1 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
针对640×512长波红外制冷型探测器，设计了一种制冷型长波红外光学系统，用于对目标的红外跟踪探测。该光学系统采用二次成像结构以达到100%冷光阑效率，采用锗和硫化锌玻璃材料相结合，实现了像差校正和消色差设计，通过引入高次非球面，很好地校正了系统的高级像差，简化了系统结构。光学系统由6个镜片构成，焦距为400 mm，工作波段为7.7~9.3 μm，视场角为1.37°×1.10°，F数为2。设计结果表明：在空间频率33 lp/mm处，轴外视场MTF>0.24，接近衍射极限，具有较高的成像品质。在−35~+55 ℃工作温度范围内，通过内置调焦镜调焦来保证高温、低温环境下的成像质量，可用于宽温度范围内的红外跟踪探测。
制冷型 二次成像 高次非球面 调焦镜 cooled the secondary imaging high order aspheric surface focusing lens
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了使小口径相机具有与大口径相机同等的分辨能力,提出一种基于像素编码的高分辨成像技术。为了降低图像高、低频信息的混叠,提出基于以系统点扩展函数为运算核的像素编码算法。首先在空间域中直接构建系统的编码矩阵;然后采用求逆的方法实现对输出图像的解码,以达到提高图像质量的目的;最后利用焦距为100 mm和像元尺寸为9 μm的成像系统在F数分别为11(F11)和25(F25)下进行室内实验验证,采用像素编码算法对F25系统所成的鉴别率板像进行校正,校正后的调制传递函数值(0.18)与F11系统(0.24)相当,图像对比度得到提高,验证像素编码算法的合理性和可行性,使得小口径相机具备高分辨率的成像能力成为可能。
成像系统 高分辨成像 大F数 像素编码 调制传递函数 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811027
中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室, 陕西 西安 710068
为了实现像移测量装置的高速、高精度和小型化,提出一种改进的联合变换相关方法。该方法使用两幅待检测图像强度叠加的方式构造相关输入图像,利用卫星推扫运动所产生的系统像移实现自相关峰和互相关峰在空间上的分离。用于相关运算的图像被缩小到与待检测图像尺寸相当,大幅度降低了测量过程的计算量,从而有利于高速数字联合变换相关器的实现。仿真和实验测试结果表明:所提方法保持了传统联合变换相关像移测量方法的高精度、抗噪声能力强和对图像纹理不敏感的特点,并具有实现高速像移测量的潜力。
测量 强度叠置 联合变换相关器 像移测量 亚像元
1 国防科技大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
3 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
构建了马尔可夫随机场自适应邻域系统，并将有形目标检测问题构建为马尔可夫随机场理论框架下背景与目标的二元分类问题.首先分析了影响目标形状的主要因素，归纳总结了典型的目标形状；其次以典型目标形状为模板构建了新的马尔可夫随机场邻域系统；然后构建了自适应邻域选择的代价函数，并基于有限差分算子创建了新的马尔可夫随机场势函数，进行背景与目标的分类判别.由于采用自适应邻域系统，所提算法在保持目标检测率的同时进一步降低了过门限率；比经典马尔可夫随机场邻域系统具有更好的目标形状保护新能.仿真试验结果表明，所提算法不仅具有较好的目标检测性能，而且可更好地保护目标形状的细节信息.
马尔可夫随机场 自适应邻域系统 有形目标检测 红外系统 Markov Random Field(MRF) Adaptive neighborhood system Shape target detection Infrared system
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院，北京 100049
对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究，结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术，设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道(3 μm～5 μm)和长波红外通道(10 μm～12 μm)，经准直镜组及成像镜组会聚探测器上，实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明，长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上，中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上，满足实际应用的要求。
光学设计 红外光学系统 双波段 共口径 扫描 optical design infrared optical system dual-waveband common aperture scanning
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室, 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 a.瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室, 西安 710119
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室
4 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术实验室, 西安710119
介绍了一种新型的空间望远镜，通过改变光学系统焦距，可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率。光学系统有四个反射镜组成，包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形，系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比，此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动，有效减少反应时间。分析了此系统的成像质量，给出了0°、0.51°、0.7°不同视场的弥散斑：1.6 μm、1.0 μm、1.7 μm，及传递函数：在68 lp/mm 时，MTF曲线值大于0.7.此新型成像技术还可以有效减少数据传输链带宽需求，在遥感领域具有广阔的应用前景.
主动变焦系统 光学系统设计 可变形镜 任意视场角 Any field angle Deformable mirror Active zoom system Optical systems design
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 航天科技集团第五研究院，北京 100080
为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求，基于光学波像差的基本理论，对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标，并在真空罐中进行热真空成像试验，验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系，最佳焦面位置变化量约0.08～0.1 mm·℃－1;当温度水平在(20±1 )℃之间变化时，像面处在系统焦深范围内，系统传递函数变化量在0.02左右;当径向温差和轴向温差会大于2 ℃引起最佳焦面位置发生移动，若不调焦，传函会明显下降.
空间相机 热光学分析 热真空试验 Space camera Thermaloptical analysis Thermalvacuum test
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为了实现对空间暗弱目标的探测, 设计了大孔径可见光探测相机的光学系统。该系统焦距为350 mm, 相对孔径为1/1.6, 全视场角为3.2°, 波段范围为450～950 nm。介绍了可见光探测相机的构成, 确定光学系统的结构形式为马克苏托夫两反射系统, 主次镜均采用球面镜。采用CODE-V光学设计软件对系统进行了优化设计。给出了像质评价及热分析结果。设计结果表明, 该可见光探测相机光学系统各视场点列图基本是圆形, 全视场内80%能量的弥散斑直径均小于26 μm, 最大畸变小于0.05％, 倍率色差小于5 μm, 满足探测要求。
光学设计 空间目标 探测相机 弥散斑
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
3 中国科学院研究生院，北京 100049
以由七片边长为0.5 m的正六边形子镜组成的拼接式大口径反射镜为例，理论分析和数值模拟各种拼接误差对成像质量的影响.利用傅里叶变换的特殊性质简化求解大反射镜的点扩散函数过程并推导各种误差下的解析表达式.采用快速傅里叶变换数值模拟边缘失配误差、平移误差及倾斜误差情况下的点扩散函数，并根据光学系统的成像原理模拟成像效果.结果表明，边缘失配误差对成像质量无影响，而平移误差影响较大，倾斜误差影响相对较小.
拼接式反射镜 拼接误差 傅里叶变换 点扩散函数 成像质量 Segmented mirror Alignment error Fourier-transform Point-spread-function Image quality
1 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
针对天基光学监视应用中空间目标两行轨道根数拟合估计问题，通过引入UT变换和混合状态空间，将简化的常规摄动预测模型嵌入跟踪滤波过程，提出两行轨道根数拟合估计的天基光学混合状态Sigma点卡尔曼滤波方法.仿真结果表明，该方法可利用仅测角观测资料实现对空间碎片等非合作目标的两行轨道根数序贯滤波拟合估计.
双行根数 空间目标 仅测角 跟踪 Two-Line-Elements Space-object Bearing-only Tracking Unscented Transformation(UT) UT
