球面平面多尺度多孔径光学成像系统研究

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1、硕士学位论文球面/平面多尺度多孔径光学成像系统研究SPHERE/PLANEMULTI-SCALE&MULTI-APERTUREOPTICALIMAGINGSYSTEMS陈婷哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.41学校代码：10213国际图书分类号：681.7密级：公开工学硕士学位论文球面/平面多尺度多孔径光学成像系统研究硕士研究生：陈婷导师：范志刚教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.41

2、U.D.C:681.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSPHERE/PLANEMULTI-SCALE&MULTI-APERTUREOPTICALIMAGINGSYSTEMSCandidate：ChenTingSupervisor：Prof.FanZhigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsD

3、ateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要大视场高分辨率成像光学系统广泛应用于各个领域。传统光学系统的视场和F数相互制约，大视场与高分辨率不可兼得，要在大视场下获得尽可能高的分辨率，系统的复杂程度和几何尺寸将会大大增加。因此，需要寻找一种新型的光学构型，以突破传统光学系统设计的局限。多尺度多孔径光学成像系统是一种新型的光学成像方式，兼顾系统的视场和分辨率，同时系统结构简单

4、，尺寸紧凑。围绕多尺度多孔径光学成像系统，本文主要包括以下几个方面：在多尺度多孔径光学成像系统的理论分析方面，基于空间带宽积(SBP)和香农衍射极限，定义系统性能饱和度，作为评价系统信息传递效率的指标；针对多尺度多孔径光学成像系统的非连续成像特性，研究像素重排法及多通道数字图像处理方法，建立数字拼接模型，合理安排场处理器的放大倍率和结构排布，以保证相邻子图像有一定的视场重叠；对共心系统的曲率半径、材料、焦距等具体参数的关系进行了推导，从而建立了一套较为完整的多尺度多孔径光学成像系统设计方法。在球面多尺度多孔径光学成像

5、系统设计方面，多尺度多孔径光学成像系统采用多级结构，兼顾了各级结构的光学特性，采用局部处理与视场无关的波像差分量的方法，比起全视场设计，其设计约束更为灵活简便。球面成像多尺度多孔径光学成像系统的主光学系统为共心透镜，全视场严格对称，没有与视场相关的像差，并且在全视场有一致分辨率，次级镜组采取相同结构，成像像面为球面。在平面多尺度多孔径光学成像系统设计方面，由于平面成像系统设计难度远高于球面成像系统，次级镜多采用非球面镜，并采用非均匀布局形式，系统尺度大幅增加。最后对设计结果进行了分析讨论，与传统系统相比，系统能够在大视

6、场情况下获得更高的分辨率。关键词：多尺度光学；多孔径光学；共心光学设计；多通道数字图像处理；信息传递效率I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractOpticalimagingsystemswithlargefield-of-view&highresolutionarewidelyusedinvariousfields.ConventionalopticalsystemscannotachievebothlargeFOV&highresolutionduetothetrade-offsbetweenfield-of

7、-viewandhighresolution.Thecomplexity&thegeometrysizeofthesystemwillbeincreasedtoobtainhigherpossibleresolutioninlargerfieldofview.Therefore,anewconfigurationisneededtobreakthroughthelimitationsofconventionalopticaldesign.Multi-scale&multi-apertureopticalimagings

8、ystemisanovelopticalmodality,takingintoaccountthesystem'sfieldofviewandresolution,whilethesystemstructureissimpleandcompactinsize.Aroundmulti-scalemulti-apertureoptic