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
63891部队光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471000
超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应，开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源，搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统，得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据，建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型，并对干扰阈值数据进行分析。结果表明，探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系，在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。
超连续谱激光 成像系统 干扰 不同辐亮度背景 饱和像元个数 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811009
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室, 四川 成都 610209
针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。
单传感器 透镜阵列 多波段成像系统 光学设计 single sensor lens array multi-band imaging system optical design 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230561
1 石家庄铁道大学信息科学与技术学院，河北 石家庄 050043
2 河北省电磁环境效应与信息处理重点实验室，河北 石家庄 050043
激光成像雷达是一种综合激光技术与雷达技术于一体的主动式光电成像设备，具有探测精度高、图像信息量丰富、抗干扰能力强等优点，在科学领域和商业领域等都有广阔的发展前景。为了满足人们日益增长的实际需求，不同成像体制的先进激光成像雷达技术应运而生。首先介绍先进体制激光成像技术的工作原理；然后开展不同体制下先进激光成像雷达的分类，阐述国内外不同分类方式下激光成像雷达技术的关键性能，分析不同激光成像雷达系统的优势与不足；最后总结激光成像雷达技术的未来发展趋势，可为先进激光成像雷达技术的发展提供一定的借鉴和参考。
激光雷达 成像体制 精度高 抗干扰 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0800004
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
液晶透镜是一种新兴的可以电控调焦的液晶器件，无需机械移动就可以实现对焦、变焦和深度测量，因此被广泛应用于摄影摄像、显微成像、虚拟现实等领域。提出一种优化的液晶透镜无偏振片成像技术。该技术结合非锐化掩蔽模型，通过分析图像像素值的变化，估算得到环境光中寻常光分量的占比，并使用非对焦图像和对焦图像进行处理，获得高质量图像。实验结果表明，优化后的技术能够有效增强图像对比度，获得优质图像。
成像系统 液晶透镜 无偏振片成像 非锐化掩蔽模型
1 国防科技大学空天科学学院，湖南 长沙 410072
2 酒泉卫星发射中心，甘肃 酒泉 735000
基于多项式拟合的标定方法可在缺乏相机曝光时间的条件下，获取相机响应函数（CRF）曲线和图像曝光比，具备广泛的适用性。然而该方法存在迭代发散和标定精度不高问题，影响其实际应用。本文通过分析传统多项式拟合标定方法流程，发现在全局误差函数条件下，标定数据集合中存在大量无效项，既减少了有效标定数据，又降低了图像曝光比迭代计算精度。针对这一问题，提出了一种改进的联合局部误差函数标定方法，可在两幅曝光相近的图像间选取标定数据，避免引入无效项，使得计算多项式系数和曝光比的数据一致。在公开数据集和某工业相机拍摄数据集上的标定结果表明，改进方法具有较好的收敛性，相比于传统方法，颜色三通道CRF曲线分布更加紧凑，通道间曝光比平均偏差分别减少了49.83%和42.25%。
成像系统 相机响应函数 多曝光图像 拟合多项式
1 滨州学院飞行学院，山东 滨州 256600
2 北京空间机电研究所，北京 100094
3 大连工业大学信息科学与工程学院，辽宁 大连 116034
系统地探究了典型多光谱彩色成像系统的最优光谱通道数的确定问题。在前期多目标滤色片优化选取方法的基础上，将仅限于相同通道滤色器优化的概念拓展至不同通道数最优滤色器的优化，从而达到最优通道数确定的目的。基于Munsell光谱反射率数据集构建光谱反射率成像目标，通过真实CCD成像传感器的光谱灵敏度、D65光源的光谱功率分布以及高斯滤色器模型和最大线性独立滤色器选择算法，在10个噪声水平下实现了3~31个光谱通道，即29个虚拟多光谱相机对成像目标的光谱反射率重建的仿真计算。结果表明，通道数小于8时，5通道滤色器表现最优；和A光源相比，D65光源下的5通道最优滤色器的最大带宽达到80 nm，性能有显著的提升。
色度学 成像系统 计算方法 光谱通道数 多光谱彩色成像
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院先进光电成像技术研究室，黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科室，黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040
4 北京协同创新研究院，北京 100094
5 北京大学未来技术学院国家生物医学成像科学中心分子医学研究所膜生物学国家重点实验室，代谢及心血管分子医学北京市重点实验室，北京 100871
管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一，通过沿行进方向搭载成像系统，实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而，这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘，不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度，提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积，尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后，整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm，最优横向分辨率为15.63 μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人，验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷，提升对管壁细节信息的捕捉能力。
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211013
1 郑州大学物理学院，河南 郑州 450001
2 郑州大学附属肿瘤医院，河南省肿瘤医院，河南 郑州 450003
高速光流控成像是融合了高速光学成像和微流控的新兴交叉技术，能够对高速复杂流体环境中的生物体进行高分辨率、高通量和多信息维度的成像和定量检测分析，在生物能源、食品科学、药物筛选、疾病诊断等领域展现出卓越的应用前景。对高速光流控成像的基本原理、关键技术和前沿进展进行综述，并对该技术未来的发展趋势和面临的挑战进行展望。
成像系统 高速成像 光流控 微流控芯片 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211015
