1 清华大学电子工程系，北京 100084
2 北京国家信息科学技术研究中心，北京 100084
3 北京量子信息科学研究院，北京 100084
基于空间扫描或波长扫描的传统光谱成像设备体积庞大，无法获取动态的光谱信息。利用超表面可以实现丰富的光谱调制函数，结合计算重建和空分复用方法可以实现高光谱分辨率和空间分辨率的实时光谱成像芯片。本文介绍了超表面光谱成像的基本原理，分别阐述了基于规则形状和自由形状的超表面光谱成像芯片的设计方法与性能指标，以及基于神经网络的光谱图像快速重建算法，简述了超表面光谱成像芯片在活体大鼠脑光谱成像、人脸防伪识别、自动驾驶等领域的应用，最后讨论和展望了超表面光谱成像芯片未来的发展趋势和应用前景。
光学器件 超表面 光谱成像 自由形状超原子 神经网络 光学学报
2023, 43(16): 1623004
强激光与粒子束
2023, 35(2): 025001
红外搜索与跟踪(IRST)系统在态势感知、环境安全监测等领域具有重要地位。像移补偿是IRST进行快速扫描的关键技术之一。设计了一种长积分时间快速周扫下像移补偿大面阵IRST光学系统, 该光学系统采用平行光路稳像方法, 具有4 ms级的积分时间、360 (°)/s级的周扫速度、1k级的面阵规模等技术特点。介绍了平行光路稳像的原理, 提出了参数计算及匹配关系。光学系统设计结果以及光学样机周扫成像测试结果表明, 该像移补偿IRST光学系统成像探测能力优良, 相关指标处于国内领先水平。
像移补偿 光学设计 长积分时间 快速周扫 大面阵 image motion compensation optical design long integration time fast circle scanning large area array
1 北京遥感设备研究所，北京 100854
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001
波前编码技术通过在光学系统光瞳位置加入特殊的相位掩模板，对目标信号光波进行编码调制，并在图像处理端对该编码信号进行解码而恢复原图像，由于被编码调制后的波前对离焦等像差的不敏感度扩大了十数倍，能显著扩大光学系统焦深。因此，波前编码技术能在编码与解码之间解决恶劣力热条件或多色制导体制对弹载红外探测系统带来的离焦和对准误差。文中基于波前编码扩大焦深基本原理，对一长长双色红外光学系统进行了10倍焦深扩大的波前编码像差钝化设计。集成样机后，进行了波前编码成像实验。以小孔点靶编码像作为PSF解码10倍离焦位置处的十字靶和四条靶图像，十字靶和四条靶解码图像清晰可辨，证明波前编码技术对于系统像差或离焦像差的抑制是有效的。最后，对波前编码成像效果进行了分析：解码图像的水波纹是由于空间采样PSF不足导致的，可提取不同视场位置PSF，使用空间变化解码算法实现条纹消除；由于解码图像会在放大信号的同时放大噪声，因此，解码算法需要进一步研究噪声抑制算法，以期满足弹载高能量、高信噪比应用的要求。
波前编码 焦深 红外探测 像差钝化 wavefront coding focus depth infrared detection aberration inactivation 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404001
1 北京理工大学 机械与车辆学院, 北京 100081
2 航天科工集团二院二十五所, 北京 100854
光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变, 特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化, 对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明, 当环境温度从20℃降低到-40℃时, 透镜表面位移呈现出显著的梯度变化, 7个透镜中表面的最大位移达0.05mm, 透镜厚度的变化率超过0.05%, 透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术, 计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。
光学系统 光学透镜 透镜面形 有限元法 optical system lens finite element method
提出了一种基于神经网络的红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)非均匀性自适应校正算法。首先，利用归一化思想对图像进行 处理以利于选取迭代步长; 其次，优化隐含层结构以获得更接近于真实信号的期望信号。实验结果表明，该方法在校正精度、收敛速 度和稳定性方面均优于传统的神经网络校正算法。
红外成像 红外焦平面阵列 神经网络 infrared imaging infrared focal plane array neural network
