超光谱成像仪成像链的调制传递函数研究

论文摘要

光学系统成像链的像质评价是光学检测领域的重要研究课题。本文将超光谱成像仪光学成像链按照独立成像的子系统划分为:望远镜系统、狭缝系统、光谱仪系统和面阵探测器CCD四个主要组成部分。通过分析各个子系统的不同构成,得到了MTF产生的主要原因。对单狭缝和线列光纤狭缝的静态及动态MTF进行了仿真。结论:同样尺寸情况下,单狭缝的MTF高于线列光纤狭缝的MTF。对单狭缝和线列光纤狭缝像和CCD像面产生对准偏差的MTF进行了仿真。并针对存在耦合偏差不可恢复的情况,给出了重新插值的补偿方法。试验以阿贝成像理论和光学傅立叶分析原理为基础,对矩形光栅衍射的频谱进行空间滤波,得到正弦光强测试图。为了方便选择频谱,特别设计了“V”形空间位置滤波器。结合对比度法,利用这套光学装置,提出了针对“超光谱成像仪光学成像链”MTF的“三点测量法”。测量了超光谱成像仪光学成像链的关键组成部分――线列光纤狭缝的MTF,同仿真结果进行了比较,符合较好。通过试验测量了单狭缝光谱仪和线列光纤狭缝光谱仪的MTF,并进行了比较。结果单狭缝光谱仪的MTF高于线列光纤狭缝光谱仪的MTF,差值较大。这是由于线列光纤狭缝窜长误差累计过大,光纤端面不光滑,对比度降低。所以线列光纤狭缝的制造工艺需要进一步提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表索引
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 成像光谱仪
• 1.2 宽视场高分辨率超光谱成像仪
• 1.3 国内外发展状况
• 1.4 问题的提出、选题意义
• 1.5 研究的主要内容
• 第二章 光学传递函数理论基础
• 2.1 光学传递函数的历史发展
• 2.1.1 光学系统评价的早期发展历史
• 2.1.2 光学传递函数理论的产生和发展
• 2.1.3 离散采样器件的产生和发展
• 2.1.4 光学传递函数概念的扩展
• 2.2 光学传递函数理论
• 2.2.1 线性系统
• 2.2.2 光学传递函数的基本理论
• 2.2.2.1 光学传递函数的定义
• 2.2.2.2 光学系统的空间不变性
• 2.2.2.3 光学系统成像及光学调制传递函数MTF计算
• 2.3 离散采样系统分析
• 2.3.1 局域等晕概念
• 2.3.2 取样定理
• 2.4 本章小结
• 第三章 超光谱成像仪成像链的MTF 构成分析
• 3.1 望远镜系统的调制传递函数 MTFtel
• 3.2 狭缝的调制传递函数 MTFslit
• 3.2.1 传统的单狭缝静态调制传递函数MTFslit-sin 分析
• slit-sin-dyn'>3.2.2 传统的单狭缝动态调制传递函数 MTF_slit-sin-dyn
• slit-circ 分析'>3.2.3 线列光纤狭缝静态调制传递函数 MTF_slit-circ分析
• slit-sin-dyn'>3.2.4 线列光纤狭缝动态调制传递函数 MTF_slit-sin-dyn
• 3.3 光谱仪调制传递函数 MTFspe（λ0i）分析
• 3.4 面阵探测器 CCD 的调制传递函数分析
• 3.4.1 CCD 空间成像
• 3.4.2 面阵探测器CCD 的静态调制传递函数MTFCCD 分析
• 3.5 狭缝像和面阵探测器 CCD 耦合的调制传递函数分析
• 3.5.1 单狭缝像面和CCD对准偏差分析
• 3.5.2 线列光纤狭缝像和CCD像面无偏差对准分析
• 3.5.3 线列光纤狭缝像和CCD像面对准偏差分析
• 3.6 本章小结
• 第四章调制传递函数测量原理分析
• 4.1 扫描法
• 4.1.1 光学傅里叶分析法
• 4.1.2 光电傅里叶分析法
• 4.2 自相关法
• 4.2.1 切变干涉法
• 4.2.2 光瞳函数计算机处理法
• 4.2.3 全息干涉法
• 4.3 互相关法
• 4.4 对比度法
• 4.5 频谱对比法
• 4.6 本章小结
• 第五章 超光谱成像仪调制传递函数MTF 测量试验
• 5.1 MTF测量方法
• 5.1.1 阿贝成像理论
• 5.1.2 正弦光强测试图产生装置设计
• 5.1.3 各部件的功能说明
• 5.1.4 正弦光强测试图产生装置的工作原理
• 5.2 超光谱成像仪调制传递函数测量试验
• 5.2.1 采集正弦光强测试图
• 5.2.2 三点式调制传递函数测量方法
• 5.2.3 线列光纤狭缝的MTF 测量
• 5.2.4 超光谱成像仪的MTF 测量
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文及专利目录
• 致谢
• 李宏升个人简历