北京航空航天大学 电子信息工程学院 电磁兼容技术研究所,北京 100191
现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数,仿真了4~18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布,验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率,结果证明了本文系统的优越性,同样分辨率下,达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。
大视场电磁成像 龙伯透镜 空不变 图像超分辨 large field of view Luneburg lens space invariant super-resolution 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043017
南方科技大学生物医学工程系,广东 深圳 518055
由于衍射极限的存在,传统的光学成像手段无法观测细胞器结构及细胞器之间的相互作用。单分子定位显微成像技术作为三种超分辨技术中分辨率最高的成像技术,为生命科学领域的研究提供了重要手段。大视场高通量单分子成像技术具有分辨率高、成像范围大和成像时间短等特点,在生物医学领域广泛用于观察和分析复杂的生物结构和功能。从基于硬件扫描的拼接成像技术、基于大面阵sCMOS的大视场高通量成像技术、大景深单分子定位成像技术、高通量数据分析技术4个方面回顾近年来大视场高通量单分子定位技术的研究进展。最后,对大视场高通量单分子定位成像技术的发展方向进行展望。
高通量 大视场 单分子定位显微镜 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618004
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京 100192
2 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100192
3 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
采用摄影测量方法对航天器天线面形进行在轨高精度测量,需对大视场角相机内外参数进行实时在轨标定。恒星可作为不变基准辅助在轨相机标定,但需对所拍星图中的星点进行识别得到其星点矢量信息。提出了一种针对大视场角相机所拍星图的快速识别方法:首先,结合标定结果的星图识别策略,提高匹配准确性;然后,基于四颗星星间角距的标签搜索匹配方法,将复杂度减小至线性,实现快速准确匹配;最后,基于反投误差分析的匹配检验方法,避免误识别。实测实验表明:对采集到的2000张星图进行识别,相比于传统三角形星图识别算法,所提方法兼顾了识别速度和识别率,识别率达到99.5%,识别时间减少75%,证明此方法合理有效,可节省存储空间,提高星图识别速度,提高星图识别率,具有很好的实用价值。
大视场角相机 相机内外参数 畸变校正 快速星图识别 在轨标定 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210004
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230024
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 上海市计量测试技术研究院,上海 201203
干涉测试是一种高精度的表面形貌无损测量方法。通常情况下,单色光干涉测试以激光作为光源,采用缩小成像方案测量表面面形。宽带光干涉测试能够有效避免单色光干涉测试时的2π相位模糊问题,常与显微成像技术相结合,测量阶跃型结构的表面微观形貌。当阶跃型结构样品的横向尺寸较大时,宽带光显微测试需要采用拼接手段,降低了测量效率。本文提出了一种缩小成像的宽带光干涉仪,该仪器可用于大尺寸阶跃型表面的形貌测量,其工作波段为480~750 nm,采用1 inch探测器形成了47.60 mm×35.76 mm的测量视场。系统组成包括照明准直镜、干涉腔和成像镜。照明准直镜采用科勒照明方案,可以提供数值孔径NA=0.015、视场直径Φ=59.6 mm的均匀照明物方视场;干涉腔集合了Mirau型等光程干涉与Fizeau型无中心遮拦的优势,由倾斜1.5°的分光平板和倾斜3°的参考平板组成;成像镜与准直镜形成双远心成像光路,成像放大率为0.25×,在宽谱段范围内的畸变校正达到0.24%。采用构建完成的宽带光干涉仪测试了USAF1951分辨率板,系统分辨率可达14 lp/mm;测试了校准高度分别为7.805 μm和46.554 μm的台阶板,对阶跃型结构测量的高度偏差优于0.4%。
测量 形貌干涉测量 宽带光 大视场 光学设计 中国激光
2023, 50(18): 1804001
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220878
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
宽视场光学成像系统可以增大光学遥感器观测范围、提高探测效率。近年来,基于自由曲面的光学系统设计和制造取得了重大进展,为设计大视场、大相对孔径、高分辨率、高成像质量、无遮挡离轴反射系统提供了可能性。首先,分析了大视场离轴反射系统的像差特性,指出当不断增加系统视场角,尤其是子午方向视场角时,与视场相关的非对称高级像差量将剧烈增加;像场连续性要求更加凸显。接着,提出了一种二维大视场长焦距离轴光学系统设计方法:在常规光学系统初始结构基础上,采用多重结构形式,使子午方向视场角离散化,光学系统特定曲面分解为两个子曲面;并构建系统约束条件,通过约束系统外形尺寸、优化系统结构形式进而完成系统优化设计。最后,基于提出的方法,设计了一款焦距为1 000 mm,像方F数为10,视场角为40°×16°的自由曲面离轴四反光学系统。设计结果表明:该系统全视场范围内成像质量较好,50 lp/mm的特征频率下,400~750 nm可见光波段内光学调制传递函数优于0.26,证明该方法切实有效。
光学设计 离轴反射系统 自由曲面 二维大视场 曲面分解 optical design off-axis reflection system freeform surface wide field-of-view surface decomposition 光学 精密工程
2023, 31(14): 2019