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第40卷第1期红外与激光工程2011年1月Vol.40No.1Infrared and Laser Engineering Jan.2011波前编码应用于红外光学系统无热化的研究冯俐铜，孟军合，顿雄，陶玉（天津津航技术物理研究所，天津300192）摘要：波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板，对波前进行调制，使得光学系统对离焦类像差不敏感，从而增大了焦深，通过对中间模糊图像的数字滤波处理，可以获得清晰图像。
焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景。
设计了一个有效焦距f′为100mm，F数为1.2，工作波段为7.5～13.5μm，工作距离为2km的非制冷型红外光学系统，在光阑处放置一块三次位相板，通过CODEV模拟光学系统在-40～60℃温度范围内的性能变化，得到的波前编码光学系统的MTF维持不变。
使用MATLAB模拟波前编码系统的中间成像及其滤波结果，结果表明：波前编码技术可使红外光学系统在大温差环境下获得清晰图像。
关键词：波前编码；红外光学系统；无热化；数字滤波中图分类号：TN2文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)01-0083-04Wavefront coding for athermalization of infraredimaging systemFeng Litong,Meng Junhe,Dun Xiong,Tao Yu(Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics,Tianjin300192,China)Abstract:By inserting a phase mask close to the pupil plane of an optical system so as to modulate the wavefront,the optical system is insensible to defocus aberrations and the depth of field is extended consequently which can be applied in athermalization of infrared imaging systems.Moreover,the intermediate image which is ambiguous can be turned into a sharp image by digital filtering.In this paper,an uncooled infrared optical system with effective focal as100mm,F number as1.2,operating wavelength varying from7.5μm to13.5μm and an operating distance from the object as2km was designed.A cubic phase mask was used,and the MTF curve was invariable as an ambient temperature varying from-40℃to60℃in the simulation with CODEV.The imaging process of a wavefront coding system and the output of digital filtering were simulated with MATLAB.The results show that the sharp images can be obtained within a large range of varying temperature.Key words:wavefront coding;infrared optical system;athernalization;digital filtering收稿日期：2010-04-11；修订日期：2010-05-10作者简介：冯俐铜(1987-)，男，硕士生，主要从事光学系统设计方面的研究。
基于改善红外光学系统离焦变量的三次位相板波前编码技术浅析作者：卢鑫程伟宁范哲源来源：《科技风》2017年第13期摘要：在红外光学系统中，为增大光学系统焦深，通常需要减小系统光圈，该方法会降低系统角分辨率和信噪比等参数，使光学系统最终难以获取高频信息图像。
波前编码技术结合了光学成像和图像处理算法，实现了大焦深的设计，使系统在一定范围内的离焦均具有较高的MTF，最终实现了光学系统焦深的拓展，提高了光学系统的应用范围和可靠性。
关键词：离焦变量；传递函数；三次相位板；波前编码根据光学成像系统理论，物方视场在像方视场除了共轭面以外，其他点在共轭像面上只能是一定大小的弥散斑，对于一定分辨率的接收器，只要该弥散斑小于最小分辨率，仍然可以认为是一个点。
对于确定光瞳的光学系统，物方一定范围内的物体能够在对准平面成清晰实像，该范围是系统的景深，与之对应的像方空间是焦深。
对于大焦深的光学成像系统，其优势在与减少了物距变化对像方空间变化所引起的成像模糊，使近远景均能清晰成像，获取更多的物方信息。
若想提高光学系统焦深，有以下常见方法：第一种是减小系统光圈，增大F数；第二种是通过多幅离焦图像合成；另外一种是在孔径光栏处增加不同的振幅位相板进行调制，对振幅进行衰减。
这几种方法均具有一定缺点，或降低系统分辨率，或景深拓展程度不足。
1 波前编码技术理论及应用波前编码技术最早由美国科罗拉多大学的两位研究人员Dowski和Cathey共同提出，其主要的目的是使光学系统在不同焦深下获取更完整的光学信息量，该技术的方法是通过在光学系统孔径光栏或入瞳处增加一块相位调制板，使光学系统的点扩散函数PSF或者调制传递函数MTF对离焦不敏感，同时能够抑制系统的初级像差。
波前编码技术的特点是结合了光学成像技术和数字图像处理技术。
首先，波前编码系统通过在光瞳处加入相位调制板进行调制，使目标在焦平面成一个模糊的中间像。
其次，通过对中间模糊像的滤波处理，得到清晰的图像，实现焦深的拓展。
一种光电经纬仪红外变焦光学系统的研究的开题报告一、研究背景和意义随着航空航天技术的不断发展，对于高精度的导航和目标定位需求越来越高。
而经纬仪作为一种重要的测量和导航仪器，其测量精度和测量速度已经成为评价经纬仪质量的重要指标。
传统光电经纬仪中，光学系统的变焦方式受到限制，其焦距可调范围较小，导致其测量精度和速度受到局限。
因此，在光电经纬仪的光学系统中采用红外变焦技术是提升其测量精度和速度的有效途径，也是当前热点和难点之一。
本研究旨在深入研究光电经纬仪红外变焦光学系统的原理、技术、实现方案和应用，从而提高光电经纬仪的测量精度、提升效率和实现多功能。
二、研究内容和技术方案1.研究红外变焦光学系统的原理和技术特点，对变焦结构进行设计和改进，提高变焦范围和调节精度。
2.研究与设计光学系统的角度测量、距离测量和位置计算算法，对传统算法进行优化和提升。
3.针对光电经纬仪的应用场景，研究和实现光电经纬仪的多功能，如合成孔径雷达测量、地球物理测量和光谱分析等。
4.设计和实现一个基于红外变焦光学系统的光电经纬仪原型机，对性能和功能进行测试和验证。
三、预期成果和创新点1.设计和实现了一种基于红外变焦光学系统的光电经纬仪，采用多种测量算法和多种功能，能够完成多种高精度的测量任务。
2.优化了光学系统的变焦结构，提高了变焦范围和调节精度，保证了测量质量。
3.在算法的优化和创新上，提升了角度测量、距离测量和位置计算的准确度和可靠性，提高了测量的精度和速度。
4.实现了经纬仪的多功能，扩展了应用领域，提升了经纬仪的竞争力。
四、计划和进度安排1.前期研究：对光电经纬仪的原理、结构和应用进行深入分析和研究，确定研究内容和技术方案，完成研究方案和计划，并完成文献综述。
2.中期研究：设计和模拟红外变焦光学系统，进行变焦结构的改进和优化，完成算法的改进和优化，并完成原型机的设计和制作。
3.后期研究：进行原型机性能和功能的测试和验证，并完善算法和光学系统的性能和功能，撰写论文和发表成果。
