开题报告-三子镜与三臂稀疏孔径的对比研究

苏州科技学院毕业论文开题报告论文题目三子镜与三臂稀疏孔径的对比研究院系数理学院专业应用物理学学生姓名学号指导教师2014年3月10日开题报告填写要求1开题报告应在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见后方可进行论文正文写作；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3有关年、月、日等日期的填写，应当按照国标GB/T740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年9月25日”或“20060925”。1研究的背景、目的及意义一、背景随着太空遥感技术的发展,人们对于高分辨率的需求变得越来越紧迫，这使得人们不得不不断提高望远镜的空间分辨率。由于传统单片式主镜的望远镜空间分辨率越高需要越大的口径,而随着口径的增大,整个系统的重量、体积和制造检测难度急剧增大,从而导致了非常高的费用,甚至当前的技术根本制造不出来,或难以发射到太空。在不断增加单个望远镜直径的前提下,为了实现更高的分辨率,光学稀疏孔径成像系统被提了出来。稀疏孔径由几个较小的光学孔径以一定的规则排列，构成一个大的光学口径，具有制作工艺简单、制造成本低廉和体积重量小的特点。指导老师曾经主持“稀疏孔径光学系统成像理论研究”等多项省部级科研项目，并申请了国家发明专利两项，往届毕业生都对稀疏孔径的结构进行了不同程度的研究，因此我们具有良好的资源，能够推动该课题的进一步研究。二、目的和意义传统的光学望远镜随着口径的增大，虽然分辨率增加了，但是系统的重量、体积和成本也都急剧增大，当前的制造水平显然无法制造出口径不断增大的望远镜。本项目研究的稀疏孔径就可以解决这一问题，三子镜与三臂形这两种结构，既解决了传统望远镜发展的困境，同时也可以极大的保证图像的清晰度。本项目研究的三子镜的稀疏孔径的通光光瞳是由三个子孔径按夹角/3组合而成，它能2够保持大的填充因子，其调制传递函数的分布也是比较均匀的。三臂形的稀疏孔径与一些其它结构的孔径相比，在控制好填充因子的情况下可以获得更好的调制传递函数曲线，这样就可以减少信息的丢失，在成像时也可以获得更清晰的像。本项目主要研究三子镜与三臂形两种基本的稀疏孔径结构，为今后研究更加复杂的光瞳结构提供理论基础。2主要研究内容和预期目标开始阶段，本团队成员利用相关资料和查阅相关书籍，了解不同结构的稀疏孔径的基本结构与特征，在此基础上来研究本课题。本项目主要对比研究三子镜与三臂形两种稀疏孔径。如图（A），该孔径结构是由3个子镜填充而成。如图（B），三臂形又称Y形，该结构是由6个子镜按“Y”形状排列组合而成。首先，了解三子镜孔径的结构并计算出相应的填充因子（F），它反映了稀疏孔径系统子孔径的稀疏程度，表达式为，填充因子发生变化，光学系统的调制F系统子孔径总面积稀疏孔径阵列外接圆面积传递函数值、体积和重量等也会随之发生变化。然后计算出该孔径的调制传递函数（MTF），MTF是评价光学稀疏孔径系统成像性能的重要指标,它反映了光学系统传递信息的能力。MTF分布与子孔径阵列的排列,即光瞳结构密切相关。合理的光瞳结构,不仅能使系统满足分辨率要求,得到较好的成像,又能使系统具有最轻的重量和最小的体积。我们主要是利用公式表示光瞳函数，表示点扩散函数，表示光学传递函数。,PXY,PSFXY,OTF图（A）图（B）在研究三臂形结构时，我们也是采取相同的步骤。为了了解不同光瞳孔径的成像的的差别，即不同孔径所对应的调制传递函数（MTF）的差别，我们利用MATLAB软件，分别画出两种结构的调制传递函数MTF相应的二维平面图和三维立体图，根据图形分析判断三子镜孔径内外径比值对调制传递函数（MTF的影响和三臂孔径不同数目的子镜对调制传递函数（MTF）的影响，并于理论值相比较。根据之前设计出的不同填充情况下的结构，利用ZEMAX软件进行模拟成像，比较得出的图像，并进行分析。针对稀疏孔径结构成像模糊的问题，采用采用55模板的阶数连续可调的分数阶微分算子对图像进行增强。3拟采用的研究方法、步骤一、研究方法1查询翻译相关参考文献，了解稀疏孔径的相关知识，了解和掌握各种形式的稀疏孔径的结构和性质；2结合相关知识，设计三子镜和三臂形光瞳结构，分别计算两种结果填充因子。3根据光学信息课所学知识，分别计算两种结构的调制传递函数（MTF）。4对得出的调制传递函数进行分析，得出三臂形光瞳系统的相关性质；5根据所得的MTF函数表达式，利用MATLAB进行模拟实验，得出模拟结果图，包括MTF曲线图，二维MTF俯视图，三维图。最后进行对比分析。6根据得到的模拟图利用MATLAB软件进行图像增强，分析结果。7得到最终结果，进行分析，得出结论。4主要参考文献1ROBERTDF,THEODOREATIMAGEQUALITYOFSPARSEAPERTUREDESIGNSFORREMOTESENSINGOPTENG,2002,418195719682吴泉英，钱霖，沈为民复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的研究J光学学报，2006，2621881893钱霖，吴泉英，吴峰，等复合三子镜的成像研究J光学学报，2005，258103010354范君柳，吴泉英，王福亮等GOLAY3望远镜系统的设计J光学精密工程，201119（12）287928815吴泉英，钱霖类GOLAY6稀疏孔径结构J光学精密程,2010187145614576韩骥，王大勇，刘汉承，等光学稀疏孔径成像复合孔径阵列结构研究J光电子激光，200718（6）6506527王福亮，沈婷婷，吴泉英等GOLAY3稀疏孔径光学系统调制传递函数分析和成像研究J激光杂志，201233（1）33348吴泉英，钱霖，沈为民稀疏孔径系统的成像和图像复原J激光杂志，200526（6）40429苏显渝，李继陶信息光学M北京科学出版社，1999577810赵娟，王大勇，张亚新光学稀疏孔径系统复合阵列构造对系统成像的影响J中国激光，200936（4）9359365具体进度安排201311112014221学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料；20142172014228下达论文任务书，指导教师向学生讲授所选论题的状况和要求等；2014224201437学生完成开题报告，指导教师修改和审定学生论文开题报告；20143102014523毕业论文写作，学生按开题报告撰写论文；20144282014516中期检查，学生汇报课题进展情况，回答教师提问。各系进行自查，并配合教务处论文中期检查；20145122014523完成论文初稿，指导老师批阅论文初稿，提出修改意见；20145192014530论文定稿打印，经