微光全景光学系统设计
微光彩色夜视光学系统设计与像质评价
Ｏｐｔｃ ｌｄ ｓｇ ｏ ｏｗ－ ｅ ｅ －ｉ ｈｔ ｃ ｌ ｒ ｎ ｇ ｔｖ ｓ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉａ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｌ ｌ ｖ ｌ ｌｇ ｏ ｏ ｉ ｈ ｉ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ａ ｔ ｍ ａ ｅ ｑｕ ｌｔ ｖ ｌ ｔｏ ｎｄ ｉｓ ｉ ｇ ａ ｉｙ ｅ ａ ｕａ ｉ ｎ
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２ ．Ｇｒ ｄ ａｅ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆＣＡＳ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ９，Ｃｈｎ ） ａ ｕ ｔ ｉｅ ｓｔ ｏ ｙ ｅｊ ｇ １ ０ ３ ｉ ｉａ Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｕ ｅ ｖｉｉ ｌ ｎｄ ｌ ｇ ｗ ａ ｅ ｉ ｆ ａ ｅ ｎ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｉ ａ ｅ ｆ ｉ ｎｄ ｃ ｌ ｒ ｓｒ ｃ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｓ ｓ ｂ ｅ ａ ｏｎ ｖ ｎ ｒ ｒ ｄ ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｏ ｍ ｇ ｕｓｏｎ ａ ｏ ｏ ｄｉｐｌ ｙ，ｔ ｒ ｅ ｄ ｌｂ ｎｄ ｉ ａ ｎｇ ｏ ｉａ ｙｓ ｅ ｓａ ｈｅｒ ｍ ａ ｉ ｇ ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｅ ｗ ｅ ｅａ ｌ ｅ ． ｓ ａ ｈ ｅ ｕａ — ａ ｍ ｇｉ ｐｔｃ ｌｓ ｔ ｍ ｎｄ ｔ ｉｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｒ ｎａｙｚ ｄ
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（ ． Ｘｉ ａ ｎ ｔｔ ｅ ｏ ｐ ｉｓ ａ ｄ Ｐｒ ｃｓｏ Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｆＣＡ Ｓ， Ｘｉａｎ ７ ０１ １ ’ ｎ Ｉ ｓ ｉｕｔ ｆＯ ｔｃ ｎ ｅ ｉｉｎ ｃ ｎｉｓ ｏ ’ １ １９，Ｃｈｉ ｎａ；
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计
近年来，随着科技的不断发展，人们对于夜视技术的需求越来越高。
传统的夜视设备往往体积笨重，使用不便，限制了其实用性。
为了解决这一问题，我设计了一种新颖的头盔式微光夜视系统。
该头盔式微光夜视系统采用了最新的微光增强器技术，能够将微弱光线增强，使其变得更加明亮，从而提供更好的夜视效果。
该系统还配备了高清晰度的镜头，能够捕捉到更多细节，使用户能够更清晰地观察到周围环境。
该头盔式微光夜视系统的设计精巧，重量轻，佩戴舒适。
头盔采用轻质材料制作，可以根据使用者的头型进行调节，确保佩戴的稳固性和舒适性。
系统的重心设计合理，不会给使用者带来额外的负担和不适感。
该系统还具有便携性。
用户可以将头盔折叠起来，放入小巧的盒子中携带出行。
当需要使用时，只需将头盔展开，将其轻松佩戴在头部即可。
这种设计使得用户在需要时可以随时使用夜视功能，无需额外的安装和准备工作。
该头盔式微光夜视系统还具有一些智能化的功能。
系统内置了导航系统和环境感知系统，可以通过选项菜单进行调节和设置。
用户可以根据需要选择不同的夜视模式，例如黑白模式和彩色模式，以适应不同的环境。
系统还具备防水和防尘的功能，保证使用的可靠性。
这种新颖的头盔式微光夜视系统设计在夜视技术方面有很大的突破。
它不仅提供了更好的夜视效果，而且具有轻便、舒适、便携和智能化等特点。
相信它的出现将为夜视设备的应用带来全新的体验，并得到用户的广泛青睐。
四通道微光偏振实时成像光学系统设计
收 稿 日 期 ：２０１８－１０－１０； 修 回 日 期 ：２０１８－１１－１６ 基 金 项 目 ：微 光 夜 视 技 术 重 点 实 验 室 项 目 （６１４２４１２０５０３× × ） 作 者 简 介 ：贾 春 辉 （１９９３－ ），男 ，硕 士 ，主 要 从 事 光 学 设 计 方 面 的 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｓｊｃｈ８０２３＠１６３．ｃｏｍ
ＪＩＡ Ｃｈｕｎｈｕｉ １，ＧＡＯ Ｍｉｎｇ１，ＹＡＮＧ Ｓｈｕｎｉｎｇ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ ７１００２１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｌｏｗ－Ｌｉｇｈｔ－Ｌｅｖｅｌ Ｎｉｇｈｔ Ｖｉｓｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｘｉａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
_日盲_紫外折反射全景光学系统设计_王丽萍
的 日盲 紫外折反射全景光学系统 , 用于紫外目标探测 研究。综 述了紫外探测技术要素 , 确定了紫外折反 射全景光学 系 统设计参数。基于像差理论及紫外光学系统特性 , 从参 数分配、 初始结构求解入手 , 采用分裂透镜、 加齐明 镜等方法设 计 了光学系统。分析结果表明 , 日盲 紫外折反射全景光学系统各 视场能量集中度为 80% 的弥散圆直径均小于 20 m, 低 于紫外 ICCD 像元尺寸的 30 m, 各 视场 M T F > 0. 7@ 17 lp/ mm, 满足设计指标要 求。实验验证 了外折反 射全景技术 用 于电晕探测的可行性 , 实验图像成像效果良好 。 关 键 词 : 日盲 紫外 ; 折反射全景光学系统 ; 光学设计 文献标识码 : A doi: 10. 3788/ OP E. 20111907. 1503 中图分类号 : T N23; T H 703
第 19 卷
第 7期
光学 精密工程
Optics and P recision Engineering
V ol. 19
N o. 7
2011 年 7 月
Jul. 2011
文章编号
1004 924X( 2011) 07 1503 07
日盲 紫外折反射全景光学系统设计
王丽萍 , 李
*
春,பைடு நூலகம்金春水
( 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 , 吉林 长春 130033)
3
日盲 紫外全景光学系统设计指标
紫外折反射全景系统是对目标信号进行能量
探测的系统 , 系统相对孔径为 1 围目标 探测 , 系 统视 场定 为 360
微光成像仪的设计
第一章绪论
（３）胶片在制造过程中，中问层粘合不好，造成胶片内部存在气泡： （４）生产工艺条件不佳，片基保管不好局部变形，涂饰后乳剂不均，产生沉 积现象形成黑斑； （５）胶片片基质量不佳，干燥时温度突变，或涂布过程中喷嘴退嘴，会产生 乳荆层的脱落，俗称“脱涂”： （６）乳剂峰膜不良或高温加工时峰膜不足，产生乳剂熔化，表现为画面中有 乳剂流动现象，称作“熔流”； （７）在加工过程中，由于各种原因，在片基或乳剂上造成各种不同形态的划 伤； （８）在乳剂涂布后的干燥工序中，出于温度过商，乳剂收缩不均，产生龟裂。
同时，国外的弊病检测设备主要用于在连续生产线上对产品表面进行检测， 功能较完善，技术也较成熟，但价格十分昂贵。并且，国外知名的胶片厂商，通 过采用表面检测技术在胶片生产的前几道工序就有效地发现并剔除了弊病，因此 不需要在胶片生产的最后阶段（整理工序）设置弊病检测环节。而对于国产胶片 的生产线，即使在前几道工序上安装了国外先进的检测设备，也会由于国内胶片 片基本身的缺陷、生产工艺水平和生产设备的限制，得出错误的检测结果。正因 为这样，只能在整理车间进行弊病的检测与剔除。值得一提的是，国内胶片生产 厂商（如中国乐凯）对涂布工序的胶片观测做过一定的尝试：一种方法是由操作 人员佩戴微光夜视仪观测乳剂涂布中的胶片，找出弊病产生源并当场剔除之；另 一种方法（也是目前中国乐凯第二胶片厂使用的方法）是借助安全手电筒的侧向 照明进行人３－目视观测。但是这两种方法观测效果都不甚理想。
微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计
文章编号: 167329965(2009)062519205微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计3刘钧,刘欣(西安工业大学光电工程学院,西安710032)摘 要: 为改善传统球面微光夜视系统结构复杂、镜片数较多的特点,将衍射光学元件引入传统球面物镜中,在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.该物镜视场为40°,相对孔径为1/1.19,包含三个衍射面,并将传统球面系统透镜数减少了2～3片,仅由5片组成,在空间频率为40lp/mm时,轴上传递函数可达0.89,轴外可达0.43.关键词: 微光夜视仪;光学设计;折/衍混合系统;衍射光学元件中图号: TB851 文献标志码: A 微光夜视仪是利用光增强技术进行观察的夜视系统,可以在夜间或低亮度条件下(10-1～10-5 L X),利用微弱星光、月光和大气辉光,通过像增强器转变成人眼可观察的图像,弥补了人眼在能量、光谱和分辨能力等方面的局限性,扩展了人的视野和功能.微光夜视仪主要用于隐蔽性夜战、夜间侦察、夜间抢险救援、夜间导航等,尤其适用于夜间低空贴地飞行[123].为了降低使用者的负担,安装在头盔上的微光夜视系统,通常情况下要求其体积小,重量轻,而且对物镜视场和相对孔径要求较大,传统的系统设计大多采用球面,其结构复杂,镜片较多,使得系统体积和质量较大,很难满足设计要求.随着光学加工工艺和光学检测技术的提高,衍射面由于其衍射效率高,负色散性,不产生场曲,并且有较多的设计自由度,使之代替球面成为了一种趋势.文献[4]设计了由6片透镜和一个衍射面组成的折/衍混合微光夜视头盔的光学系统,对传统的系统设计进行了优化[527].文中将折/衍混和光学元件应用于微光夜视仪的物镜光学系统设计中,将原有的7片透镜减少为5片,并给出成像质量图.在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.1 物镜光学系统的参数与结构1.1 设计要求物镜是微光系统信号的入口,一般安装在微光夜视仪的最前端,要求其重量尽可能小,使整个系统的重心后移.为使像面有足够的照度,需要大相对孔径物镜,另外,还需要有足够的大视场[8210].针对设计要求,对该物镜计算出相应的技术指标:焦距19mm;视场40°;相对孔径1/1.19;全视场畸变≤5%;在空间频率为40lp/mm时,传递函数(Modulation Tromsfer Function,M TF)轴上≥0.60,轴外≥0.40.由于夜天辐射除可见光之外,还包含丰富的近红外辐射,为此选择560.82nm, 721.27nm和876.22nm为设计波长.1.2 初始结构的选择夜视仪器通常使用两种类型的物镜,一种是匹兹伐型,一种是双高斯型.匹兹伐型物镜结构简单,球差和彗差校正较容易,但是当视场加大时场曲很严重,故通常适用于仪器对视场要求不大的情况下.双高斯型物镜是微光仪器中最基本结构,主要是由于这种结构较容易在宽光谱范围修正球差,并且其基本结构是对称型,垂轴像差容易校正,系统第29卷第6期 西 安 工 业 大 学 学 报 Vol.29No.6 2009年12月 Journal of Xi’an Technological University Dec.20093收稿日期:2009209222作者简介:刘钧(19642),女,西安工业大学教授,主要研究方向为光学系统理论及设计.E2mail:junliu1990@.相对孔径可达到1∶1,甚至更大,视场可达到40°～50°[11212],据此选取双高斯型物镜作为初始结构.由于所选像增强器光阴极的平板保护玻璃影响到整个物镜系统成像,在设计过程中加入该元件,其材料Q K3,厚度为5.57mm.2 传统球面系统的设计与像质评价对于微光物镜的设计,像增强器的特性参数是必不可少的原始数据.本着体积小,重量轻的原则,并考虑到器件性能及其发展现状,设计选用第三代像增强器,有效光阴极直径/屏直径为18/18mm.微光物镜具有大视场、大相对孔径的特点,轴上像差容易校正,但轴外像差很难控制.在选定初始结构后,用ZEMAX 光学设计软件进行初步多次的优化和调整后,得到了一个球面系统.图1 球面光学系统及其传递函数Fig.1 Spherical optical system and its M TF图1给出了球面光学系统及其传递函数.该球面光学系统由5组7片透镜组成,其中包括2片双胶合透镜,总长为61.55mm ,口径达到40.82mm.在空间频率为40lp/mm 时,轴上传递函数达到0.79,但轴外较差,仅0.08～0.32之间.若略微牺牲轴上点传函,轴外点传函也得不到明显的改善.这样的成像质量并不满足使用要求,而且该系统体积,重量过大,不宜长时间佩戴,给使用者带来诸多不便,有待进一步改进.为了提高成像质量,并且减小其体积,则在光学系统中引入衍射面,将传统球面物镜小型化,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍物镜.3 物镜光学系统小型优化设计对于夜视仪,物镜的系统长度和口径会影响到整个仪器,这要求在减少系统中透镜的片数的同时又不能降低系统的成像质量.为了使物镜系统结构更简单,并且提高成像质量,在设计好的传统球面光学系统中引入衍射面.衍射光学元件具独特的成像性质,通常情况下,光学成像系统采用回转对称的衍射结构.文中所用的光学设计软件ZEMAX 中,旋转对称的二元光学衍射面的相位函数表示形式为<(r )=2πλ(A λr 2+G λr 4+…)(1)式中:A λ为二次相位系数;G λ等为非球面相位系数.其中A λ决定了该面的旁轴光焦度,对于某一确定的二元光学器件,A λ与使用波长λ成正比,故此项一般用于校正系统色差;G λ多用于校正系统的各级球差[13].在ZEMA X 面型里有很多同时具有折射和衍射光焦度的面,衍射光焦度独立于折射率和表面的失高,它是通过改变光线的波前相位使光线聚焦的.表面类型“二元光学面2(Binary2)”通过连续改变经过此表面的波前相位达到指定的光焦度,其使用的相位变化公式为<=A 1r 2+A 2r 4+A 3r 3+…+A i r 2i , (i 为正整数)(2)式中:r 为归一化的孔径值,A i 为第2次项的系数.式(1)和式(2)的形式虽然不同,但表达的意义是相同的.A 1项也是用于校正系统的色差,A 2,A 3,A 4,…,A i 等项用于校正系统的高级象差.设计中采用ZEMA X 面型中的“二元光学面2(Binary2)”来模拟衍射光学元件,即将附加数据(Ext ra Data )中的二元面的相位系数设为变量,并构建评价函数,对系统进行优化.设计中采用逐步添加衍射面,减少透镜片数的方法来设计折/衍物镜光学系统.共采用三个衍射面,使透镜数量从原有的七片减少为五片.首先用折/衍单透镜来替换球面系统中光阑前的双胶合透镜,如图2所示,替换后系统中的第三个面设为衍射面.在保持系统相对孔径,焦距以及视场不变的条件下,将所在透镜的结构参量和附加数据(Extra25 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷Data )中衍射面的相位系数设为变量,进行整体优化.其中衍射面的相位系数A 1,A 2,A 3,…应逐步增加作为变量优化,其他透镜的结构参量也可设为变量,共同来调节整体光学系统.其次,在优化函数中应加入畸变,色差等函数,并加大权重,可实现对部分像差有效的校正.利用同样的方法,将图2中光阑后的双胶合透镜替换折/衍单透镜,替换后的系统中本应是五片单透镜,但由于在优化过程中第三片和第四片透镜的两接触面无限制的靠近并且曲率非常相似,则迫使删除了衍射面,而在光阑后又形成了一个双胶合透镜.通过反复的实验,并对各种实验结果进行分析比较,最终将衍射面添加在了最后一片单透镜上,也就是系统的第九个面,如图3所示.通过对系统的优化调节发现:当含有一个衍射面时,虽然成像质量有所改善,口径也减小到34.26mm ,但系统过长,达到了70.04mm.当含有两个衍射面时,系统长度减小为59.65mm ,口径为28.62mm ,但是图3可以看出,最后一片透镜过厚,会增加系统通量.经过反复实验,将系统的第二个面替换为衍射面,优化调节后得到了一个比较理想的系统,如图4所示.图2 含有一个衍射面的物镜光学系统Fig.2 Objective lens optical systemswith a diffractive surface 图3 含有两个衍射面的物镜光学系统Fig.3 Objective lens optical systems with two diff ractive surfaces 图4 折/衍物镜光学系统Fig.4 Refractive /diff ractivelens optical system 在折/衍物镜光学系统中,第二、三、九面为衍射面,表1给出了各衍射面的相位系数.通过对设计结果的分析可知:折/衍射光学系统不仅将传统球面光学系统中的透镜数由原来的7片减少为5片,其系统口径也由40.82mm 减小到24mm ,长度也有所下降,为58.56mm.图5给出了折/衍物镜光学系统的传递函数和畸变.该物镜的几何像差校正得比较好,基本满足了像差校正的公差容限.色差较小,相对畸变在5%以内,在空间频率为40lp/mm 时,中心视场的传递函数(M TF )可达到0.89,全视场可达到0.43以上,满足了设计要求.表1 折/衍物镜衍射面相位系数Tab.1 Phase coefficient of three diff ractive surfaces ref ractive /diff ractive lens面数A 1A 2A 3A 422367.7319-125739.92051522340.8543-1.5197E +0083-3929.4188-1557759.518437207755.1704-1.8547E +0099-79994.31624083263.401789765015.18581.7082E +010图5 折/衍物镜光学系统传递函数、场曲和畸变Fig.5 M TF ,astigmatism and distortion of ref ractive/diff ractive objective lens125 第6期 刘钧等:微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计4 结论文中将衍射光学元件引入传统球面光学系统中,将其小型化,设计出了满足要求的微光夜视仪的折/衍射物镜光学系统.通过对球面光学系统和折/衍光学系统进行成像质量和结构比较结果可以看出,折/衍射光学系统不仅将球面光学系统中的透镜数由原来的7片减少为5片,其系统口径由40.82mm减小到24 mm,长度也略有下降.当传递函数值在空间频率为40lp/mm时,轴上像质保持不变,轴外均达到0.43以上.整个折/衍光学系统结构简单,透镜片数较少,均选用国产玻璃,半径参数适中,符合加工工艺条件,保证了物镜的可实现性及较低的成本.随着各种新型光学材料的不断涌现以及机械加工技术光电检测技术的不断提高,将会有更多新型面型应用到光学系统中来.参考文献:[1] 李景生.微光夜视技术及其军事应用展望[J].应用光学,1997,18(2):1. 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SHAN G Hua,L IU J un,GAO Ming.Lens Design in Helmet2Mounted LLL Night2vision System[J].Jour2 nal of Applied Optics,2007,28(3):292.(in Chinese)[6] Zhao Qiu2ling,Wang Zhao2qi.Hybrid Ref ractive/Dif2f ractive Eyepiece Design for Head2mounted Display[J].Acta Optica Sinica2003,32(12):1495.[7] 崔庆丰.折衍射混合成像光学设计[J].红外与激光工程,2006,35(1):12. CU I Qing2feng.Design of Hybrid Dif ractive2ref ractive Imaging Optical Systems[J].Inf rared and Laser Engi2 neering,2006,35(1):12.(in Chinese)[8] 胡明勇,江庆五,刘文清.一种大视场、大相对孔径微光夜视光学系统的设计[J].光学技术,2005,31(3):161. HU Ming2yong,J IN G Qing2wu,L IU Wen2qing.De2 sign of Low Light Night Vision Optical System with Large Field and Large Relative Aperture[J].OpticalTechnique,2005,31(3):161.(in Chinese)[9] 王希军,周海宪.机载微光夜视仪折衍混合物镜的设计研究[J].电光与控制,2002,9(3):35. 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J IN Guo2fan,YAN Y ing2bai,WU Min2xian.Binary Optics[M].Beijing:National Defence IndustryPress,1998.(in Chinese)225 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷Miniaturization Design of Objective Lens Optical SystemsUsed in Low 2Level 2Light Night VisionL I U J un ,L I U X i n(School of Optoelectronic Engineering ,Xi ’an Technological University ,Xi ’an 710032,China )Abstract : In order to meet t he requirement of image quality ,t he diff raction optical element s are int roduced to t he t raditional sp herical lens ,and an optical system wit h hybrid refractive 2diffractive lens is designed to imp rove t he characteristics of complex st ruct ure and large number of lenses in t he t raditional sp herical and low 2level 2light night visio n.In t his system ,t he field of view is 40°and t he relative apert ure is 1/1.19,and t he number of t raditional sp herical lens is decreased by 2or 3to 5including 3diff ractive surfaces.When t he spatial f requency is 40lp/mm ,t he value of M TF on 2axis can reach to 0.89,t he value of M TF off 2axis 0.43.K ey w ords : low 2light level night vision ;optical design ;hybrid diffractive 2refractive optical system ;diff ractive optical element s(责任编辑、校对 张立新)简 讯医用局部深孔手术摄像照明装置在五官科、脑外科手术中,由于光源的光轴与人眼睛的视轴无法完全重合,当手术部位距体表有一定深度时,人眼观察到的手术部位的某个边沿总有一部分区域存在阴影,孔越深两光轴夹角越大,阴影的区域越大。
低光照环境下全景拍摄系统设计与应用
低光照环境下全景拍摄系统设计与应用
韩叙;宋宇莹
【期刊名称】《现代电影技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】随着虚拟现实(VR)技术的发展,全景影像制作需求不断提升。
针对目前主流全景影像制作方案在低光照环境下存在的问题,本文设计了一套全景拍摄系统,通
过全景云台连接四个全画幅相机,有效提升画质,改善图像在拍摄、拼接中的视差现象,完成了从前期拍摄到后期处理的全流程解决方案。
本系统易于拆装、方便扩展、便于携带,适用于多种低光照环境下的拍摄场景需求,所制作的全景影像已应用于
VR设备及球幕剧场中,使用效果良好。
该系统为低光照环境下全景拍摄提供了一种设计思路,具有良好的应用前景。
【总页数】6页(P20-25)
【作者】韩叙;宋宇莹
【作者单位】北京天文馆
【正文语种】中文
【中图分类】TB853;J966
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部特征点的疲劳驾驶检测技术5.低光照环境下基于特征点补偿的图像匹配方法研究
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一种新颖的头盔式微光夜视系统设计
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计随着科技的不断发展，头盔式微光夜视系统已经成为一种必备的装备，广泛应用于军事、警察、消防等行业，以及一些特殊环境下的工作和活动中。
传统的夜视系统往往存在重量大、体积大、视野狭窄等问题，给用户带来不便。
为了解决这些问题，我们设计了一种新颖的头盔式微光夜视系统，旨在提供更轻便、更舒适、更高性能的夜视体验。
下面我们就来详细介绍一下这一新颖的设计。
我们采用了最新的微光传感器技术，配合高性能的图像处理芯片，实现了在低光照条件下的高清晰度成像。
这种技术可以有效地增强用户在夜间或光线不足环境下的视野，帮助用户更好地观察周围环境，提高工作和活动的效率和安全性。
我们采用了轻量化设计，通过优化结构和材料的选择，将头盔式微光夜视系统的重量和体积大大减小，提高了佩戴的舒适度。
用户在使用过程中几乎感觉不到头盔式微光夜视系统的存在，大大减轻了负担。
我们还对头盔式微光夜视系统的电池续航能力进行了大幅度的提升。
我们采用了先进的锂电池技术，通过对电池容量和充电效率的优化，实现了长时间的续航，确保用户在工作和活动中不会因为电池耗尽而受到影响。
我们还引入了智能化的设计理念，通过加入智能控制系统，实现了对头盔式微光夜视系统的功能和性能的智能化管理。
用户可以通过简单的操作，实现对成像模式、亮度调节、放大倍数等参数的调整，满足不同环境下的需求。
我们还对头盔式微光夜视系统的耐用性和稳定性进行了全面的优化。
采用了高强度的材料制作外壳和内部结构，确保了头盔式微光夜视系统在恶劣环境下的使用稳定性和耐用性。
我们设计的这种头盔式微光夜视系统具有体积小、重量轻、成像清晰、续航能力强、操作简便、耐用稳定等优点。
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相信随着这种头盔式微光夜视系统的推出，一定会受到广大用户的欢迎和青睐。
在未来，我们还将不断进行技术升级和产品优化，努力为用户提供更优质的头盔式微光夜视系统产品，为人们的工作和生活带来更多的便利和安全保障。
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微光全景光学系统设计杨子建;胡博;张宣智;刘峰;闫磊【摘要】According to the property of low‐light‐level (LLL ) imaging system ,the LLL pano‐ramic imaging system was designed ,which was made up of a reflection part and a transmission part .The basic theory for designing the reflection part was expounded ,and according to the theory ,a imaging system of good performance was designed and optimized .This system has a waveband of 0 .4 μm~ 0 .9 μm ,an effective focal length of 2 .43 mm ,a working F‐number of 1 .5 ,and a field of v iew of 30°~100° .Simulation results show that in the entire field of view , the distortion is less than 6% ,the value of the modulation transfer function (MTF) at 24 lp/mm is greater than 0 .3 .The system can meet the demands for imaging .%根据微光像增强器成像特性，设计了微光全景光学系统，采用反射式前组与透射式后组结构。
重点阐述反射式前组的设计方法，并据此设计优化得到了性能优良的成像系统。
该系统有效焦距2．43mm，工作波段0．4μm～0．9μm，有效工作 F数1．5，水平视场360°，垂直视场30°～100°。
设计结果表明，系统全视场f‐θ畸变小于6％，调制传递函数在24 lp／mm处大于0．3，系统指标满足成像要求。
【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P24-27,28)【关键词】光学设计;微光;宽波段;全景成像【作者】杨子建;胡博;张宣智;刘峰;闫磊【作者单位】西安应用光学研究所，陕西西安710065;西安应用光学研究所，陕西西安710065;西安应用光学研究所，陕西西安710065;微光夜视技术重点实验室，陕西西安710065;微光夜视技术重点实验室，陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN223;TH703引言微光成像系统是一种利用光增强技术的光电成像系统，它可以大大改善人眼在微光下的视觉性能。
传统的微光成像光学系统一般遵循中心投影法，只能对较小的视场成像，由于其局限性，在任何一个视点处所获取的信息是孤立的某个有限空间部分。
在某些特殊场合，为了实现对周围整个场景信息的整体获取，引入微光全景成像，通过采用特殊的全景成像装置，获取水平方向360°、垂直方向一定角度的视场。
当前实现全景成像的方法主要有3类：1）旋转与拼接全景成像。
旋转成像需要精确的旋转运动控制部件及复杂的算法，多摄像机拼接成像图像配准困难，而且这种成像方式成本高，系统复杂［1］；2）鱼眼全景成像。
鱼眼镜头具有很短的焦距，视场角接近甚至超过180°，但这种成像存在较大的图像畸变，且其畸变模型不满足透视投影条件，无法从所获取的图像中映射出无畸变的透视投影图像，同时视场角越大，光学系统越复杂，造价越昂贵，并且视场角变弯，物像对应关系复杂，补偿困难［2－3］；3）折反射全景成像。
根据反射次数分为单反射面折反全景成像和多反射面折反全景成像，比较典型的折反全景成像代表是P.Greguess在1986年提出的全景环形透镜成像（panoramic annular lens）。
本文结合微光成像及全景成像的技术特性［4－6］，选择折反射全景成像方法。
1 设计指标微光全景成像光学系统设计指标为工作波段：0.4μm～0.9μmF＃： 1.5水平视场：360°垂直视场：30°～100°探测器：二代半像增强器（φ18mm）2 设计方法微光全景成像光学系统的基本特点是大视场、短焦距，根据这个特点我们可以把此类光学系统归为反远距光学系统，其初始结构的一阶参数计算可以据此展开［7］。
如图1所示，系统由前组（前置反射镜组）和后组（中继系统）构成。
由于微光系统用于低照度情图1 光学系统结构Fig.1 Structure of optic system况下，设计中需要相对较大的口径，且光谱波段宽，因此设计中选择前组由纯反射光学元件构成，这样不但有利于降低光学系统能量损耗，而且由于反射光学元件不引入色差，便于整体系统的色差校正。
该前置反射镜组由两片二次曲面反射镜m1和m2构成，系统光阑位于中继透镜组上。
由公式（1）～（3）可知，对一定的入瞳直径（取规划值1）及一定的系统F＃，前组焦距fm或前组F＃m与后组（中继系统）的垂直放大率β成反比，再者考虑到像差的校正，一般取β的绝对值小于1，具体取值需综合权衡。
式中：p表示匹兹伐半径；φ表示元件光焦度；n为材料折射率。
由像差分析可知，对后组一定的入射角而言，前组的角放大率越小，则其视场角越大，与其相关的像差（尤其是畸变）将急剧增加；另一方面，由于系统光阑位于后组上，后组产生的畸变为零，后组产生的一定像散只能通过前组补偿，故前组在初始设计阶段要考虑像散与畸变的校正问题。
对后组而言，后组可以补偿消除前组的球差、彗差、场曲，由于前组为纯反射光学面不产生色差，后组要求单独消除色差，考虑使用胶合透镜。
此外，由于前组的角放大率很小，负光焦度很大，产生很大的负场曲，因此要求后组存在正场曲与之平衡，后组可以采用正透镜分离的形式，并且由上述公式可知，对一定的正光焦度而言，其折射率越低越好，而负光焦度情况则与之相反。
为了降低前组像散与畸变，根据像差理论分析可知，只要能控制主光线最大入射角度，就能很好地控制前组的像散与畸变，经进一步分析可知，起主要作用的为反射面m1。
为了合理选择二次反射曲面，设计过程中推导了角放大率α与二次项系数k及入射光线与光轴夹角u之间的关系式，本文以双曲面为例进行阐述。
如图2所示，由解析几何［8］可知，对双曲面面型的反射面m1而言，存在如下关系：式中，为曲面的离心率。
将（4）式～（6）式联立可得：图2 双曲线的几何关系图Fig.2 Geometric property of hyperbola此式对其他二次曲面面型的反射面同样成立，故第一个反射面m1的角放大率及入射角可分别表示为对整个前组而言，其角放大率可表示为式中，前组等效二次项系数当入射角一定时，整个前组角放大率α与k值之间存在固定的对应关系，故而第一反射镜m1的二次项系数k1与第二反射镜m2的二次项系数k2的取值关系要满足（11）式所对应的k值要求。
此外，前组角放大率取值要考虑后组的因素，本文中最大视场角取100°，考虑到后组的承受能力，角度放大率取值－0.3。
由公式（10）可知，此时k为－1.4，对应的k1与k2之间关系如图3所示：图3 k1与k2关系图Fig.3 Relationship between k1and k2由图3可知，k1值的选取对m1面的影响突出，若反射面m1为双曲面，则反射面m2为椭球面，考虑到整个系统结构尺寸，需要在初始设计阶段合理取值。
以反射面m1的二次项系数k1为自变量定性分析，则反射面m1对应的反射光线与光轴夹角u′、角放大率α、最大入射角ip的变化规律如图4所示。
图4 u′、α、ip 变化规律图Fig.4 Changes of u′、α、ip为了确定前组结构，还需要结合其场曲的校正要求确定二次曲面顶点曲率半径R1、R2、结合二次曲面反射镜的共焦性质确定其顶点间间隔d12及中继系统的入瞳位置（以其与主反射镜的距离表示）dp。
具体计算公式分别表示为根据以上分析可以看出，整个系统第一反射镜的尺寸最大，为了确保设计尺寸的合理性，我们可以得到反射镜口径D与顶点曲率半径比值与其视场角ω（单位：rad）的关系表达式为为了方便讨论，任取二次曲面常数，比如－3，则二次反射镜口径与视场角的关系如图5所示。
图5 ω与D／R变化规律图Fig.5 Relationship betweenωand D／R3 设计结果依据设计方法最终选择前组第一片反射镜为双曲面，第二片反射镜为椭球面，根据初始光学系统指标合理约束相关参数，利用光学设计软件设计优化得到性能良好的系统前组后，根据光瞳匹配原理合理设计系统后组，最终得到了满足系统指标要求，整体性能良好且满足成像要求的光学系统，其光学系统原理图如图6所示。
图6 光学系统原理图Fig.6 Lay out of optic system图8 场曲、f－θ畸变曲线图Fig.8 Field curvature and f－θ distortion4 小结本文重点阐述了折反射式全景成像系统中反射式前组的设计原理，并根据该原理设计优化得到性能优异的成像系统，完成了微光全景光学系统设计。
设计的系统工作波段为0.4μm～0.9μm，有效工作F数1.5，实现水平视场360°，垂直视场30°～100°，焦距2.43mm。
设计结果表明，在空间频率24lp／mm处的MTF值大于0.3。
全视场f－θ畸变小于6%，设计结果性能优良，满足设计指标要求，对同类折反射式全景成像系统设计具有一定借鉴意义。
该系统由前组（反射前置镜）及后组（中继系统）构成，中继系统由4片玻璃透镜构成，其中两面为非球面，满足工作波段0.4μm～0.9μm，有效工作F数1.5的指标要求。
使用中该系统实际光轴竖直放置，水平视场为环形的360°视场，垂直视场30°～100°，其有效焦距2.43mm，系统全视场f－θ畸变小于6%，调制传递函数在24lp／mm处大于0.3，且系统色差也得到很好的校正，如图7～图9所示。
图7 MTF曲线图Fig.7 MTF curve图9 相对照度曲线图Fig.9 Relative illumination【相关文献】［1］ Liu Jun，Li Jing，Gao Ming.Design of five-channel infrared panoramic optical system［J］.Infrared and Laser Engineering，2011，40（4）：668-673.刘钧，李璟，高明.五通道红外全景光学系统设计［J］.红外与激光工程，2011，40（4）：668-673.［2］ Fan Zhigang，Wang Fangbo，Chen Shouqian，et al.Catadioptric omnidirectional system with undistorted imaging［J］.Journal of Applied Optics，2011，32 （5）：817-821.范志刚，王方博，陈守谦，等.消畸变成像折反射全景成像系统设计［J］.应用光学，2011，32（5）：817-821.［3］ Spencer H M，Rodgers J M，Hoffman J M.Optical design of a panoramic wide spectral band infrared fisheye lens［J］.SPIE，2006，6342：63421P.［4］ Chahl J S，Sriniva San M V.Reflection surfaces for panoramic imaging［J］.Applied Optics ，1997，36（31）：8276-8285.［5］ Powell I.Panoramic fish-eye imaging system：US，5631778［P］.1997-5-20. ［6］ Rosendahl.Lens system for panoramic imagery：US，4395093［P］.1983-7-26. ［7］ Korsch D.Reflective optics［M］.New York：Academic Press，1991：63-80.［8］ Bartsch H J.Handbook of mathematical formulas［M］.Beijing：Academic Press，1987：220-238.J.巴茨.数学公式手册［M］.北京：科学出版社，1987：220-238.。