联合变换相关器摄远物镜光学设计

联合变换相关器工作原理

随着科学技术的飞速发展，光学相关探测器件由最初的匹配滤波器发展到今天的联合变换相关器，联合变换相关器与范得耳-卢格特相关器相比，具有灵活性好、识别精度高等特点，所以在军事领域的目标探测和制导方面都起到了不可忽视的作用。
联合变换相关器探测的基本原理是应用衍射原理和光学透镜的傅里叶变换功能来完成输入图像的合成傅里叶换。首先，将参考图像与目标图像同时输入电寻址液晶，在第一个傅里叶变换平面上用 CCD记录联合变换功率谱。联合变换功率谱再经第二次傅里叶变换后，获得一对相关输出，从而得到实际探测物体的位置。设准直的相干单位振幅光入射到物体 o(x, y)上，物体和参考图像被读入第一块电寻址液晶。联合变换功率谱由平方律探测器 CCD 接收并输入到计算机再反馈到第二块电寻址液晶，在经过第二次傅里叶变换，获得一对相关输出，实现相关探测。该方法不仅识别速度快，而且具有较高的探测精度。具体过程如下：

图1中，系统的光源为氩离子激光器，光源发出的光经过衰减器、空间滤波器以及准直透镜最后成为准直扩束的平行光。半反半透镜把一束平行光分成两路光束，一路用于得到联合变换功率谱，另一路用于获得相关图。用于得到联合变换功率谱的一路光束把参考图像和目标图像同时输入到电寻址液晶EALCD中，其中参考图像是提前储存在电脑中的，而目标图像则是经过CCD1实时摄取的。平方律探测器CCD2对经由傅里叶变换透镜FTL后的联合图像进行探测，得到o(x,y)和参考图像r(x,y) 的联合变换功率谱。用于获得相关图的另一路光束，输入到PC的功率谱经空间光调制器的控制系统输入到电寻址液晶EALCD2中，经傅里叶变换透镜FTL2后，由CCD3摄取目标图像和参考图像的联合变换相关点，根据相关点的位置即可确定目标及其方位。

摄远物镜系统简介

远摄镜头也称为长焦距镜头，是指比标准镜头的焦距长的摄影镜头。远摄镜头最基本的特点是，镜头视角小，所以视野范围相对狭窄，能把远处的景物拉近，使之充满画面，具有“望远”的功能，从而使景物的远近感消失，缩短了景深，把对被摄体聚焦点前后的清晰范围限制在一定尺度内，用以突出被对焦的部分。摄远系统的结构简图如下所示：

系统设计要求

要求设计的摄远物镜需要满足：
（1）焦距： 300mm
（2）相对孔径： 1:6
（3）探测器：自选 CCD或CMOS
（4）波段：可见光
（5）后工作距：查看探测器说明书
（6）摄远比： 0.8
（7）各视场MTF值 0.3@xxxlp/mm

联合变换相关器摄远物镜设计

探测器参数

参数计算（略）

初始结构如下：

优化使用操作数：

经过单位变换、焦距缩放、形状更替等优化后得到结果如下：

本次设计的摄远系统焦距为300mm，F数为6.06586，入瞳直径为50mm，筒长228.536mm，与题目要求的参数十分接近。探测器选用深圳市隆玛视觉光源有限公司生产的Manta G-033B/C型探测器，在截止频率51cy/mm时各色光、各视场的MTF曲线数值约为0.5，且重合度较好。

注：有需要源文件及设计文件或者学习交流的朋友可以联系作者，作者创作不易，希望客官们打赏~（作者联系方式见个人资料）