基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

吕伟振; 刘伟奇; 魏忠伦; 康玉思; 冯睿; 杨建明

基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间一部,吉林长春130033;
2.
中国科学院大学,北京100049

基金项目:

国家863计划（2009AA032701）

详细信息

作者简介:
吕伟振（1984- ），男，博士生，主要从事激光投影显示、空间光学设计与检测方面的研究。Email：lwz1011@163.com；刘伟奇（1958- ），男，硕士，研究员，博士生导师，主要从事激光显示技术、空间目标成像与瞄准技术方面的研究。Email：liuwq@ciomp.ac.cn

吕伟振（1984- ），男，博士生，主要从事激光投影显示、空间光学设计与检测方面的研究。Email：lwz1011@163.com；刘伟奇（1958- ），男，硕士，研究员，博士生导师，主要从事激光显示技术、空间目标成像与瞄准技术方面的研究。Email：liuwq@ciomp.ac.cn

中图分类号: O439;V476.4

Design of high dynamic range imaging optical system based on DMD

1.
The First Laboratory of Spatial Optics,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求，设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成，采用TI公司的数字微镜阵列（DMD）作为光强调制器件，通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接，并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应，设计结果显示：在像面的Nyquist频率处，全视场的MTF0.55，弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸，并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围，还能够实时地探测到强弱目标，满足空间目标视景成像的要求。
- 高动态范围 /
- 数字微镜阵列 /
- 像元级调制 /
- 二次成像 /
- 光学设计
Abstract: In order to solve the high dynamic range requirement for photoelectric imaging device when it was used to observe the actual spatial scene, a newly high dynamic range imaging system whose light intensity was modulated in pixel level was designed. This system consisted of imaging lens, a fold mirror, secondary transpose imaging lens, using a DMD(Digital Micromirror Device) produced by TI Inc. as light intensity modulator, connecting the two systems perfectly through the principle of the pupil matching, and utilizing the secondary imaging system to realize one to one correspondence between DMD units and image sensor pixels. Full field of view of the MTF are higher than 0.55 at the Nyquist frequency of the image plane, and the RMS spot diameter is less than the pixel size of the CMOS image sensor in the focal plane, meanwhile such aberration of distortion is also corrected excellently. This method not only enhances detected dynamic range of the image senor, but also can detect bright and dark target simultaneously, meeting the requirements of spatial visual target imaging.
- high dynamic range /
- digital micromirror device /
- pixel level modulation /
- secondary imaging /
- optical design

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基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

Design of high dynamic range imaging optical system based on DMD

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基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间一部,吉林长春130033;

2. 中国科学院大学,北京100049

English Abstract

Design of high dynamic range imaging optical system based on DMD

1. The First Laboratory of Spatial Optics,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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Design of high dynamic range imaging optical system based on DMD

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基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间一部,吉林长春130033; 2. 中国科学院大学,北京100049

English Abstract

Design of high dynamic range imaging optical system based on DMD

1. The First Laboratory of Spatial Optics,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间一部,吉林长春130033;

2. 中国科学院大学,北京100049

1. The First Laboratory of Spatial Optics,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China