1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对R矩阵光谱重构法面临的问题, 提出了一种基于相机响应特性的光谱分解方法, 对分解出的同色异谱黑的反演建立粒子群优化 BP 神经网络模型 (PSOBP) 以实现网络训练权重的优化, 并利用全局训练样本和局部训练样本的二次光谱重构方式进行了仿真实验。结果表明, 在D65光源下, 利用所提出的方法, RGB相机观测下重构两种测试集均方误差平均值分别至少降低了1.71%和0.51%, 色差最大值分别为3.5579和2.3776, 满足人眼辨别颜色阈值要求; WorldView3观测下光谱重构精度均方误差在410~510、555~565、590~685、705~740 nm波段内不超过2%, 适应度系数表示的可接受样本占比均为91.667%, 色差最大值分别为1.6002和1.1177, 其光谱重构精度以及色度精度较其他方法均有所提高, 且6通道多光谱相机已能满足较高精度光谱重构的要求。
遥感 光谱重构 同色异谱黑 粒子群优化 神经网络 齐次非线性扩展 remote sensing spectral reconstruction metamerism black particle swarm optimization neural network homogeneous nonlinear extension
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 航天系统部 装备部 装备项目管理中心，北京 100094
5 长光禹辰信息技术与装备（青岛）有限公司，山东 青岛 266000
为了满足高精度偏振探测要求，通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响，并对其进行相应的分析和优化。首先，分析望远镜组偏振效应的影响因素，采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型，并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着，通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟，设计相应的低偏振效应膜系。最后，运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明，在580 nm和750 nm波长处，低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处，低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应，提高仪器的偏振探测精度。
偏振光谱相机 偏振效应 斯托克斯矢量 穆勒矩阵 polarization spectrum camera polarization effect stokes vector muller matrix
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
空间相机用于对空间暗弱目标的探测与监视, 视场外杂散光的进入会降低像面对比度, 严重时甚至会导致相机无法工作。大视场光学系统对杂散光尤为敏感。针对此问题, 本文以一大视场空间相机为例, 分析其杂散光的来源, 通过研究杂光传输机理并总结抑制措施。为满足其轻小型的指标要求, 在尺寸限制下分别设计挡光环垂直光轴和倾斜的遮光罩及光阑等消杂光结构。TracePro软件仿真结果显示: 倾斜挡光环遮光罩的效果更好, 该结构在杂光抑制角外的的点源透过率(PST)均达到10-7量级, 系统至少可以满足65星等目标的探测, 验证本文消杂光结构方案的有效性, 为后续的系统优化提供了一定的参考。
大视场空间相机, 遮光罩, 杂散光分析 , 点源透过率(PS wide-field of view space camera baffle analysis of stray light point source transmittance(PST)
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间三部， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
相干激光通信系统中，光学系统的偏振像差会改变信号光的偏振态，降低信号光与本振光的混频效率。为了定量分析和研究光学系统的偏振特性，提出了三维偏振光线追迹算法。针对大口径相干激光通信检测平台系统，利用该算法对平台的通信系统进行偏振光线追迹，并根据追迹计算所得的偏振变换矩阵，分析了偏振像差对圆偏振信号光偏振态的影响。通过搭建实验平台，验证了平台通信系统的偏振特性。
光通信 相干通信 偏振像差 三维偏振光线追迹 保偏 光学学报
2016, 36(11): 1106003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 长春奥普光电技术股份有限公司,吉林 长春 130033
为了在较大失调范围内准确求解离轴梅逊式无焦卡塞格林望远镜元件的失调量,提出了基于改进的灵敏度矩阵模型的计算机辅助装调方法。分析了传统灵敏度矩阵法的原理及局限性,并在传统方法的数学模型中加入二次修正项,对传统计算机辅助装调技术进行了改进。针对离轴望远镜系统,分析了次镜失调状态下系统的像差特性,分别采用改进模型和传统模型对系统失调量与像差间的映射关系进行近似,并对失调望远镜系统进行仿真装调。仿真装调结果表明: 在次镜偏心为±8 mm、倾斜为±1.5°的失调范围内,传统方法计算得到的次镜x、y、z偏心量和α、β倾斜量均方根误差分别是: 2.689 mm、2.494 mm、0.194 mm和0.500°、0.525°;而改进方法对应的计算结果为: 0.404 mm、0.323 mm、0.047 mm和0.064°、0.065°,显示改进后的灵敏度矩阵方法的失调量求解准确度大幅优于传统方法。最终,采用改进方法对望远镜进行装调,得到了轴上视场波像差(均方根值RMS)为0.056λ(λ=632.8 nm),边缘视场波像差RMS均优于0.1λ的良好装调结果。 得到的结果满足设计要求。
离轴望远镜 计算机辅助装调 灵敏度矩阵 失调 Zernike系数 off-axis telescope computer-aided alignment sensitivity matrix misalignment Zernike coefficient
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围, 建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理, 该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角, 并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求, 对系统进行了误差分析, 给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源, 计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明: 系统的检测系统分辨率为2.5″, 测角范围为11°, 测角精度可达3″, 可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。
光谱成像仪 扫描镜 非接触测量 角度测量 多项式拟合 误差分析 spectroscopic imager scanning mirror non-contact measurement angle measurement polynomial fitting error analysis
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为实现光学系统计算机辅助装调工程化应用，达到根据失调量的计算值对光学元件进行空间位置误差校正的目的，提出了失调量的计算值和调整机构调整量之间的过渡方法，利用坐标变换和最小二乘优化算法建立了失调量调整量的关系模型，完成了两者坐标基准过渡。仿真结果表明，根据此方法自编程序计算出的平移调整量精度可达10-6 mm量级，角度调整量精度可达0.02″量级，计算精度远高于光学系统的装调要求。在模拟装调过程中，与直接采用失调量计算值对元件调整的结果相比，此方法的调整结果明显好于前者。对于不同的光学元件装卡方式和调整机构，可对此算法的相关参量进行赋值，灵活运用于不同的工况，为计算机辅助装调的实际工程化应用提供理论依据。
光学设计 光学系统装调 计算机辅助装调 坐标基准过渡 最小二乘法
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
用于视场扫描或者像移补偿的指向反射镜在摄像时的低频角度抖动导致相邻帧间推扫距离产生差异，按照帧间等像素间隔方式输出图像会导致局部畸变。为研究角抖动引起畸变的原因、特点以及校正方法，在航天遥感器像移补偿模型基础上建立图像畸变计算模型，准确引入轨道参数、卫星姿态和指向镜安装方位等因素。在具体参数下仿真得到靶标畸变图样，并采取以特征点像移量来校正图像输出的方法。分别对指向镜无抖动、有抖动两种情况下校正后的图案做最小二乘拟合。仿真结果表明畸变大小除了与轨道、抖动参数有关外，还与景物方向有关，理想状况下采用的畸变校正方法精度优于1 pixel；实验验证也取得了较好效果。
遥感 畸变校正 坐标变换 像移速度矢 指向反射镜
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
高性能光学系统装调的调整量与光机结构设计相关，而装调所用参考坐标系往往与光学设计所用的坐标系不同。为了精确描述调整量对高斯像位置的影响，本文在基准坐标系下建立了引入装调误差量的高斯光学齐次坐标变换模型。针对具体的光机结构，建立了高斯像像旋和离焦对调整变量的函数，据此计算小的结构变化导致的离轴三反望远物镜高斯像面的移动，结果显示其与光学设计软件对最佳像面位置优化结果的相对差小于4％。利用方差合成方法建立线性规划模型，对17个装调变量做了最宽松的误差分配方案。用Monte Carlo法验证了分配方案，结果表明，该方案在±300 μm调焦能力下满足各视场±10 μm的焦深要求。本文的方法忽略了复杂、微小像差的影响，适用于含多个已做内部精装的光学组件或平面反射镜的复杂成像光学系统的装调。
几何光学 最优化装调 高斯光学 坐标变换 误差分配 geometrical optics optimized assembly Gaussian optics coordinate transformation error budget 光学 精密工程
2012, 20(11): 2353
