基于波前編碼技術紅外光學系統(tǒng)無熱化設計.pdf

1、隨著紅外光學系統(tǒng)的應用范圍越來越廣，要求紅外光學系統(tǒng)對外界環(huán)境的適應能力越來越強。在諸多外界因素中，溫度變化對紅外光學系統(tǒng)的影響十分明顯，在超出工作溫度范圍時，由于紅外光學材料的熱特性，光學系統(tǒng)的成像質量下降得十分嚴重，系統(tǒng)整體的性能也變得不再穩(wěn)定。因此開展紅外光學系統(tǒng)無熱化設計，具有重要的應用價值。
　　波前編碼將光學成像和數(shù)字圖像處理技術相結合，在系統(tǒng)的光瞳處添加一塊特殊設計的相位板，實現(xiàn)在光瞳處對光波波前的重新調制，可以使系

2、統(tǒng)對離焦不敏感。這與紅外無熱化的理念相同，將波前編碼技術理論應用到紅外光學系統(tǒng)中，就可以使系統(tǒng)對由溫度變化引起的熱離焦不敏感，達到無熱化的目的。
　　本文主要研究內容如下：
　　(1)闡述了波前編碼技術的編碼理論和解碼理論，推導了三次相位板的解析表達式，并且將傳統(tǒng)光學系統(tǒng)和波前編碼系統(tǒng)在空域、頻域和光線分布上進行了對比；
　　(2)分析了溫度變化對光學元件和空氣的折射率、元件間隔、厚度和面形的影響，以及光學系統(tǒng)隨溫度變

3、化產生的熱焦移；對波前編碼理論實現(xiàn)光學系統(tǒng)的無熱化設計進行了理論推導，并在此基礎上分析了波前編碼無熱系統(tǒng)的工作溫度范圍；
　　(3)分析了基于不同準則的相位板優(yōu)化函數(shù)，建立了基于各個溫度值下傳遞函數(shù)一致性與圖像可恢復性的相位板參數(shù)優(yōu)化函數(shù)，并分別在空域和頻域上對應用不同優(yōu)化函數(shù)的波前編碼系統(tǒng)進行了比對分析；
　　(4)應用波前編碼技術將典型紅外光學系統(tǒng)進行無熱化設計，并應用常用的幾種濾波器對中間圖像進行恢復，比對了在有噪聲的