基于多尺度成像原理的宽视场高分辨光学系统设计与研制

《基于多尺度成像原理的宽视场高分辨光学系统设计与研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于多尺度成像原理的宽视场高分辨光学系统设计与研制作者姓名吴雄雄指导教师姓名、职称王晓蕊教授申请学位类别工学博士学校代码10701学号1405110249分类号O439密级公开西安电子科技大学博士学位论文基于多尺度成像原理的宽视场高分辨光学系统设计与研制作者姓名：吴雄雄一级学科：光学工程二级学科：光学工程学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：王晓蕊教授学院：物理与光电工程学院提交日期：2018年4月DesignandDevelopmentofWideFOVHighResolutionOpticalSystemBasedonMultisacl

2、eImagingPrincipleAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinOpticalEngineeringByWuXiongxiongSupervisor:WangXiaoruiTitle:ProfessorApril2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工

3、作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；

4、学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要在光学成像领域，光学系统获取空间范围的信息量由光学系统的视场角度和分辨率决定。为了能够获取更大空间范围以及更多空间细节的信息，光学系统一直朝着宽视场与高分辨方向发展。宽视场高分辨成像系统以其优越的观测范围和目标分辨力在众多民生、商业、科学研究、军事作战等领域有着广泛应用。然而对于传统光学成像系统，视场

5、和分辨率是一对相互制约的参数，难以同时提高光学系统的视场角和分辨率。近年来提出的多尺度光学成像设计将光学系统成像分为两个部分：前级主物镜成像和次级多孔径阵列中继成像，该成像设计方法集成了物镜的大视场采集能力和多孔径中继成像阵列的局部像差校正能力，有效地解决了宽视场与高分辨之间的矛盾，从最本质的光学设计、几何像差校正目的出发实现宽视场高分辨成像，是目前实现宽视场与高分辨率成像的最佳手段之一。本文围绕多尺度成像设计展开了深入研究，并对目前多尺度光学成像系统存在的缺陷和不足提出了相应的解决方法与设计实例验证，主要开展的研究工作如下：（1）依据多尺

6、度成像原理，计算了次级多孔径中继成像阵列分割视场的局部波像差，得出了中继成像阵列局部视场像差具有非旋转对称性，进而获得局部视场像差以及系统球差的校正方法。然后使用XY多项式描述的自由曲面面型仿真模拟了次级中继透镜多孔径阵列，验证了多尺度多孔径成像系统能够实现宽视场高分辨成像的合理性。（2）多尺度光学系统局部视场像差的非旋转对称性不利于系统结构的紧凑设计，为了实现光学系统局部视场像差的旋转对称性，将多尺度光学系统前级主镜设计为同心对称结构。通过对理想条件下没有几何像差的同心多尺度光学系统探测能力仿真分析，得出系统焦距、孔径等主要参数的设计方向

7、。然后结合消像差理论计算指导，将同心对称主镜分别选型设计为折射式双层胶合球透镜和反射式同心球面镜，并组合次级多孔径中继阵列，完成具体的多尺度光学系统同心对称设计，系统结构紧凑，且具有大口径、长焦距、宽视场等成像性能。（3）为了提高同心多尺度光学系统清晰成像的范围，实现光学系统对不同距离位置的物体最佳聚焦清晰成像，对同心多尺度光学系统的调焦方法进行研究，分别采用了基于透镜移动调焦的方法和基于液晶透镜电控调焦的方法，仿真设计结果表明两种方法都能够提高光学系统清晰成像的范围，且基于液晶透镜电控调焦的方法具有紧凑、灵活、小巧的特点，相比于机械调焦方

8、法降低了调焦工作量。（4）结合人眼视网膜中央凹成像思路，以同心多尺度3×3中继相机系统为基础，I西安电子科技大学博士学位论文提出了一种宽视场成像与关注区域高分辨率扫描注视成像组合