长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
为适应昼夜侦查、探测目标的需要，设计了可见与近红外双波段光纤内窥镜物镜。在分析其基本原理的基础上，采用反远距形式的像方远心光路结构作为初始结构，通过Zemax软件进行优化设计，给出了一个工作波长0.486 μm～0.656 μm/0.7 μm～1.1 μm,焦距1.21 mm/1.22 mm，F数为4，视场角为80°，光学长度为8.45 mm/8.47 mm的设计实例。传像束单丝直径16 μm，并按正方形排列，据此要求在31 lp/mm处评价像质。设计结果表明，系统满足像方远心光路要求，轴上和轴外像面照度均匀，该镜头可见光部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.81，近红外部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.80。该双波段内窥镜的设计在实现已有内窥镜功能的同时，又提升了探测范围和信息量，能够实现全天候的检测与侦查。
光学设计 内窥镜 双波段 像方远心 传像光纤束 optical design endoscope dual band telecentric in image space image fiber bundles
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai 200135, China
2 Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
A multilayer fiber bundle is used to couple the image in a remote sensing imaging system. The object image passes through all layers of the fiber bundle in micro-scanning mode. The malposition of adjacent layers arranged in a hexagonal pattern is at sub-pixel scale. Therefore, sub-pixel processing can be applied to improve the spatial resolution. The images coupled by the adjacent layer fibers are separated, and subsequently, the intermediate image is obtained by histogram matching based on one of the separated image called base image. Finally, the intermediate and base images are processed in the frequency domain. The malposition of the adjacent layer fiber is converted to the phase difference in Fourier transform. Considering the limited sensitivity of the experimental instruments and human sight, the image is set as a band-limited signal and the interpolation function of image fusion is found. The results indicate that a super-resolution image with ultra-high spatial resolution is obtained.
传像光纤束 亚像元 超分辨率成像 100.3008 Image recognition, algorithms and filters 100.2000 Digital image processing Chinese Optics Letters
2011, 9(8): 081001
针对异型传像光纤束成像的算法结构，介绍了一种以TI 公司高性能DSP（TMS320DM642）和Xilinx 公司150 万门级FPGA（XC3S1500）为核心处理器的超分辨率成像系统。在该系统中，作为系统核心的DSP 承担目标图像合成算法，而FPGA 则负责如图像格式转换等预处理工作。通过合理分配DSP 和FPGA 的处理任务，本系统充分发挥了FPGA 硬件实现的快速性和DSP 软件实现的灵活性。实验测试表明，该成像系统满足实时性要求，易于维护和升级，具备较强的通用性。
传像光纤束 成像 image-carrying fiber bundles FPGA FPGA DSP DSP imaging
1 上海海事大学 信息工程学院, 上海 200135
2 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200083
3 上海广电(集团)有限公司 中央研究院, 上海 200233
为获取超高分辨率图像, 设计了一种入端为线阵排列、出端为面阵排列的传像光纤束.利用该光纤束的成像系统在合成目标图像时, 需要建立光纤束出端、入端位置坐标表.介绍了一种基于卡尔曼滤波器的算法, 对出端光纤位置逐一搜索；搜索光纤位置时区分层内、层间设置不同初始步长, 按均方误差最小原则对搜索步长进行修正.算法采用了比对终止边界、标定已搜索光纤两种稳健性措施, ‘Z’字型搜索路径提高了算法效率.实验结果表明, 搜索算法得到的位置坐标表准确标定光纤位置, 提取光纤束耦合的信息还原了目标图像.
传像光纤束 位置搜索 卡尔曼滤波器 位置坐标表 image-carrying fiber bundle position-searching Kalman filter coordinate table
1 燕山大学,红外光纤与传感研究所,河北,秦皇岛,066004
2 东北电子技术研究所,辽宁,锦州,121000
在大截面传像束前置光学物镜设计中,采用"负-正"型式的像方远心光路结构,很好地解决了镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化.给出了前置物镜设计实例:工作波长0.8～1.1μm,焦距5mm,相对孔径为1:3.84,光学长度为47mm,视场角为60(.在光学耦接镜设计中采用物方远心光路结构,引入二元光学透镜,通过理论计算和ZEMAX光学软件优化,给出工作波长0.8～1.1μm,焦距33.6mm,光学长度为63.5mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例.该设计结果适用于单丝直径16μm,截面直径6mm的光纤传像束.
应用光学 传像光纤束 折衍混合 远心光路
受器件制作工艺限制,难以获取元数超过6000的超长线列探测器,提高图像空间分辨率受到限制.设计一种入端为线阵、出端为面阵的异型结构传像光纤束,利用现有面阵器件接受光纤束输出信息,可以获取超高分辨率图像.光纤的异型结构决定了图像恢复过程十分复杂.本文提出一种双模板极值滤波器算法,针对单根光纤对应多个像素以及光芯和包层传光性能不同的特点,从图像灰度值入手,借助图像腐蚀和重心算法,有效克服光纤断丝引起的盲元,准确定位每根光纤中心位置,找出出端光纤和入端光纤的对应关系,完整恢复入端图像,实现图像的空间变换.
图像恢复 双模板滤波 传像光纤束 空间变换
光纤像面全息可以获得较高衍射效率的全息图和再现较大的物像。文中分析了相干光激励下传像光纤束单丝芯径的大小对其输出光场的影响,以及输出光场中低阶模与高阶模对全息照相的不同作用,在此基础上,提出缩小传像束单丝芯径、增多单丝根数,可以提高光纤像面全息图衍射效率和分辨率的观点,并通过实验进行了验证。
传像光纤束 像面全息 衍射效率 分辨率
