1、隨著經(jīng)濟、科學(xué)科技迅速的發(fā)展，無論是發(fā)達國家，還是發(fā)展中國國家或欠發(fā)達國家，安全問題都成為當(dāng)今整個社會所關(guān)注的焦點，現(xiàn)在在普通人的日常生活環(huán)境中，如超市、辦公樓、車庫、街道、酒店、廣場、甚至居住的小區(qū)，到處都有攝像機，可以說，攝像機已經(jīng)無處不在。而隨著安防監(jiān)控逐漸成為社會需求關(guān)注的熱點，安防技術(shù)的發(fā)展也越來越受到社會各方面的重視，人們對監(jiān)控的要求已由以前的可見光監(jiān)控逐漸向夜間無光監(jiān)控的方向發(fā)展。紅外攝像技術(shù)自從被應(yīng)用于民用行業(yè)以來，這幾

2、年得到了迅速發(fā)展，在各行各業(yè)中都得到了普及。紅外攝像技術(shù)牽涉到較多的技術(shù)問題，從紅外燈到CCD鏡頭，都與白天所用的攝像機有所不同。本論文研究工作的主要任務(wù)是設(shè)計具有較高分辯率的近紅外連續(xù)變焦鏡頭，并為了提高成像質(zhì)量，對變焦鏡頭進行鬼像分析。論文研究內(nèi)容如下： 緒論部分先對所要的研究的課題作一個說明，闡明紅外攝像一體機的在安防等領(lǐng)域的意義及其研究目的。目前隱蔽的、科學(xué)的夜視監(jiān)控是采用紅外攝像技術(shù)，紅外攝像技術(shù)分為被動攝像技術(shù)和主動

3、攝像技術(shù)著兩種。主動紅外攝像技術(shù)成熟，價格較低，成像質(zhì)量好，故成為夜視監(jiān)控的主流，本文所采用的也是這種技術(shù)。然后對其工作原理、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了簡單介紹，并指出當(dāng)前存在的缺點及不足。在此基礎(chǔ)上本文提出研究設(shè)計具有高分辨率的近紅外一體機鏡頭，旨在設(shè)計一種變焦鏡頭在有紅外輔助光源時鏡頭焦點不偏移，從而保證不論是夜晚和白天都能獲得同樣清晰圖像。 第一章概述了變焦距光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)理論和對變焦距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法進行探究。變焦距光學(xué)系

4、統(tǒng)是一種焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化而像面保持穩(wěn)定，并且在變焦距過程中像質(zhì)保持良好的光學(xué)系統(tǒng)。在這章中首先介紹了幾種類型的變焦系統(tǒng)的描述、變焦運動過程分析及變焦系統(tǒng)的高斯求解。機械補償比光學(xué)補償有更靈活的設(shè)計形式和更緊湊的結(jié)構(gòu)，其中主要介紹了只有一個變倍組和一個補償組的變焦距系統(tǒng)，及其高斯光學(xué)參數(shù)的求解。接著探討了變焦系統(tǒng)鬼像的來源、危害及雜散光的常用的分析方法。 第二章講述了高解析紅外變焦一體機鏡頭的設(shè)計和優(yōu)化的整個過程。首先

5、根據(jù)實際需求和目前的技術(shù)給近紅外攝像一體機提出了設(shè)計方案，確定了光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，并查閱現(xiàn)有的資料和專利，找出合適有潛力的結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)。接著依靠ZEMAX輔助光學(xué)設(shè)計軟件的強大功能優(yōu)化設(shè)計出變倍比10×的近紅外攝像一體機鏡頭。該系統(tǒng)采用機械補償式，工作波長為0.486 μm-0.656 μm(可見光)和850 μm(近紅外)、焦距為5～50mm、F＃最大值是2.4，實現(xiàn)了0.7視場其空間頻率為501p/mm的調(diào)制傳遞函數(shù)均大于0.3，系

6、統(tǒng)像面穩(wěn)定、像質(zhì)良好具有高解析的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果。最后給出了該變焦系統(tǒng)的凸輪曲線，將變倍組2的運動軌跡設(shè)計成非線形曲線，以降低凸輪爬升角，減小凸輪運動阻力。 第三章對變焦系統(tǒng)鬼像的分析進行了探討。光學(xué)系統(tǒng)的雜散光在光機系統(tǒng)內(nèi)由于多次殘余反射會形成鬼像。對于變焦成像系統(tǒng)來說，由于面數(shù)較多、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜更易在像面附近形成光暈或鬼像，從而影響了成像的銳度和對比度，降低了鏡頭的分辨率，干擾目標(biāo)的識別；而且還由于變焦系統(tǒng)具有運動的結(jié)構(gòu)，以

7、至于難以進行全面的分析模擬。本章應(yīng)用ASAP分析軟件，模擬出變焦系統(tǒng)其鏡頭表面和光機內(nèi)壁的散射模型，分別對系統(tǒng)在變焦過程的幾種狀態(tài)依次進行雜散光分析；通過大量的實際光線追跡，并對關(guān)鍵部件進行重點考察，為如何減小鬼點數(shù)目，減低鬼像的影響提供了詳盡的數(shù)據(jù)參考；并以此為依據(jù)對變焦系統(tǒng)分別通過對改變二次反射所在面的曲率或改變所在面的折射率進行優(yōu)化兩種方法進行比較，得出優(yōu)化時選擇利用改變二次反射所在面的曲率，會更容易盡量保持非正常光線沿正常成像光

8、線走向以達到降低鬼像的影響，以提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 第四章對本課題的工作進行了總結(jié)和展望。在變焦紅外一體機鏡頭光學(xué)系統(tǒng)方面，本論文做了一定的研究工作，設(shè)計出了一種帶有環(huán)境光探測裝置的攝像鏡頭系統(tǒng)，可在弱光或無光環(huán)境下自動打開大功率的LED紅外輔助照明，其寬譜線共焦成像特性保證了在日夜不同譜線條件下不產(chǎn)生像面漂移，都能同時清晰成像；并實現(xiàn)了0.7視場其空間頻率為501p/mm的調(diào)制傳遞函數(shù)均大于0.3，具有優(yōu)良的成像質(zhì)量、較高的分