人眼中心区域，得到眼睛的视线状态信息，根据疲劳判断模型，设计可调的预警阈值，实现驾驶员疲劳状态的分级预警。实验结果表明：在一定条件下，系统判断响应时间为1.5 s，虚警率为4%，具有抗干扰性强和实时性好等特点。
成像系统 人眼检测 角点检测 疲劳判断模型 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 041101
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统, 分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响, 研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明: 通过引入斜向磁化永磁体, 选择合适的磁化角度和磁体长度, 可以提高永磁体的磁场强度, 大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度；受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关, 当晶体长度一定时, 减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5 mm、磁光晶体半径5 mm时, 对应的隔离度分别为105.8 dB和45.4 dB。
光隔离器 永磁体 Halbach阵列 磁感应强度 隔离度 optical isolator permanent magnet Halbach array magnetic induction intensity isolation 强激光与粒子束
2015, 27(1): 011001
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测，而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础，分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型，推导了系统作用距离的表达式，对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明，对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3 的平面目标，当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5 μm 时，系统对目标的最大作用距离为12 km，作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。
成像系统 星载光电系统 作用距离 信噪比 电荷耦合器件灵敏度 成像分辨率 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021101
