基于成像球原理的空间分光光度计的设计

摘要

论文提出了一种新的空间光强分布和BSDF的测量方法,完成了基于该方法的测量系统的光学设计,并对系统性能进行分析。首先分析系统的测量原理,设计完成其光学系统的关键器件包括成像球、反射镜和双高斯物镜;然后基于光线追踪的光学软件对光学系统进行模拟仿真,验证系统的可行性并对系统最小角分辨率和动态范围等关键性能指标进行分析;再通过基于Lucy-Richardson算法的图像复原法大大提高系统最小角分辨率;最后介绍双向散射分布函数BSDF测量系统的结构组成和测量原理。具体研究内容及成果包括:
　　1、提出一种快速测量光强空间分布特性的方法,完成基于该方法的测量系统的光学设计。其光学系统的关键器件包括成像半球、自由曲面反射镜和双高斯物镜。根据系统的测量原理,研究成像半球的结构组成和内壁涂层材料;MATLAB编程并SolidWorks建模得到自由曲面反射镜面型;依据光学系统设计指标,基于光学设计软件Zemax设计得到双高斯物镜。
　　2、基于光线追踪的光学仿真软件LightTools对光学系统进行仿真,分析光源空间任一方向在球壁形成的亮斑与CCD光学图像的一一对应关系,验证系统的可行性;并分析、给出了测试系统的最小角分辨率和动态范围等关键性能指标。
　　3、分析比较图像恢复的两种主要方法:基于频域率的逆滤波恢复法和基于先验概率的图像复原法,采用Lucy-Richardson算法对模糊化后的图像进行复原,大大提高系统分辨率。
　　4、提出一种基于成像球的BSDF测量系统,并重点介绍其结构组成与测量原理。

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表清单

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

2 快速空间光强分布测量系统的设计

2.1 快速空间光强分布测量系统的设计原理

2.2 成像半球的设计原理

2.3 自由曲面凸反射镜的设计

2.4 双高斯物镜的设计

2.5 本章小结

3 快速空间光强分布测量系统的模拟仿真和性能分析

3.1 测量系统的模拟仿真

3.2 测量系统的性能分析

3.3 本章小结

4 提高系统最小角分辨率的方法

4.1 图像复原的基本原理和方法

4.2 基于Lucy-Richardson算法提高系统最小角分辨率

4.3 本章小结

5 双向散射分布函数BSDF测量系统

5.1 双向散射分布函数BSDF测量技术

5.2 基于成像球的BSDF测量系统

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 研究内容与成果简介

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历