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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
正式出版
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    宽视场条件下红黑树中心局域化加速的星图匹配技术

    刘德龙杨文波柳鸣孙建南...
    206-216页
    查看更多>>摘要：较宽视场的星图匹配往往存在数据量巨大、边缘效应明显等问题进而影响计算的速度和精度.本文采用放大中心视场并优先处理的思想进行程序加速,并采用三次底片常数拟合匹配数据,减小宽视场观测中边缘视场处目标的定位误差.在实际的算法实现中,采用了基于红黑树的动态数据结构适配于中心视场的扩大;并应用GeoHash编码技术进行全域星象匹配.实验结果显示:三角形的匹配时间相较于原始算法减少了 70.68％;在计算准确性上与系统原装软件的误差在亚像素水平;激光星轨道关联实验显示,关联差均在20"以内.长达一个月的实测结果表明,本文提出方法成功匹配了多达65万帧图像,识别准确率超过90％,平均每个观测夜识别到的目标达到580个.

    星图匹配天文定位GeoHash编码红黑树宽视场

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    二维指向镜像旋校正及拼接方法

    李丹丹马超柴孟阳孙德新...
    217-224页
    查看更多>>摘要：在卫星探测领域,为了扩大探测器的成像视场,研究人员提出了二维指向镜配合凝视成像的观测模式,二维指向镜具有体积小、质量轻的特点,能够实现全方位探测.由于二维指向镜绕俯仰轴和方位轴旋转,而探测器像面固定不动,这种工作模式会引入像旋误差,如不加以校正将造成探测目标的离轴信息失真,无法得到探测目标的准确方位信息.为此,本文提出了一种二维指向镜像旋校正方法,根据像旋产生的光学机理,构建二维指向镜成像模型,通过对该模型的逆向推导实现像旋校正.此外针对卫星探测领域对大视场成像的需求,本文提出了一种像旋校正图像拼接方法,该方法不受图像之间重叠区域大小的限制,能够得到缝合紧密、自然的大视场图像拼接结果.最后,用探测器采集了一组九宫格像旋数据,并进行了像旋校正和图像拼接,结果表明,所提方法能够成功校正图像的像旋畸变并得到完整的大视场拼接图像.

    二维指向镜像旋图像拼接大视场

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    基于制冷型红外系统逐像元标定的空中目标红外辐射亮度计算模型

    甘世奇王伟超袁光福武佩剑...
    225-232页
    查看更多>>摘要：基于制冷型红外系统焦平面阵列逐像元标定,提出了一种适用于空中拓展目标的红外辐射亮度计算模型.该模型通过对逐个像元进行单独标定得到整个焦平面阵列的响应增益系数矩阵和偏置矩阵,用于修正空间域上标定系数的非均匀性带来的误差,有效提升对空中拓展目标的红外辐射亮度计算准确度.开展大口径红外面源黑体标定实验和外场验证实验,以对模型的正确性和准确度进行验证.结果表明,与传统方法相比:在不考虑大气测量误差的情况下,所提模型计算的均匀拓展目标辐射亮度的相对误差平均减小8.58％,误差偏离程度平均减小0.60;在考虑大气程辐射和透过率测量误差的情况下,相对误差平均减小7.23％,计算误差偏离程度平均减小2.25,计算结果更接近目标真实值.本文模型可为开展空中目标红外辐射特性测量和理论研究提供有益的参考.

    测量红外标定辐射亮度空中目标计算模型逐像元

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    基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法

    曾昶宇李金鹏王鑫蕊
    233-243页
    查看更多>>摘要：为了减小瑞奇-康芒法中瑞奇角测量误差,提升对大口径平面镜面形的检测精度,提出了一种基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法.首先使用激光干涉仪与靶球构建离焦定位光路,根据检测结果中Zernike power项系数精确地定位干涉仪焦点的空间坐标;随后用激光跟踪仪的靶球对待测平面镜的镜面及外轮廓进行特征点采样,并由采样点拟合出待测平面镜及瑞奇-康芒检测光路完备的空间几何模型,通过在位计算得到瑞奇角.通过数值仿真,分析出运用该方法检测瑞奇角的相对误差不超过0.017％;相比传统利用平面镜光瞳面的图像压缩比计算瑞奇角的方法,本文方法将瑞奇角的测量误差从约0.2°减小到了 0.005°以内.在对430 mm平面镜瑞奇-康芒的检测实验中,选择2个角度进行测量,得到瑞奇角的大小为39.18°和21.12°.解算面形后,得到的平面镜Zernike power项系数的复原误差从6.31％降低至0.028％.通过该方法能够更加精确地测量瑞奇-康芒法中的瑞奇角,从而提高了瑞奇-康芒法对平面镜面形的检测精度.

    光学检测瑞奇-康芒检测瑞奇角在位检测激光跟踪仪

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    基于月球定标的双相机辐射一致性校正

    白杨王灵丽武红宇程超...
    244-253页
    查看更多>>摘要：针对吉林一号光谱星双相机辐射响应不一致的现象,提出基于月球定标的双相机辐射一致性校正方法.利用卫星敏捷成像特性获取双相机对月成像观测数据,解算待定标传感器月球圆盘光谱辐照度,比对Robotic Lunar Observatory(ROLO)辐照度模型,选取双相机辐射响应一致且衰减较小的谱段作为基准谱段,通过计算相对于基准谱段的辐照度比值,核算各个谱段的辐射衰减量,从而校正双相机辐射一致性.对吉林一号光谱02星进行了测试,实验结果表明,双相机辐射在各个谱段有不同程度的衰减,最大衰减量超过30％,所提方法能够有效改善图像目视效果,提高传感器辐射质量.

    测量辐射一致性月球定标ROLO辐照度模型辐照度比值

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    基于模型和样条的星敏感器在轨自标定方法

    闫浩东支帅陈旭睿李照雄...
    254-262页
    查看更多>>摘要：星敏感器长期在轨运行时,畸变会逐渐积累,因此对星敏感器进行在轨标定很有必要.目前,大多数星敏感器在轨标定算法仅依赖于星间角距的不变性,并需要较长的标定时间.本文算法的创新性在于利用星间角距关系和星点像素位置关系,将畸变信息解耦为粗校准的参数化信息和精校准的非参数化信息.充分考虑到星敏感器的工作性质,利用B样条算法的特点,使得连续的在轨校正仅需极少的时间.相较于目前常用的地面标定算法,本文算法在实现更准确的星点位置校正和更精确的姿态输出精度的前提下,训练完全部数据只需要几百毫秒的时间.在经过本文算法的标定后,在轨星敏感器的星点位置偏差由0.55766 pixel降低为0.23706 pixel,测量精度由5.857"提高到2.775",这为未来低成本卫星搭载非专业化设计的星敏感器提供了一定的算法参考.

    星敏感器光学畸变在轨标定B样条算法图像处理

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    基于阵列矩形光纤的二维空间匀化器设计

    庄聆琳杨子江潘俏邹快盛...
    263-270页
    查看更多>>摘要：受地表不同区域反照率的差异和大气辐射的非均匀性影响,星载成像光谱仪中的物理狭缝被非均匀照明,导致仪器光谱响应函数线性失真,表现为在获取的光谱信号中叠加随机误差,影响成像光谱仪对光谱的反演精度.为了提高大气温室气体浓度探测的时间分辨率和精度,单台温室气体成像光谱仪具有非常宽的空间视场和极高的光谱分辨率,光谱仪受辐射非均匀性的影响相对于普通成像光谱仪更明显.本文设计了针对温室气体监测成像光谱仪的二维空间匀化器,它可以在跨轨和沿轨两维对场景辐射实现匀化.二维空间匀化器由矩形光纤阵列组成,沿轨单根光纤的宽度由积分时间确定,跨轨单根光纤的尺寸表示仪器的空间采样宽度.本文研究了组成二维空间匀化器的矩形光纤的稳定性,对比了不同光纤长度、不同照明场景以及不同粗糙度等条件下光纤出射光斑的均匀度,结果表明:随着光纤长度的增加,尽管能量损耗相应增加,但是出射光斑均匀度也随之增加;非均匀照明场景下光纤出射光斑均匀度与均匀照明场景下光纤出射光斑均匀度基本一致,表明矩形光纤具有良好的匀化性能,也说明二维空间匀化器能有效地降低光谱仪对地球场景不均匀辐射的敏感性.此外,本文还研究了矩形光纤的焦比退化特性,结果表明,在输入F数为4的情况下,出射端采用F/3.5的光学系统接收时,光学效率能达到95％以上.

    成像光谱仪二维空间匀化器矩形光纤匀化性焦比退化

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    基于多面一体的紧凑型同轴四反光学系统

    郭天宇杨磊汪毅张文平...
    271-284页
    查看更多>>摘要：针对小型卫星遥感载荷轻量化和高分辨的应用需求,基于同轴四反光学系统初级像差理论,设计了一种小口径、长焦距、主三镜和二四镜均实现多面一体化的同轴四反光学成像系统.系统光路折叠紧凑,四面反射镜均为高阶偶次非球面,最终的设计结果为:视场角为1.5°,有效通光口径为140 mm,焦距为737 mm,系统总长为150 mm,各视场调制传递函数曲线接近衍射极限,衍射调制传递函数优于0.2(对应100 lp/mm),边缘视场相对畸变为0.17％.系统主三镜的曲率和二次曲面系数一致,二四镜的曲率和二次曲面系数一致,易于多面一体加工.系统加工自由度由传统的12项减少为8项,装调自由度由传统的12项减少为6项,公差分配合理,装配难度小.系统光机结构采用同质铝合金材料,在-30～70 ℃之间均保持良好的成像质量,无需额外后截距补偿,表现出良好的热稳定性.

    光学设计应用光学多面一体同轴四反系统自由度热稳定性

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    太阳短波极紫外双波段成像光谱仪设计

    段紫雯邢阳光彭吉龙闫雷...
    285-298页
    查看更多>>摘要：基于超环面变线距(TVLS)光栅设计太阳短波极紫外的双波段成像光谱仪,光谱仪系统采用非罗兰圆的光栅工作结构,不需要光谱的扫描或探测器的位移即可同时获得17～21 nm和28～32 nm两个波段的高空间、高光谱分辨和大瞬时狭缝视场的消像散光谱成像.基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳短波极紫外双波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明其空间分辨率优于1",光谱分辨率优于0.0055 nm,所设计的成像光谱仪具有良好的光栅像差校正效果,其光谱成像性能接近衍射极限.为我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展研制提供重要的理论意义,为我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选提供重要的参考价值.

    光学器件太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

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    一种集成近红外SPAD阵列的激光雷达测距系统

    陈前宇许唐刘志强马治强...
    299-308页
    查看更多>>摘要：基于0.18 μm BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺实现了一种高探测效率、低暗计数噪声、低误码率、高分辨率、大动态范围的近红外激光雷达测距系统.该系统集成了一个4×4单光子雪崩二极管(SPAD)阵列和一个基于延迟锁相环(DLL)的两段式时间数字转换器(TDC)o SPAD阵列采用一种新型高压p阱/高压n+埋层的深雪崩区结构,显著提高了对近红外光子的探测概率(PDP).TDC采用双链计数器以及相位插值法,降低了段间误码概率并获得了高分辨率和大动态范围.测试结果表明,SPAD器件在5 V过偏压下的暗计数率(DCR)低至162 s-1,在905nm近红外波长处的PDP大于8.5％,可工作在人眼安全阈值较高的近红外波段.TDC实现了 208 ps的高时间分辨率和1.28 μs的动态范围,微分非线性度(DNL)和积分非线性度(INL)分别在士0.1LSB(LSB代表最低有效位)和士0.6LSB范围内,在50～75 MHz输入时钟下的直接光子飞行时间(dTOF)测量误差为0.37 ns.

    传感器直接飞行时间单光子雪崩二极管激光雷达时间间隔测量时间数字转换器

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