通过移动变倍组和补偿组,在保证所要求的变焦倍率的同时,考虑高级像差对最佳像面的影响,调整各组之间的间隔,使之尽量符合各焦距最佳像面的位移变化,最终达到在各种焦距位置时对高斯像面的严格一致.

为提高CCD摄像机的成像质量，同时使镜头结构紧凑、小型化，在大视场光学镜头的设计中，引入标准二次曲面和偶次非球面。根据初级像差理论，分析了非球面的位置、初始结构参数的求解规律。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化，给出工作波长为0．4～0．7μm、全视场角为80°，相对孔径为1：1．5的镜头设计实例。该镜头由7块镜片组成，包括一个标准二次曲面和两个8次方非球面；在40lp／mm空间频率处的MTF值超过0．85，全视场畸变小于3％，像质优良。

传统上,在设计变焦距镜头时都要利用高斯光学求解变焦距的各组元焦距、组间隔。与传统方法不同的是,该文利用矩阵光学理论,建立变焦距镜头的光线传输矩阵,并以此矩阵建立非线性方程组,然后用数学软件对其求解,得到各组元的焦距、组间隔等参数。最后以设计一个普通的摄像物镜为例,演示了矩阵光学在设计变焦距镜头中的应用。

利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统，对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中，利用中心视场区域内畸变设计无穷小，采用三次多项式拟和的方法，计算镜头理论焦距；在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正，得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证，镜头全视场畸变测量精度可达到0．02％。

增大视场角和相对孔径是提高水下微光摄影物镜性能的重要手段。介绍大视场大相对孔径水下微光摄影物镜的设计方法和特点。基于反摄远结构采用11片镜片设计了相对孔径为1／1．4，水下全视场角66°，焦距11．8mm的水下微光摄影物镜。质量评价结果表明：设计的摄影物镜成像质量优异，在空间频率为42lp／mm时0．7ω的MTF值高于0．5，且达到各项性能指标，能够满足水下微光摄影物镜对大视场大相对孔径的需求。

设计了一种宽谱段大口径透射式摄影镜头,主要光学参数：焦距f′=200mm,口径D=160mm,视场角2ω=18°,光谱范围400μm～950μm。通过增加透镜个数,分裂厚透镜,选择具有相似色散特性的玻璃等方法将双高斯物镜复杂化,并且通过减小透镜通光口径消除部分边缘光线来改善像质。最终设计出的光学系统在空间频率30lp/mm时MTF大于0.55,且各种像差都得到了很好地校正,像质均匀,满足宽谱段大口径摄影镜头的要求。

为提高变焦距系统的工作性能，使其在大视场时仍具有良好的像质，且系统结构简单，易于机械设计、加工及装调，在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算，用光学设计软件ZEMAX上机调试，设计了焦距为6．9mm～91．6mm，视场5°～60°的变焦系统，整个系统由4组12片透镜组成，其中包括3个非球面，系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑，系统成像质量得到提高。

利用ZEMAX光学软件设计出了一款适用于0.55″单片DLP微型投影机的广角数字微型投影镜头。镜头结构由6组8片镜片组成,具有结构简单、体形小、易加工、成本低等特点。镜头的有效焦距为8.25mm,相对孔径为1/2.2,全视场角为80.5°,最大口径小于24mm,光学总长控制在40mm,后工作距离为24mm。镜头有较好的成像质量,在镜头的分辨率66lp/mm处,所有视场的MTF值均大于0.45,全视场畸变量的绝对值小于0.7%,垂轴色差小于0.5个像元大小。

计算机视觉通常采用针孔摄像机模型,但对于存在较大畸变的鱼眼镜头或广角镜头,必须首先纠正镜头畸变才能应用针孔模型.为了从同时存在透视变形和鱼眼畸变的图像中纠正鱼眼畸变,采用了以下射影不变性空间中直线的投影为直线;平行直线束的投影平行或相交于一点;直线段投影的交比不变.首先,用待纠正的鱼眼镜头对一幅等间隔正交网格图成像,提取网格结点作为控制点,然后用射影不变性求解畸变模型,达到纠正畸变的目的.该算法巧妙地运用三次方程的Cardan解法,大大提高了速度.结果表明,运用该方法纠正鱼眼镜头畸变速度快、精度高.

在用CCD相机进行目标探测时,多数情况下目标的背景具有一定的照度,这个照度会对探测结果产生影响。为了了解背景对探测结果的影响,通过建立CCD相机三维噪声模型及其测试系统,在不同光照条件下对CCD相机的时间噪声和空间噪声进行了测量与分析。给出了测试系统的结构框图和部分测试结果,得到了对CCD输出质量产生主要影响的噪声以及时间噪声和空间噪声随光照度变化的规律。测