编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型技术方案

一种编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型，评价方法包括三个评价指标：M1、M2和RA，掩模结构码型，是将多数个结构完全相同的符合Dammann光栅结构的正方形单元进行周期性排列，从而形成正方形阵列结构，所述正方形阵列结构为N×N阵列，其中N为正整数，且满足N≥3。本发明专利技术基于掩模结构和透镜组特征来描述编码掩模成像系统，能够更为方便快速地得到系统的点扩散函数，省去了实际系统制作、搭建和调试的准备过程，并且避免了实际测量中可能出现的操作误差。本发明专利技术可以客观地描述不同码型结构对编码掩模成像系统点扩散函数的调节作用，并可作为码型结构对整个系统成像质量的评价依据，最终为该类成像系统中编码掩模的码型设计和优化给出指导性意见。

【技术实现步骤摘要】
编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型
本专利技术涉及一种编码掩模光学成像系统。特别是涉及一种编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型。
技术介绍
编码掩模成像系统最早起源于X射线等重粒子射线的探测和成像过程中。由于远距离辐射的重粒子射线无法被传统的光学透镜系统聚焦到探测器上，故使用具有一定码型结构的编码掩模对到达探测系统的重粒子射线进行调制，并需要对探测到结果配合相应的图像解码技术来对原始重粒子的辐射源场景进行还原和成像。(E.E.Fenimore,andT.M.Cannon,"Codedapertureimagingwithuniformlyredundantarrays,"ApplOptics17,337-347(1978))。如今，编码掩模成像技术已经被广泛应用于可见光成像、红外成像等领域，以此来改善或是控制光学系统的点扩散函数，从而提高原有成像系统的图像分辨率。针对不同的成像要求和处理方式，前人设计了不同的掩模结构，比如，Gottesman教授将码型结构为随机编码的掩模加在光学系统前，用来提高整个光学系统直接成像的点扩散函数的尖锐度(S.R.Gottesman,"Codedapertures:past,present,andfutureapplicationanddesign,"inAdaptiveCodedApertureImagingandNon-ImagingSensors(SanDiego,CA,2007),p.671405)；Levin教授使用具有周期对称结构的“王”字形掩码作为编码掩模的码型，来调整场景中不同位置处点扩散函数，从而对光学成像的景深进行还原(A.Levin,R.Fergus,Fr,D.Durand,andW.T.Freeman,"Imageanddepthfromaconventionalcamerawithacodedaperture,"inACMSIGGRAPH2007papers(ACM,SanDiego,California,2007),p.70)。可见，编码掩模成像系统的根本目的通过加载的具有一定码型特点的编码掩模来对整个成像系统的点扩散函数进行控制，从而满足不同的图像处理方式。目前，对于编码掩模成像系统的掩模设计尚无比较固定的参照，多以个人创意为主，且针对不同的图像处理方式需要的合适码型结构也不同。此处提出一种针对编码掩模码型结构的评价方法，来作为编码掩模成像系统中码型结构性能的衡量指标，最终可以用来辅助评价整个编码掩模成像系统的成像分辨率。编码掩模码型的评价方法大多是从最终得到的图像信噪比等成像结果来进行分析(Z.Changyin,andS.Nayar,"Whataregoodaperturesfordefocusdeblurring,"ComputationalPhotography(ICCP),2009IEEEInternationalConferenceon,pp.1,8,16-17April2009)。该方法目标明确，但是需要完成原始场景从经过光学系统、被探测器采集并最终被还原成图像的整个过程，过程繁杂，计算量大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可以客观地描述不同码型结构对编码掩模成像系统点扩散函数调节作用的编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型。本专利技术所采用的技术方案是：一种编码掩模光学成像系统的掩模评价方法，包括三个评价指标：M1、M2和RA，所述的三个评价指标都是以点扩散函数h(x,y)在某一区域内所集中的能量大小为计算对象，具体是：RA(ω)＝corr(h(x,y；ω),h(x,y；ω++ω))，其中：h(x,y)为整个编码掩模成像系统的点扩散函数；(x,y)为成像系统探测平面上的横、纵坐标，其坐标系为原点在探测器中心点的垂直坐标系，坐标系单位为长度单位米；r为以坐标系原点为中心的圆的半径，单位为长度单位米；为入射光与光学系统主光轴的夹角，也即斜入射光的倾角，单位为角度单位度；为不同斜入射光之间的角度的差值，单位为角度单位度；ω为原始场景平面相对成像系统的探测平面的旋转角度，旋转过程以光学系统的主光轴为旋转轴，以探测器上坐标系横轴的正半轴为起始坐标轴，旋转角度以逆时针方向为正值，单位为角度单位度；+ω为原始场景旋转不同角度时的角度差，单位为角度单位度；corr为相关运算。所述的评价指标公式M1(r)表示：以入射光在探测平面的成像中心为坐标原点，计算半径为不同r的圆内的总能量，然后进行归一化。所述的评价指标公式表示：在得到相对于成像系统主光轴倾斜不同角度的斜入射光的点扩散函数之后，用不同倾斜角度的点扩散函数与平行入射光的点扩散函数进行比较做差，然后对比较做差的差值能量进行归一化。所述的评价指标公式RA(ω)表示：在得到原始场景相对探测平面不同的旋转角度ω的点扩散函数之后，以用不同的旋转角度ω的点扩散函数与旋转角度ω为0的点扩散函数进行相关运算，计算二者之间的相似度。一种评价指标设计的掩模结构码型，是将多数个结构完全相同的符合Dammann光栅结构的正方形单元进行周期性排列，从而形成正方形阵列结构，所述正方形阵列结构为N×N阵列，其中N为正整数，且满足N≥3。所述的任一个符合Dammann光栅结构的单元中都包括有掩模的完全挡光矩形和掩模的完全透光矩形，其中，所述完全透光矩形的尺寸和位置的确定如下：(1)以单元的左上顶点为测量坐标系的起点，以水平向右为测量坐标系的横轴正方向，以垂直向下为测量坐标系的纵轴正方向，横向透光矩形和挡光矩形的转换点的位置与纵向透光矩形和挡光矩形的转换点的位置相对称；(2)由透光向不透光转换的点的横向和纵向坐标值为an，由不透光向透光转换的点的横向和纵向坐标值为bn，其中n＝1,2,3…；(3)若整个单元的边长为1个单位长度，左上顶点测量坐标系的起点处的值为0，则a从a1到an依次取值为0、0.414058单位长度、0.558598单位长度、0.673818单位长度、0.780324单位长度、0.82812单位长度、0.939460单位长度，b从b1到bn依次取值为0.265627单位长度、0.503971单位长度、0.616368单位长度、0.740187单位长度、0.803657单位长度、0.937522单位长度、0.957016单位长度。所述的对称是关于从所述的单元的左上角到右下角的对角线的对称。本专利技术的编码掩模光学成像系统的掩模评价方法及掩模结构码型，基于掩模结构和透镜组特征来描述编码掩模成像系统，能够更为方便快速地得到系统的点扩散函数，省去了实际系统制作、搭建和调试的准备过程，并且避免了实际测量中可能出现的操作误差。同时，本专利技术的模型基于严格的理论推导，其结论具有数学和物理意义，能够为编码掩模成像系统的结构设计、尤其是编码掩模的码型设计提供重要的指导性作用，也便于以此模型为基础进行进一步的理论研究和推广。本专利技术可以客观地描述不同码型结构对编码掩模成像系统点扩散函数的调节作用，并可作为码型结构对整个系统成像质量的评价依据，最终为该类成像系统中编码掩模的码型设计和优化给出指导性意见。同时，本专利技术所给出的码型结构，能够满足多种成像和还原方式的要求，避免了编码掩模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码掩模光学成像系统的掩模评价方法，其特征在于，包括三个评价指标：M1、M2和RA，所述的三个评价指标都是以点扩散函数h(x,y)在某一区域内所集中的能量大小为计算对象，具体是：M1(r)=Σx,yh(x2+y2≤r2)Σx,yh(x,y),]]>RA(ω)＝corr(h(x,y；ω),h(x,y；ω++ω))，其中：h(x,y)为整个编码掩模成像系统的点扩散函数；(x,y)为成像系统探测平面上的横、纵坐标，其坐标系为原点在探测器中心点的垂直坐标系，坐标系单位为长度单位米；r为以坐标系原点为中心的圆的半径，单位为长度单位米；为入射光与光学系统主光轴的夹角，也即斜入射光的倾角，单位为角度单位度；为不同斜入射光之间的角度的差值，单位为角度单位度；ω为原始场景平面相对成像系统的探测平面的旋转角度，旋转过程以光学系统的主光轴为旋转轴，以探测器上坐标系横轴的正半轴为起始坐标轴，旋转角度以逆时针方向为正值，单位为角度单位度；+ω为原始场景旋转不同角度时的角度差，单位为角度单位度；corr为相关运算。

【技术特征摘要】
1.一种编码掩模光学成像系统的掩模评价方法，其特征在于，包括三个评价指标：M1、M2和RA，所述的三个评价指标都是以点扩散函数h(x,y)在某一区域内所集中的能量大小为计算对象，具体是：RA(ω)＝corr(h(x,y；ω),h(x,y；ω+Δω))，其中：h(x,y)为整个编码掩模成像系统的点扩散函数；(x,y)为成像系统探测平面上的横、纵坐标，其坐标系为原点在探测器中心点的垂直坐标系，坐标系单位为长度单位米；r为以坐标系原点为中心的圆的半径，单位为长度单位米；为入射光与光学系统主光轴的夹角，也即斜入射光的倾角，单位为角度单位度；为不同斜入射光之间的角度的差值，单位为角度单位度；ω为原始场景平面相对成像系统的探测平面的旋转角度，旋转过程以光学系统的主光轴为旋转轴，以探测器上坐标系横轴的正半轴为起始坐标轴，旋转角度以逆时针方向为正值，单位为角度单位度；Δω为原始场景旋转不同角度时的角度差，单位为角度单位度；corr为相关运算；所述的评价指标公式M1(r)表示：以入射光在探测平面的成像中心为坐标原点，计算半径为不同r的圆内的总能量，然后进行归一化；所述的评价指标公式表示：在得到相对于成像系统主光轴不同倾斜角度的斜入射光的点扩散函数之后，用不同倾斜角度的点扩散函数与平行入射光的点扩散函数进行比较做差，然后对比较做差的差值能量进行归一化；所述的评价指标公式RA(ω)表示：在得到原始场景相对探测平面不同的旋转角度ω的点扩散函数之后，以用不同的旋转角度ω的点扩散...

【专利技术属性】
技术研发人员：张傲，汪清，金杰，杨敬钰，孙懿，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12