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低成本CMOS阵列式高速成像系统（全面版）资料
收稿日期 :2004-09-10. 　
光电技术应用
低成本 CMOS 阵列式高速成像系统
王可东 , 孙道虎 , 晏 　 磊 , 赵红颖
(北京大学 遥感与地理信息系统研究所 , 北京 100871
摘 　 要 :　 高速摄像是研究瞬间发生的物理和化学现象的重要手段之一 。 针对碰撞过程 , 提出
了应用低成本 CMOS 阵列式成像传感器构建高速摄像系统 。成像阵列由 16个可更换的 CMOS 单元组成 , 接在主板上 。 为了进行同步控制 , 实验研究了 CMOS 传感器的工作时序 ; 通过延时器 , 使阵列式火花源分时闪光 , 并在 CMOS 快门打开的时间段内完成 。实验表明 , 该系统可以实现对 碰撞等瞬间发生过程的拍摄 , 为相关研究提供基础 。
关键词 :　 传感器阵列 ; CMOS ; 高速摄像 ; 同步控制 中图分类号 :TB872　 文献标识码 :A 　 文章编号 :1001-5868(2005 02-0146-05
High 2speed Imaging System with CMOS Array
WAN G Ke 2dong , SUN Dao 2hu , YAN Lei , ZHAO Hong 2ying
(Institute of R emote Sensing and G eographic I nform ation System , Peking U niversity , B eijing 100871,CHN
Abstract :　 High 2speed imaging is one of t he important ways to st udy t he p hysical and chemical p henomena occurred instantaneously. A high 2speed imaging system is const ructed wit h a low 2cost array of 16CMOS imaging sensors t hat exist in a mainboard. Their control and processing circuit s are independently in 16sub 2boards and are inserted in t he mainboard to form a uniform system. To make t he array grasp a sequence of images correctly ,sync control is used to t he working sequence of t he CMOS array experimentally. U nder t he cont rol of a delayer ,t he spark source array gives off time 2sharing sparks during t he CMOS shutter opened. The experiment s indicate t hat an instantaneous p rocess like collision can successf ully be grasped by t he system.
K ey w ords :　 sensor array ; CMOS ; high 2speed imaging ; sync cont rol
1　 引言
在对燃烧 、 爆破 、 撞击和等离子体等持续时间非
常短暂的物理现象的研究中 , 往往需要借助于高速 摄像设备实现对高速动态过程的记录 , 一般定义帧 率高于 1000fp s (f rame per second 的摄像为高速 摄像 [1~3]。 本文通过拍摄物体碰撞瞬态过程 , 研究 碰撞材料所发生的物理和化学变化 , 但研究成果也 可以应用于其他高速摄像的场合 。
数字式成像源主要有 CCD 和 CMOS 两种 。到 20世纪 90年代初 ,CCD 技术已经比较成熟 。近年
来 , 由于中低价位的 CMOS 图像传感器在功耗 、 集
成度 、 信噪比和价格等方面已优于 CCD , 成为图像 传感器研究的热点 。而用于高速摄像的 CMOS 图 像 传 感 器 在 国 外 已 经 见 到 报 道 , 例 如 瑞 士 的 PhotoBit (Micron 公司已经推出了帧率为 4000fp s 的高速 CMOS 。随着工艺的不断发展 ,CMOS 在高 端高速成像方面也有赶超 CCD 的趋势 [4~11]。
本文针对高速材料碰撞试验过程中的瞬态过 程 , 提出了普通的低成本 CMOS 高速成像方案 。由 于单片 CMOS 图像传感器完成单幅图像拍摄后必 须延迟百毫秒量级才能进行下一幅图像的拍摄 , 且 需要从不同角度对物体碰撞进行拍摄 , 因此 , 必须采 用由多个 CMOS 图像传感器构成的阵列式结构 。 通过控制火花源点阵在不同时间闪光 , 对高速变化
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的碰撞过程在时间上进行分割 ,CMOS 阵列依次记 录不同时间点的碰撞过程的分解图像 , 就可以再现 高速碰撞过程 , 实现高速摄像 。
2　 摄像系统总体结构
CMOS 阵列式高速摄像系统按照高时间分辨
率 (短曝光 和空间分辨率要求而设计的 。 图 1是高速摄像系统的总体结构框图 , 由光源
子系统 、 同步控制子系统 、 光学子系统和数字成像子 系统四部分组成

。

图 1　 系统总体结构框图
2. 1　 光源子系统
高压放电电路采用脉冲式瞬间触发 , 产生火花 闪光 。 这种高能量瞬间闪光方式可以避免拍摄运动 物体的拖尾影像 , 这是一般照明光源或机械式快门 所不能比拟的 。
试验中使用的火花源点阵为 4×4的方阵 。从 上到下 , 从左至右依次进行闪光 , 分别为对应的 CMOS 图像传感器曝光提供照明 。 2. 2　 光学子系统
光学子系统包括两面大的场镜和一组透镜阵 列 , 被拍摄物体处于两面场镜之间 。透镜阵列和火 花源点 阵一一 对应 。透镜将 被拍 摄物体 成像 在 CMOS 的感光区域内 。火花源的闪光经过两面场 镜的分光分别进入 16个透镜 , 各个火花闪光互相不 干扰 。 如图 2所示 , 左上端火花光源的闪光只能进 入右下角的 CMOS , 左下角火花光源的闪光只能进 入 右上端的 CMOS 。 图中为了作图方便 ,

只画出了

图 2　 光学子系统示意图
一列 4个单元的情形 。
2. 3　 数字成像子系统
成像触发电路在同步信号作用下控制 CMOS 的起始曝光时间 。每一个 CMOS 图像传感器都有 自己的图像处理电路和图像存储单元 , 可通过各自 的 U SB 接口传输图像到计算机中 。图像传感器阵 列通过单个电源统一控制 , 具有一致的水平同步信 号 HS 和垂直同步信号 VS 。整个系统以 VS 为基 准信号 , 使火花闪光和 CMOS 曝光保持同步 。 2. 4　 同步控制子系统
同步控制子系统由时序延时器和同步控制电路 组成 , 是整个系统的枢纽 , 保证整个系统的各个子系 统协同工作 , 使火花源点阵闪光和对应的 CMOS 成 像单元曝光保持同步 。
同步控制电路控制落锤的下落 , 当落锤撞击被 拍摄物体的瞬间 , 给出一个信号使时序延时器开始 工作 。同时 , CMOS 图像传感器的电子快门打开 。 时序延时器通过高压放电电路控制 16路火花源点 阵依次闪光 。 通过延时器的控制 , 将高速运动过程 在时间上进行分割 , 实现对不同时间点的图像拍摄 。 另外 , 与同步控制电路相配合 , 使整个火花源均在 CMOS 传感器的快门打开时间范围内闪光 , 获得记 录碰撞过程的 16幅瞬间图像 。
3　 CMOS 成像子系统
3. 1　 单个成像单元的构成与实现 3. 1. 1　 CMOS 成像单元
单个 CMOS 成像单元如图 3所示 。 其中 , 单片
机和外触发同步电路控制时序 ; SDRAM 是数据缓 存器 , 在不掉电的情况下可以暂时保存静态图像 ; CF 卡是可选器件 , 用来永久地保存图像

。

图 3　 单个 CMOS 单元构成框图
CMOS 图像传感器由像素电路阵列组成 。在 拍摄高速运动物体时 , 为了避免拖尾现象而造成图 像模糊 , 必须让整个像素空间同时曝光 , 并且曝光时 间足够短 。 CMOS 图像传感器的拍摄分曝光拍摄
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和逐行扫描输出两部分 。
DSP 图像处理器通过 I 2C 总线对 CMOS 的寄 存器进行设置 ,CMOS 输出 YUV 信号给 DSP 图像 处理器进行处理 , 以标准的图像文件格式存储在数 据缓存器 SDRAM 中 。拍摄到的图片可以通过标 准 U SB 接口传输到计算机中 。如果使用了 CF 卡 , 则计算机也可以从 CF 卡中读取图像 。成像单元需 要两种工作电压 , CMOS 图像传感器接入 5V 电 压 , 其他器件接入 3. 3V 电压 。
本系统选用美国 Omnivision (以下简称 OV 公 司的单色 CMOS 图像传感器 OV7120作为图像获 取器件 , 分辨率 640×480, 由像素阵列 、 模拟信号处 理器 、 双通道的多路选择器和模数转换器 、 视频时钟 控制 、 曝光 /增益控制和白平衡控制模块等部分组 成 。 输出的模拟视频信号经过 2个片内 10位模数 转换器 , 通过视频接口输出 YUV 信号 。 3. 1. 2　 单元成像时序

如图 4所示 ,CMOS 图像传感器由内部曝光控 制信号进行自动曝光控制 。当 CMOS 工作在逐行 扫描模式下 , 内部曝光控制信号处于高电平 , 在水平 同步信号的上升沿 , 电源开始对 CMOS 像素阵列进 行预充电 , T pr 为充电时间 。随后电子快门打开 , 像 素阵列开始曝光 , T ex 为曝光时间 ; 当内部曝光控制 信号处于低电平 , 电子快门关闭 , 开始输出图像数 据
。

图 4　 外触发器曝光时序
同步控制电路响应外部触发信号 , 使火花闪光 的时间刚好落在 CMOS 图像传感器曝光的时间之 内 。 由于曝光是对感光的积分过程 , 只要火花闪光 的亮度足够强 , 就能使像素阵列充分曝光 , 实现对高 速运 动 物 体 瞬 间 图 像 的 记 录 。因 此 , 对 于 单 个 CMOS 成像单元能否完成摄像任务的关键在于外
部火花闪光时间和 CMOS 快门打开曝光时间相协 调 。
3. 2　 成像阵列
根据应用要求 , 每个成像单元的 DSP 图像控制 器 、 单片机和 SDRAM 等器件均设计在一个 PCB 板 卡上 , 相当于一个独立的子卡 。同时另外设计一个 带有 16个 CMOS 传感器和插槽的板卡 , 作为主板 。 各子卡通过插槽安装固定在主板上 , 形成成像阵列 。 这种设计方式可以使各 CMOS 传感器与对应的火 花源精确对准 , 保证成像质量 。
4　 系统时序与同步控制设计
高速拍摄 系统 要 控 制 火 花 源 点 阵 的 闪 光 和 CMOS 图像传感器阵列的曝光保持同步 , 前提是确 定成像单元的拍摄时间和曝光时间 。 4. 1　 成像单元系统时序
主模式下 , 成像单元 OV7120的输出水平同步 信号 HS 、 垂直同步信号 VS 和系统时钟信号 CL K 的关系如图 5所示 , 图中 , T clk =74ns , T hs =3. 5μs , T vs =66. 7ms , T Hvs =400μs
。

图 5　 OV7120内部时序图
通过设置 ,OV7120可以从默认的主模式转为 从模式 。此时 ,OV7120需要从外部得到 CL K 、 HS 和 VS 。
为了便于同步控制 , 设定其中 1个 OV7120工 作在主模式下 , 另外 15个 OV7120工作在从模式 下 , 前 者 为 后 者 提 供 CL K 、 HS 和 VS 。即 16个 CMOS 传感器同时打开快门 , 通过控制火花源点阵
分时闪光 , 以拍摄不同时刻的图像 。 因此 , 准确确定 CMOS 传感器的快门打开时间和曝光持续时间是 进行同步控制的前提条件 。 4. 2　 成像单元拍摄时间的确定
如图 6所 示 , 是 多 路 采 样 数 字 示 波 器 测 得 OV7120的 SNA P 、 VS 、 V IN T 、 YUV 和 B EEP5路 信号波形图 。 SNA P 为成像单元的触发信号 。 VS 为 CMOS 的场同步信号 , 周期为 66. 7ms 。 V IN T 为视频中断信号 , 在静态图像拍摄模式下 , 拍摄完一 幅图像 , 将给出最后一个中断脉冲信号 ; 在此之前 ,
・
841・
V IN T 和 VS 保 持 同 步 , 并 有 关 系 T vint =5T vs 。 YUV 为 CMOS 输出的视频数据信息 , 也和 VS 完
全保持同步 。 B EEP 为蜂鸣器信号 , 当拍摄到图像 并对图像完成处理和存储以后 , 蜂鸣器会鸣叫一声 (beep 。 最后一个 V IN T 信号到蜂鸣器鸣叫的时 间是一固定值 , 为 58ms 。其中 , t 1为 OV7120快门 按下到第一个 VS 信号上升沿到来之间的时间 , t 2为快门按下到第一个 V IN T 下降沿到来之间的时 间 , t 3为 快门 按下到 B EEP 下降沿 到 来 的 时 间 。 表 1所示为实测的 t 1、 t 2和 t 3具体值 。
由表中的数据可以发现 , t 1值在 0~66. 7ms 内 随机地变化 , t 1、 t 2和 t 3存在如下关系 :
t 2=t 1+aT
(1 t 3=t 2+5T +58(2 式中单位均为 ms , a 为 -1、 0、 1、 2或 3中的某一个
整数 , 由具体情况确定 。
通过研究 t 2的实验数据可以发现 ,CMOS 是在 快门按下后第四个 VS 脉冲到来时开始曝光 , 并在 第五个 VS 脉 冲 到 来 之 前 已 经 完 成 曝 光 。因 为 OV7120的最大曝光时间为 32. 4ms , 而一个 VS 周
期为 66. 7ms

。

图 6　 OV7120的测试波形
表 1　 拍摄时间测量值 (单位 :ms
实验序号
t 1
t 2
t 3
t 1
t 2
t 3

44833298490132222
412

18
84
476
20
54
54
4464. 3　 系统同步控制设计
如图 7的系统同步控制示意图所示 , 落锤由电
控阀门固定住 , 当电控阀门接受到触发控制信号后 , 将释放落锤 , 然后落锤将作自由下落运动 。当落锤 下落到滑杆底部 , 与被拍摄物体相碰撞的同时 , 也为 火花源点阵的延时器提供启动信号 , 使得火花源点 阵经过一段时间延时后点火 。同时 ,CMOS 阵列在 另一延时器的作用下 , 在一段时间后打开快门 。通 过对系统时序的精确控制 , 使得火花源点阵的点火 时间落在 CMOS 阵列的快门打开的时间范围内 , 实 现点火与拍摄的同步 。
因此 , 同步控制的关键是调整好两延时器的工 作时序 , 在实验中需要根据具体应用情况进行现场 调整 。

图 7　 系统同步控制示意图
5　 实验
实 验 中 , 16个 CMOS 图 像 传 感 器 均 采 用
OV7120,DSP 图像处理器采用由 Winbond 公司研 制 的 W9968CF 芯 片 , 控 制 用 单 片 机 采 用 由 Winbond 公司研制的 W78L E516芯片 ,SDRAM 选
取 的 是 韩 国 现 代 半 导 体 公 司 1M ×16的 H Y57V1616。
获取的图像可以保存在 SDRAM 中 , 通过 U SB 接口与计算机相连接 , 将成像单元中获取的图像传 输到计算机中保存 。另外 , 还可以通过 TWA IN 接
口 , 利用 Imaging for Windows 、 Photoshop 等专用 图形 处 理 软 件 浏 览 或 处 理 图 像 。实 验 中 , 通 过 TWA IN 接口 , 利用 Imaging for Windows 实时查看
获取的图像 , 以便判断实验效果和确定是否需要重 新进行实验 。
实验系统的主要技术指标如下 :
数字图像传感器 :256灰度级的黑白 CMOS , 分 辨率为 640×480;
电子曝光时间 :63.5μs ~32. 4ms ;
最大视频帧率 :15fp s (V GA ,30fp s (QV GA ; 外触发曝光时间 :0.5μs ;
相邻 CMOS 曝光间隔 :0~9999μs 连续可调 , 分度值为 1μs ;
・
941・ 《半导体光电》 2005年 4月第 26卷第 2期 王可东 等 :　 低成本 CMOS 阵列式高速成像系统
图像格式 :BMP 或 J PEG;
每个成像单元都能单独存储 11幅图像 ; 支持 U SB1. 1标准 ;
支持 TWA IN 接口规范 。
图 8所示为成像子系统的实物照片 , 图 9为利 用该系统获取的落锤与一环形被拍摄物体相碰撞瞬 间的图像 。 通过本系统 , 可以获取研究碰撞过程所 需要的相关资料

。

图 8　

成像子系统实物照片

图 9　 系统获取的落锤与一环形物碰撞瞬间的图像
6　 结语
本文研制了一种低成本 CMOS 阵列式高速摄 像系统 。 采用主板和子板式结构 , 各成像单元相对 独立 , 通过插槽与主板相连接 。通过时序控制 , 使 16个 CMOS 传感器同时打开快门 , 并将其曝光时
间调整为最大值 32. 4ms 。针对同步控制 , 实验确 定了成像单元的工作时序 , 通过延时器调整火花源 点阵的闪光时间 , 使各火花源在不同时间点闪光 , 且 所有闪光均发生在 CMOS 阵列的快门打开曝光时 间段内 。
实验完成了碰撞过程的高速拍摄任务 。 参考文献 :
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作者简介 :
王可东 (1975- , 男 , 安徽省庐江县人 。 1999年 3月于东北大学获得工学硕士学位 ,2003年 1月 于清华大学获得工学博士学位 。 2003年 4月至现 在于北京大学遥感与地理信息系统研究所进行博士 后研究工作 。 研究方向为导航控制 、 应用光学 。 E 2mail :wangkd99@163. com
・
051・ SEMICON DUCT OR OPT OE LECTR ONICS 　 V ol. 26No. 2Apr. 2005
倒置荧光显微成像系统等采购信息
项目名称
倒置荧光显微成像系统、蛋白纯化系统、真空冷冻干燥仪采购
采购编号
2010-02-12
采购目录
货物类
标书内容
详见附件
采购方式
邀请招标
供应商投标资格
符合《 采购法》第二十二条规定的供应商基本条件；具有本招标项目的经销范围；必须是2021年9月或以前注册成立的法人；若是2021年9月以后成立的公司，则注册资本必须达到50万元及以上，并且具有相同或以上规模已投入使用的类似成功项目业绩三个或以上。注：近期内未在我校通过资质审查的投标单位须在2010年9月28日下午2：30前通过我校资质审查后方能参加投标。具体需提交如下证照：营业执照副本原件、税务登记证原件（国税、地税）、法人机构代码证原件和以上证件的复印件并加盖鲜章）
发放标书时间
2010年9月14日——2010年9月27日，每天上午8：30-11：30，下午2：30-5：30，节假日除外
获取招标文件地址
国有资产管理处采购科
标书资料费
200元
投标保证金
2000元
截止递交投标文件时间
2010年9月28日 北京时间14：30
开标时间
2010年9月28日 北京时间14：30
投标文件递交地址
国有资产管理处采购科
开标地址
国有资产管理处会议室
经办人
张荣秀（[e-mail] ）、周志云
联系
68251032 ：68251032 68253800 68250189

采 购 内 容

序号
设备名称
产地
单位
数量
1
倒置荧光显微镜成像系统
进口
套
1
2
蛋白纯化系统
进口
套
1
3
真空冷冻干燥仪
进口
台
1

凝胶成像分析系统
产品型号：GIAS 4400

硬件配置：
紫外灯箱：抽屉式全封闭的人性化设计，最大程度上避免紫外线对人体的伤害。紫外透射波长： 312nm(可选)、面积： 200 × 200mm ； 254 ， 365 反射光源
CCD：8 位单色模拟CCD，低照度 0.0003LUX ,水平解析 570 线, 6 倍光学变焦，光圈 F1.2-16 ；积分 2-255 帧；PAL制式 ；可检测出 ≤ 20pgEB 染色的双链 DNA，140/300万象素数字CCD ； 1/2-inch ；具有 1600H×1200V 分辨率和板级处理功能， 有效保证全视野图像，清晰逼真。
图像卡：日本标准镜头8-48mm，光圈 F1.2-16，6倍光学变焦
白光板：进口，紫外转换白光，透、反射光源，透射面积 200 × 200mm
滤光器：德国进口， Eb. 专用超多层镀膜滤波片；屈光调整镜，含转换接口
软件简介:

积分拍摄：

实时拍摄，100帧积分，有效保证图像清晰逼真

图像处理：

对待测图像进行加强效果色彩、亮度、对比度，建立背景扣除模式

泳道校正：

自动或人工设定光密度校正功能

定标定量：

输入MARK值,计算出其他泳道的分子量.所有的分析计算的结果与 Excel，word无缝连接

Colony计数：

自动/手动找出Spot，多种测量参数选择，并可将统计数据根据用户标准自动分类

Dot Blot分析：

对圆形，矩形SlotBlotsDots ,算出每一个dot的密度值并作出统计图形等功能

物体表面3D模拟：

可辅助数据说明

图像数据库管理：

提供相关的图文资料和图谱数据库管理，可快速查找图片，或打印，发送图像
2D Advanced：

1D,PCR 定量分析：

：

2D(双向)电泳：

算法优异，能同时高速完成多块凝胶图片的匹配，特别适合大批量的 2D 电泳图形的数据分析； 基因表达和 2D 动态对比，叠加全部或部分 2D 、排列和储存用于定量对比

硬件选择：

图像采集模式：模拟CCD

图像采集模式：数字CCD

图像采集模式：数码相机

白光转换

价格：5，8000 RMB

・ ４ ・ ２ 　 应用光学 ２ １ ，３ １ 吴 从 钧 ， ： 镜一 栅 一 镜 型 光谱 成 像 系 统 光 学设 计　 ０２３（） 　 等 棱 光 棱 参考文献 ： 　 ３ ４ 结 果讨论　 ． Ｐ ＧＰ成像 光谱 仪 系统 的性 能 不 仅 和 ＭＴ Ｆ有　 关 ， 和衍射效 率 以及 系 统 的透 过 率 有关 ， 学 玻　 还 光 璃 材料 的透 过 率 一 般 都 较 高 ， 的 光 学 玻 璃 材 料　 好 ［ ３ 汪逸群 ， 昌翔 ， １ 颜 苗春 安． 星载 高分辨率 超光 谱成 像　 仪 分 光 方 式 的 选 择 ［］ 中 国光 学 与 应 用 光 学 ，０ ９ ２ Ｊ． ２ ０ ，　 （ ）： ０ － ０ ． ４ ３ ４ ３ ８　 Ｗ ＡＮＧ　 － ｕ ， Ｙｉ ｎ ＹＡＮ　 ｈ ｎ — ｉｎ 。 Ｉ ｑ Ｃ ａ ｇ ｘ ａ ｇ Ｍ Ａ０　 ｕ － ｎ　 Ｃｈ ｎ ａ ． Ｃｈ ｉｅ ｏ 　 ｐ ｃ ｒ ｌ ｐ ｉ ｉ ｇ ｍｏ ｅ 　ｎ ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｈ — ｏ ｃ 　 ｆｓ ｅ ｔａ — ｌ ｔｎ 　 ｄ ｓ ｉ　 ｐ ｃ － ｏ ｎ 　 ｙ 　 ｓ ｔ 可 达 ９　 以上 ， ５ 以下仅 对 Ｐ ＧＰ元 件 的衍 射效 率进　 行 分析 。 　 ｐｒｓｅｔ ｌｍａ ｅ ［ ． Ｃ ｉｅｅ Ｊｕｎ ｌｏ　 ｔ ｓ ｅ－ｐｃｒ 　 ｇｒ 刀 ａｉ ｈｎ ｓ ｏ ｒａ ｆＯｐｉ 　 　 　 ｃ ａ ｄ Ａｐ ｌ ｄ Ｏｐ ｉｓ ２ ０ ， （ ） ３ ４ ３ ８ （ ｎ Ｃ ｉ ｅ ｅ ｎ 　 ｐ ｉ 　 ｔｃ ， ０ ９ ２ ４ ： ０ — ０ ． ｉ 　 ｈ ｎ ｓ 　 ｅ ｗｉｈ ａ 　 ｇｉｈ ａ ｓ ｒ ｃ ） ｔ 　 ｎ Ｅｎ ｌ 　 ｂ ｔａ ｔ　 ｓ Ｐ ＧＰ衍射 效率 主要指 体 全息 布 拉 格衍 射 光栅　 的衍 射效 率 。根据 （０ 式 ， 用 Ｍａｌ １） 利 ｔ ｂ计 算各 个　 ａ 波段在 光栅 上 的入 射 角 度 和衍 射 角 度 ， 以求 得　 可 体全息 光栅 的衍 射效 率 和 厚度 、 波长 之 间的 关 系 ， 　 但 是考 虑 到 整个 系 统 波 段 较 宽 ， 不 能在 衍 射 效　 并 率最 高处 选 择 其 对 应 的 波 长 为 中心 波 长 ， 为 相　 因 ［ ３ 郑玉权 ， 慧 ， ２ 王 王一 凡． 星载 高光谱 成像仪 光学 系统　 的选 择 与 设 计 ［ ］ 光 学精 密 工 程 ， ０ ９ １ １ ）　 Ｊ． ２ ０ ， ７（ １ ： ２６ ９－ ６３ ． ２ ２ ７　 ＺＨＥＮＧ　 － ｕ ｎ Ｗ ＡＮＧ　 Ｙｕ ｑ ａ ， Ｈｕ ， ＡＮＧ　 —ａ ． Ｓ － ｉＷ Ｙｉ ｎ ｆ ｅ　 ｌｃ ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｓｇ 　 ｆ ｏ ｔｃ ｌ ｓ ｓ ｅ ｓ ｆ ｒ ｓ ａ ｅ ｏ ｎ 　 ｅ ｔｏ 　 ｎ 　 ｅ ｉ ｎ ｏ 　 ｐ ｉａ　 ｙ ｔｍ 　 ｏ 　 ｐ ｃ ｂ ｒ ｅ 对 于中心 波 长 来 说 ， 波 方 向衍 射 效 率下 降 的 速　 短 率远 大于 长波方 向 ， 因此 在 整 个 波段 ， 录介 质厚　 记 度选择 ０ ０ ５５ｍｍ， 时 边缘 波 段 和 中心 波 长 的　 ． １　　 此 ｈ ｐ ｒｐｃｒｌｍａ ｅｓＪ．Ｏｐｉ 　ｎ　 ｒｃ ｉｎＥ ｇ— ｙ ｅｓ ｅｔａ ｉ ｇ ｒ［］ 　 ｔ ｓａｄＰ ｅｉｏ 　 ｎ ｉ ｃ ｓ 　 ｎ ｅ ｉ ｇ， ０ ９， ７（ Ｉ ： ６ ９ ２ ３ ． （ｎ Ｃｈ ｎ ｓ 　 ｔ 　 ｅ ｒｎ ２ ０ １ Ｉ ） ２ ２ － ６ ７ ｉ 　 ｉｅ ｅ ｗｉ ｈ ａ 　 ｎ ｌ ｈ ａ ｓ ｒ ｃ） ｎ Ｅ ｇ ｉ 　 ｂ ｔａ ｔ　 ｓ 衍射 效 率均 大 于 ０ ６ 在 ５ ０ｎ 衍 射 效率 达 到 极　 ． ， ８　 ｍ 值， 约为 ９ ．　／。 ９ ６９ 　 ６ ［ ］ 常凌颖 ， ３ 赵葆常 ， 邱跃洪 ， 等．ＡＯ Ｆ成像光谱仪光 机　 Ｔ 系统设计［］ 应用光学 ，０ ０ ３ （ ）３ ５３ ８ Ｊ． ２ １ ，１３ ：４—４ ． 　 ＣＨＡＮＧ　 ｎ — ｉｇ， Ｌｉｇ ｙｎ ＺＨＡ０　 ｏｃ ａ ｇ， ＱＩ Ｂａ －ｈ ｎ Ｕ　Ｙｕ － ｅ　 ａ ｇ ｅ　 １ Ｏｐ ｉ ｌａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｄ ｓｇ 　 ｆ ｉ ｇ ｎ 　 ｈ ｎ ， ｔａ． ｔ ａ　 ｎ 　 ｃ ａ ｉａ　 ｅ ｉ ｎ ｏ 　ｍａ ｉ ｇ ｃ ｓ ｅ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｅ 　ｏ 　ａ ｏ ｓｏ ｏ ｔ 　ｔ ｎ ｂ ｅ ｉ ｅ 　 ｐ ｃ ｒ ｍｅ ｅ 　ｂ ｓ ｄ ｎ ｃ ｕ ｔ － ｐ ｉ ｕ ａ ｌ　ｆｌ ｒ ｃ ｔ 成像 镜 的第 三块 镜 子 对 于成 像 质 量 敏感 度 影　 响很 大 ， 因此 其 公 差 相 对 于 其 他 元 件 较 紧 。理 想　 情 况下棱 镜 的厚 度 对 于 系统 像 质 影 响 为零 ， 是　 但 它 会影 响 系统 的透 过 率 和体 积 ， 此 应 选 择 适 合　 因 装 配且较 薄 的棱 镜 ， 差 可相 对 放松 ， 公 本设 计 中选　 择棱 镜 的厚度 为 ５ｍｍ。 　 　 ［ ］ ｏ ｒａ ｏ　 ｐｉ 　 ｐｉ ， ０ ０ ３ （ ） ３ ５　 Ｊ ．Ｊ ｕｎｌ ｆＡｐ ｌｄ Ｏ ｔ ｓ ２ １ ， １ ３ ： ４— 　 ｅ ｃ ３ ８ （ｎ Ｃｈ ｎ ｓ 　 ｔ 　 ｎ Ｅ ｇ ｉｈ ａ ｓ ｒ ｃ ） ４ ． ｉ　 ｉ ｅ ｅｗｉ ａ 　 ｎ ｌ 　 ｂ ｔ ａ ｔ　 ｈ ｓ ［ ］ ＷＵＴ Ｉ 　 Ｒ Ｅ Ｅ Ｅ Ｇ Ｒ Ｓ ｎｉｖ　 ａ ａ ｒ　 ４　 Ｔ Ｇ Ａ， Ｉ Ｓ ＮＢ Ｒ 　 ． ｅ ｓ ｉ ｈ ｄｍａｄ ｔｅ ｔａ ｓｏ ｍ　 ｉ ｇ ｎ 　 ｓ ｅ ｔｏ ｔ ｒ ｗｉｈ ａ ｓｍｐ ｅ ｒｎ ｆ ｒ ｍａ ｉ ｇ ｐ ｃ ｒ ｍｅ ｅ 　 ｔ 　 　 ｉ ｌ　 本设 计和 相关 类 似设 计 相 比， 入射 狭 缝 较 长 。 　 这对 于 空间探 测来 说 可 以有 效地 增 大 探测 地 面 的　 范 围 ， 为设计 宽视 场系 统提供 了参考 。 也 　 ＭＥ ［－ ＰＥ，０ ３ ４８ ：６ ． ＭＳ Ｊ ．Ｓ Ｉ ２０ ，４ １ １ ７ Ｉ 　 ［ ］ ＡＩ Ｉ Ｍ． Ｈｙ ｅｓ ｅｔａ ｐｉ ｇａｉｇｐｉ 　ｍａ　 ５　 Ｋ Ｏ　 ｐ ｒｐｃｒｌ ｒ ｍ－ｒｔ —ｒ ｍ ｉ — 　 ｓ ｎ ｓ ｇｎ　ｐ ｃ ａｇａ ｈ Ｄ ．Ｆｎａｄ Ｕｎｖｒｉ 　ｆ ｕｕ　 ｉｇｓｅｔ ｏ ｒｐ ［ ］ ｉｌ ： ｉ ｓ ｙｏ　 ｌ， ｒ ｎ ｅ ｔ Ｏ ２ ００１　 ． ４ 结论　 　 在详 细分 析 Ｐ ＧＰ元 件 分 光原 理 的 基 础 上 ， 对　 其设 计参 数 之 间 的关 系进 行 了推 导 ， 据 系 统 的　 根 参数 ， 出 了系统 的特 点 ， 按 照所 要 求 的设 计 指　 给 并 标 ， 计 了一个 波段 在 ４ ０ｎｎ ０　 ｍ， 设 ０ 　ｒ￣８ ０ｎ 总长度 为　 ［ ３ 肖功海 ， 嵘 ， ６　 舒 薛永祺 ［］ 显微 高光谱 成像系统 的设　 Ｊ． 计 ［］ Ｊ ．光 学 精 密 工程 ，０ ４ １ （） ３ ７３ ２ ２０ ，２ ４ ：６—７ ． 　 ＸＩ ＡＯ　 ｎ — ａ ，ＳＨＵ　 ｎ Ｇｏ ｇ ｈ ｉ Ｒｏ ｇ，ＸＵＥ　 ｎ ， ｉ Ｙｏ ｇ ｑ ．Ｄｅ ｉｎ ｓｇ 　 ｏ　 ｃｏｃｐｃｈ ｐｒｐｃｒｌｍ ｇｎ 　ｙｔｍ［］ ｐ　 ｆ ｒｓｏ ｉ ｙｅｓｅｔ 　 ａ ｉｇｓｓｅ Ｊ．Ｏ － ｍｉ 　 ａｉ ｔ ｓ ａ ｄ Ｐ ｅ ｉｉ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ０ ４， ２ ４ ： ６ — ７ ． ｉ 　 ｎ 　 ｒ ｃ ｓ 　 ｎ ｉ ｅ ｒｎ ２ ０ １ （ ） ３ ７ ３ ２　 ｃ ｏ ９　 Ｔ， ０ｍｌ 物方 数 值 孔 径 为 ０ １ ， 大 畸 变 小 于 ２ ｌ ．５最 　 的光学 系 统 。整 个 光 学 系 统 采 用 透 射 式 对 称 结　 构， 这对 于 镜 座 设 计 和 装 调 都 是 非 常 方便 的 。通　 过计 算 ， 首先设 计 了 系统 的成 像 镜结 构 ， 将 整 个　 再 ［ ］ 朱善兵 ， ７ 季轶 群 ， 宫广 彪 ， 等．棱镜一 光栅一 棱镜 光谱成　 像系统 的光 学 设 计 ［ ］ 光 子 学 报 ， ０ ９ ３ ９ ： Ｊ． ２ ０ ， ８（ ） 　 ２２ ０ ２ ３　 ７ — ２７ ． ＺＨＵ　 ｈ ｎ ｂｎ Ｓ ａ —ｉｇ，Ｊ　 —ｕ ， ＧＯＮＧ　 ａ ｇ ｂａ ＩＹｉｑ ｎ Ｇｕ ｎ － ｉｏ，ｅ　 ｔ ａ．Ｏｐ ｉａ １ ｔｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｍ－ ｒ ｔ ｇ ｐ ｉｍ　ｉ ｇ ｎ 　 　ｄ ｓｇ 　ｏ 　ｐ ｉ ｇ ａ ｉ － ｒｓ ｓ ｎ ｍａ ｉ ｇ 系统 组 合 到 软 件 中 进 行 优 化 设 计 ， 得 系 统 的　 使 ＭＴＦ在各 个 视 场 和 波段 内均 大 于 ０ ７ 在 中心波　 ．， 长处 可达 ０ ８ ． ５以上 ， 近 衍 射极 限 。对 系 统 的体　 接 ｓｅｔ ｍｅｅｓＪ ．ＡｃａＰ ｏｏｉ 　 ｉｉ ，２０ ， ８ ｐｃｒ ｔｒ［ ］ ｏ ｔ ｈｔｎｃ Ｓｎｃ 　 ａ ａ ０ ９ ３　 （ ：２ ７ — ２ ３ （ ｎ Ｃｈ ｎ ｓ 　 ｔ 　ａ 　 ｇ ｉｈ ａ — ９） ２ ０ ２ ７ ． ｉ　 ｉ ｅ ｅ ｗｉ ｈ ｎ Ｅｎ