让重建出的物体三维面形附着上物体本征的彩色纹理,使其具有真实感。为了得到纹理数据,在双目相机三维测量结构的基础上,额外添加一个彩色相机以获取纹理。在后续贴图的过程中,需要知晓双目系统及纹理相机的内参和外参,即对双目与纹理相机所组成的系统进行立体标定,若想获得不同角度下的物体纹理信息而改变纹理相机的位置,则应重新进行标定。针对该问题,提出一种增设标记点的方法,仅对系统进行一次初始标定,便可自由使用纹理相机,从而完成纹理相机在任意位置拍摄后的纹理贴图,实验验证该方法具有可行性。该方法减少了纹理相机的频繁标定过程,为点云数据纹理贴图提供便捷易行的实现手段。

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。

分布式光电解决了传统光学系统大视场与高分辨率成像的矛盾,在**侦查、安全监控、天文观测等领域具有广泛的应用。分布式光电系统通过图像拼接和超分辨重建等处理手段提升图像质量,从而提升系统探测能力和识别能力,但目前仍缺乏系统性的性能评估方法。建立了分布式光电系统性能量化评估方法。首先对分布式光电系统理论及图像处理算法进行了基础研究,通过分析图像空间分辨率、信噪比、信息熵等参数,对重构后图像质量进行评价,最后从光电系统和图像质量两个角度出发,对分布式光电系统的探测能力、识别能力进行了理论分析。该研究为分布式光电技术的发展提供了重要理论支撑。

高分辨率大视场成像使得航天遥感可以在更广阔的范围内进行更精细的感知,提出一种基于计算成像基本原理的大视场次优计算成像设计方法。该方法将成像过程分为硬件成像和软件复原两方面,软硬件结合的设计方法可以充分结合二者优势,降低了硬件设计难度,提升了系统成像综合性能。在光学系统硬件设计方面,提出次优光学设计方法,不再将设计自由度资源单一应用在小视场范围内,而是在更大视场范围内寻求一致性的次优点扩展函数,结合图像复原方法,扩大有限设计自由度条件下的成像视场。采用次优方法设计离轴三反光学系统,设计视场可以提高到5°,相比于常规设计方法,视场提高1倍以上;结合基于深度学习的非线性图像复原方法,对于同类目标,结构相似度达到85%以上,对于不同类型目标,结构相似度可达80%以上,有效实现高分辨率大视场成像系统设计,为航天遥感广域精细观察提供了新方法。

基于轨道角动量(OAM)的自由空间光学通信被认为是很有前景的下一代通信应用,为了实现OAM复用通信,需要突破的关键技术之一就是接收端涡旋光束 OAM 的探测。采用卷积神经网络方法,提出并研究了一种双模式涡旋光束的OAM精确识别的理论方案。这种OAM光束可以提供两个可控的自由度-OAM量子数和比例参数。研究了训练样本的图片分辨率或样本数目与OAM识别准确率的关系。还研究了不同的OAM量子数l、比例参数n与OAM识别准确率的关系。研究表明,当OAM量子数的范围为1~10,比例参数为0.01~0.99时,不同OAM模式的识别准确率达到100%。

同轴全息重建由于相位共轭波的干扰,会产生二阶噪声与孪生像噪声,从而影响重建质量和精度,而在全息重建中,获取最佳重建平面的相关全息聚焦距离参数也是全息成像领域的关键。为此,提出了一种基于压缩感知的聚焦重建算法,通过选取轴向方向内固定间隔的一系列重建图像,以压缩感知的全变分正则化约束重建不同深度的图像,根据图像灰度变化或绝对梯度算子等聚焦度量指标计算并构建数字全息重建图像的聚焦曲线,确定最佳聚焦位置。所述算法抑制了重建噪声,提升了物体轴向的重建精度,实现了聚焦位置周围更宽范围的高分辨率图像重建。

合成孔径激光雷达是实现计算成像的一种重要途径。首先,介绍了多通道逆合成孔径激光雷达(ISAL)样机、成像探测实验及信号处理方法。然后,阐述了样机系统组成和关键技术解决途径。接着,利用基于一发多收脉冲体制和全光纤光路的相干激光雷达样机,给出了地面运动车辆目标的成像探测实验结果。最后,在收发扩束宽视场条件下,验证了多通道ISAL的高分辨率成像能力和顺轨干涉运动补偿成像方法的有效性。

基于传统光学成像系统的质心定位原理的角度测量技术一般存在测量精度的上限,约为像素的1/100。因此,要提高角度测量精度一般需要采用更长的镜头焦距和更大靶面的相机,增加了体积、重量和功耗,不利于设备的小型化,也不利于在对体积、重量和功耗有限制的平台(例如卫星和飞机等)上应用。基于计算干涉测量的远距离目标高精度角度测量技术,利用光学干涉的方法将目标光的角度变化转换为干涉条纹相位变化。因相位变化的测量精度可通过成熟的插值方法实现1/1000周期的精度,故干涉测量的角度精度相比传统光学方法大大提高。本文主要介绍基于计算干涉测量的远距离目标高精度角度测量技术的基本原理、主要特点、研究进展和存在的难点,希望通过该文引起广大同行的研究兴趣,一起推动该技术的快速发展和工程应用。