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折反式变形光学系统偏振像差分析及其对点扩散函数的影响
1
作者 马士杰 吴洪波 +2 位作者 赵尚男 吴庆 张新 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1408-1417,共10页
变形光学系统是一种具有双平面对称性的相对特殊的光学系统,其结构会引入非旋转对称的偏振像差。针对这一问题,本文构建一个折反式变形光学系统,并对该系统的偏振像差及其对点扩散函数的影响进行系统分析。基于三维偏振光线追迹对折反... 变形光学系统是一种具有双平面对称性的相对特殊的光学系统,其结构会引入非旋转对称的偏振像差。针对这一问题,本文构建一个折反式变形光学系统,并对该系统的偏振像差及其对点扩散函数的影响进行系统分析。基于三维偏振光线追迹对折反式变形光学系统进行仿真计算,获得偏振像差的详细数据,并计算各个表面的二向衰减、相位延迟分布特性以及系统的琼斯瞳、振幅响应矩阵、点扩散函数和偏振串扰对比度。结果表明:最大二向衰减为0.145,最大相位延迟为1.46×10^(-2)rad,均出现在次镜位置。2∶1变形比的光学系统的振幅响应函数在长焦端和短焦端方向的偏振串扰项存在40.6%的差异,偏振串扰将该变形光学系统的对比度限制在10^(-6)量级。高精度变形光学系统中的偏振像差不可忽略,可采用膜层设计和折反式结构等方法降低偏振像差影响。该研究结论可为变形光学系统在深空探测、相干通信系统等领域的设计提供参考。 展开更多
关键词 变形光学系统 偏振像差 点扩散函数 琼斯瞳
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离轴超构透镜设计与特性分析
2
作者 胡金高娃 赵尚男 +3 位作者 王灵杰 叶昊坤 张建萍 张新 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期52-60,共9页
本文提出了一种离轴超构透镜的设计方法,并分析了不同数值孔径、离轴角度等参数对于离轴超构透镜的光谱分辨率、聚焦效率以及仿真结果的影响。利用Lumerical软件分别仿真了参数为NA=0.408、α=13°;NA=0.180、α=13°及NA=0.408... 本文提出了一种离轴超构透镜的设计方法,并分析了不同数值孔径、离轴角度等参数对于离轴超构透镜的光谱分辨率、聚焦效率以及仿真结果的影响。利用Lumerical软件分别仿真了参数为NA=0.408、α=13°;NA=0.180、α=13°及NA=0.408α=20°等多个离轴超构透镜。仿真结果表明:离轴角度与光谱分辨率大小成正相关,离轴角度越大,光谱分辨能力越强,但聚焦效率越低;数值孔径越小,相位分布的覆盖范围越小,会导致仿真聚焦位置与理论值偏差变大。设计者需要根据需求合理平衡数值孔径、离轴角度等参数,最终实现理想效果。本文得出的结论对离轴超构透镜的理论分析和实际应用中的参数设计具有重要参考价值。 展开更多
关键词 超构透镜 离轴超构透镜 仿真分析
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采用视觉特征整合的红外弱小目标检测 被引量：10
3
作者 赵尚男 王灵杰 +1 位作者 张新 吴洪波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期497-506,共10页
针对红外光学系统在复杂背景下的弱小目标检测问题,建立了基于特征整合的信息处理模型,提出了采用视觉特征整合的弱小目标检测方法。该方法首先利用视网膜神经节细胞感受野的数学模型DOG(Different-of-Gaussian)对红外图像进行初级信息... 针对红外光学系统在复杂背景下的弱小目标检测问题,建立了基于特征整合的信息处理模型,提出了采用视觉特征整合的弱小目标检测方法。该方法首先利用视网膜神经节细胞感受野的数学模型DOG(Different-of-Gaussian)对红外图像进行初级信息处理,初步检测出弱小目标。而后,分为空域和频域两个通道进行特征提取。在空域通道,利用图像信息构造二阶微分Hessian矩阵,通过计算其直迹与行列式进行局部极值的判定,提取出含有弱小目标的结构分量特征;在频域通道,利用小波对图像频域进行二级分解,提取出含有弱小目标的高频分量特征。最后,将空域通道与频域通道的分量特征整合,提取出复杂背景下的弱小目标。实验结果表明:当虚警率为10-3时,该方法对弱小目标的平均检测概率为95.17%。基本满足红外弱小目标检测方法的稳定可靠、精度高等要求。 展开更多
关键词 计算机视觉 目标检测 弱小目标 视觉特征整合
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微型头戴式单光子荧光显微成像技术研究进展 被引量：1
4
作者 付强 张智淼 +2 位作者 赵尚男 刘洋 董洋 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1010-1021,共12页
微型头戴式单光子荧光显微成像技术是近些年出现的用于神经科学研究的一种突破性方法,可以对自由移动活体动物的神经活动进行实时成像,提供了一种前所未有的方式来访问神经信号,增强了对大脑如何工作的理解。在脑科学研究需求的推动下,... 微型头戴式单光子荧光显微成像技术是近些年出现的用于神经科学研究的一种突破性方法,可以对自由移动活体动物的神经活动进行实时成像,提供了一种前所未有的方式来访问神经信号,增强了对大脑如何工作的理解。在脑科学研究需求的推动下,目前已经出现了许多种类型的微型头戴式单光子荧光显微镜,如高分辨率成像、无线记录、三维成像、双区域成像和双色成像等。为了更加全面地了解和认识这种新兴的光学神经成像技术,本文按成像视场进行分类,对目前报道的不同类型微型头戴式单光子荧光显微镜所具有的特点进行了介绍,重点讨论了其所采用的光学系统方案和光学性能参数,分析对比了不同方案的优缺点,以及未来的改进方向,以便为脑科学研究人员的实际应用提供参考。 展开更多
关键词 微型单光子荧光显微镜 神经信号 脑科学 光学系统
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二维大视场离轴反射式光学系统设计 被引量：3
5
作者 于亚琼 王灵杰 +2 位作者 赵尚男 张建萍 张新 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期2019-2030,共12页
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... 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1000 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。 展开更多
关键词 光学设计 离轴反射系统 自由曲面 二维大视场 曲面分解
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基于PCNN和改进邻域判决的红外弱小目标检测算法 被引量：8
6
作者 李云 宋勇 +3 位作者 赵宇飞 赵尚男 李旭 郝群 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2018年第1期141-147,182,共8页
针对复杂背景下红外运动弱小目标的检测问题,提出了一种基于脉冲耦合神经网络(Pulse Coupled Neural Network,PCNN)和改进邻域判决的红外弱小目标检测算法。该算法利用侧抑制网络对输入图像进行滤波,实现背景抑制和目标增强;利用PCNN进... 针对复杂背景下红外运动弱小目标的检测问题,提出了一种基于脉冲耦合神经网络(Pulse Coupled Neural Network,PCNN)和改进邻域判决的红外弱小目标检测算法。该算法利用侧抑制网络对输入图像进行滤波,实现背景抑制和目标增强;利用PCNN进行单帧图像分割,将可能的目标和背景杂波及噪声初步分离,确定候选目标;利用改进的邻域判决方法分析候选目标的运动特性,自适应确定判决的邻域大小,结合图像流分析提取出真正的目标。实验结果表明,该算法能够极大地减少候选目标数量,准确有效地检测出复杂背景中的红外运动弱小目标。 展开更多
关键词 图像分割 弱小目标检测 PCNN 邻域判决
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折反式变形光学系统设计 被引量：1
7
作者 吴庆 史广维 +2 位作者 张建萍 赵尚男 张新 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1376-1383,共8页
变形光学系统具有双平面对称性,其在两个对称面内的焦距不同。利用变形光学系统能够在使用常规尺寸传感器的情况下获得更宽的视场。本文根据变形光学系统的一阶像差特性,提出了一种设计折反式变形光学系统的方法。使用双锥面(Biconic Su... 变形光学系统具有双平面对称性,其在两个对称面内的焦距不同。利用变形光学系统能够在使用常规尺寸传感器的情况下获得更宽的视场。本文根据变形光学系统的一阶像差特性,提出了一种设计折反式变形光学系统的方法。使用双锥面(Biconic Surface)面型设计了一个折反式变形光学系统。系统在X OZ面内的焦距为500 mm,在Y OZ对称面内的焦距为1000 mm。系统F-number为10,全视场角为1°×1°。系统在80 lp/mm处的全视场调制传递函数均值高于0.3。系统整体结构紧凑,成像质量良好。 展开更多
关键词 光学设计 变形系统 折反系统 双锥面
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自适应Radon单像素成像 被引量：1
8
作者 王蔚松 吴洪波 +3 位作者 王灵杰 刘铭鑫 赵尚男 张新 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1976-1984,共9页
使用单像素探测器实现成像需要大量采样。对于目标区域仅占场景一部分的情况时,我们提出了自适应Radon单像素成像方法,能够使用单像素探测器实现目标区域的定位和成像。本文对该方法的目标定位方式、编码采样算法、重建算法等进行研究,... 使用单像素探测器实现成像需要大量采样。对于目标区域仅占场景一部分的情况时,我们提出了自适应Radon单像素成像方法,能够使用单像素探测器实现目标区域的定位和成像。本文对该方法的目标定位方式、编码采样算法、重建算法等进行研究,以减少单像素成像的采样数量。基于Radon变换的基本原理,使用图像在水平和垂直方向的投影信息,以获取场景中目标区域的大小和位置。建立自适应Radon-Hadamard单像素成像模型,仅对目标区域进行单像素采样,然后使用滤波反投影技术重建目标区域。研究结果表明:所提出的自适应Radon单像素成像方法能够实现对场景中目标区域的成像,采样数量远低于重建图像的分辨率,重建图像的结构相似性系数大于95%,有效的提高了单像素成像方法的成像效率。 展开更多
关键词 单像素成像 RADON变换 目标区域 采样数量
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