针对航空相机复杂的使用环境以及需在高速运动中进行高分辨率成像的特点,设计了一种大视场航空照相机光学系统。该系统光学结构采用双高斯准对称结构形式, 通过双成像模块光学拼接扩大视场角, 调整最后一片透镜实现内置调焦, 且通过控制地物反射镜的3种工作模式, 分别实现航空相机垂直照相、自动调焦及前向像移补偿功能, 避免了航拍过程中温度、气压、航高等环境条件变化时引起的图像质量大幅下降, 确保整个视场内成像质量不受影响。该光学系统设计实现了全视场无渐晕,全视场最大畸变＜0.5‰, 在91 lp/mm处MTF接近衍射极限, 物镜在全视场范围内成像质量一致。通过实验室及航拍试验验证, 该光学系统具有成像清晰、视场大、可靠性高、体积小、质量轻等优点, 满足了航空相机在比较复杂环境下清晰成像的要求。

为提高航空相机识别目标能力,设计了一种应用于全景式航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统,可见光光学系统焦距为200 mm/400 mm,相对孔径为1∶8.8,视场角为9.4°×7°/4.7°×3.5°。红外光学系统焦距为117 mm/234 mm,相对孔径为1∶4,视场角为9.4°×7.5°/4.7°×3.76°。该光学系统利用物像交换原则采用轴向移动变倍方式,设计结果表明,光学系统成像质量接近衍射极限,可以满足实际使用需求。

为提高航空侦查识别目标能力以及满足部队全天候作战需要, 设计了一种应用于全景航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统。可见光光学系统焦距为165 mm/660 mm, 相对孔径为1: 8.8, 视场角为9.1°×6.8°/2.3°×1.7°; 红外光学系统焦距为75 mm/300 mm, 相对孔径为1: 4, 视场角为8.3°×6.2°/2.1°×1.6°。采用有限焦距光学系统前面加一个望远系统的方法实现变倍, 根据红外器件及可见光器件的像元尺寸计算出红外系统及可见光系统的奈奎斯特频率分别为33 lp/mm和91 lp/mm。在33 lp/mm处, 红外光学系统大、小视场的MTF值分别为为 0.35和0.37, 在91 lp/mm处, 可见光光学系统大、小视场MTF值分别为 0.41和0.4, 成像质量接近衍射极限, 表明光学系统成像质量良好, 满足实际工程使用要求。

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点，提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标，图像清晰度函数及优化的爬山算法，利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正；通过引入飞机高度数据进行离焦量计算，并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验，结果表明，该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.

首先根据客户提出的要求,对小型无人机载物镜的光学指标参数进行了计算,从而得到物镜的光学设计指标,然后依据指标设计了一款焦距为52.5 mm、相对孔径为F/2、视场角为12°、奈奎斯特频率为286 lp/mm的可见光波段折射式小型无人机物镜,接收器件选用单个像元尺寸为1.75 μm的CMOS器件,采用“小像差互补理念”降低了光学系统的公差灵敏度,然后对设计结果进行了公差分析。公差分析结果表明很好的满足了光学设计指标要求。

针对重型机械工业生产中对大型轴类零件外径测量的需求, 基于双CCD传感器测量原理研究了一种新型高效率、高精度的轴径检测方法。介绍了CCD测径系统的检测原理, 针对单一CCD传感器测量范围小的缺点, 提出了双CCD传感器组合测量大型轴类零件直径(Φ150mm～Φ300mm)的方法, 并对影响精度的主要误差来源进行了分析。为了验证该方法的有效性, 通过对7种不同直径的标准轴件进行测量, 实验表明, 测量精度小于±3μm, 满足大型轴类零件外径测量的要求。

根据射手夜间瞄准射击时实际夜天光环境下景物反射的光照度值, 计算出进入微光瞄准镜入瞳处的光照度值, 以此照度值设计了双积分球照明模式的无限远微光瞄具目标模拟发生装置.根据积分球原理在双积分球之间设置有可变光阑, 根据检测系统要求为微光夜视仪提供了四档可切换的微光照度环境.为保证在实验检测过程中待测瞄具能接收到光源出射的最大光照度, 分析了待测瞄具距离平行光管的实际安装位置, 得出影响待测瞄具入瞳处光照度值的三个关键因素为大小积分球之间可变光阑的口径、平行光管的视场及被测瞄具距离平行光管物镜的安装位置.最后, 对积分球出射窗口处光照度, 以及经过无限远目标模拟发生装置后出射的光照度值进行分析计算与实验测量, 结果表明光照度不均匀度<2%, 满足应用要求.