波前相差和距离测量相位相机制造技术

一种由具有微透镜的相位相机组成的系统，微透镜置于会聚透镜的焦点处，其中采用组合的傅立叶“切片”和快速傅立叶转换边缘探测技术处理的相机数据，在宽的体积范围内，提供了三维波前图和真实场景深度图。本发明专利技术适用于任何波前需要确定的领域，比如地面的天文观测、眼科等；以及需要度量的领域，比如真实场景、ＣＣＤ抛光、汽车机械等。应用本发明专利技术的具体情况为利用ＥＬＴ（大直径望远镜：５０或１００米）的大气Ｘ线断层摄影术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于光学和图像处理领域。
技术介绍
本专利技术涉及两方面需求获得与图像质量最重要的任何光学问题 (例如诊断)相关的三维波前测量的需求，以及在从几微米到几公 里大的体积范围内以获得足够可靠且精确的深度图的需求。尽管 一般的方法可应用于其它领域，但是本专利技术的分析集中于大 孔径望远镜和景深测量。现有技术大气X线断层摄影术对于现有的大口径望远镜(GRANTECAN， Keck，...)和未来 的超大望远镜(直径为50或100米)，其自适应光学系统已经采用称 为多重共轭自适应光学的X线断层摄影术形式来测量大气相位的三维 分布。在天空中缺乏足够数量的自然点源，使得在由望远镜观察的目 标-见场中只有一个点源出现，为此必须^使用人工点源，比如Na星(90 千米高)。为了对影响来自天空中目标的光束的整个大气进行纠正(避免焦 点的非等晕性)，需要使用几个假星(至少5个)。为了产生假星，每 个假星均需要一台分辨率很高且高功率的脉冲激光器，这导致该技术 成本非常昂贵。而且，在这种高成本之后，多重共轭自适应光学只能 测量最多三个水平湍流层的大气相位(运用同时测量的三个相位传感 器)，即，其扫描影响图像的三维圆柱的微小部分。他们还通过计算来 复原相位估计，该计算很复杂，为此他们将危及在可见光谱中的大气 稳定的时间内的光束的自适应校正(10ms )。但是，本文提出的该技术将允许-在每个大气稳定的时间内，限于单个测量和单个传感器。 -通过基于傅立叶变换运算法则来复原与每个水平湍流层相关的相位，即，整个大气的X线断层摄影术，其本身自动地快速，并且能够通过对图形处理单元(GPU)或者例如FPGA (现场可编程门阵列)的电子硬件单元智能调整来加速。-防止需要使用假激光星，因为这种新的技术不需要以然后将被分解(deconvolute )的点信号来校准，因而在目标到达地球大气时，它将实时复原目标的图像。 人眼X线断层摄影术为了做出更可靠的诊断，进行人眼X线断层摄影术的主要兴趣基 本上基于得到和具有对于医学专家可用的、病人的视网膜底的清晰图 <象。水状液、玻璃体液和晶状体在眼睛中用作消除可/人碎见网膜底产生 的^f象差的工具。事实上，人眼不需要如同地球大气一样频繁地(每隔10ms—次) 测量，这是因为它是稳定的变换；但是，为了不但要得到视网膜底的 好图像、而且要检测眼睛可能损害的空间位置，它需要足够的三维分 辨率。在上述领域中，少数把微透镜放在焦点处的作者，并非采用傅立 叶"切片"技术来测量光学像差值、纠正图像或者测距。另外，与焦点中的微透镜相关的傅立叶"切片，，技术只被用于在几立方米的体积 范围内获得真实场景聚焦的图像，其质量显然超过了普通的场深技术。 总之，其他作者的这些贡献与本文描述的专利内容无关。
技术实现思路
微透镜的单个阵列(形成CCD上具有足够分辨率的图像并且置于 会聚透镜的焦点处)，可对目标三维空间进行X线断层摄影术的测量。测量只进行一次，即，单个图像包含足够的信息以复原三维环境。 该图像可理解为由4维组成CCD上与每个微透镜的内侧相关的两个 坐标，以及与孩t透4t阵列相关的其它两个坐标。本专利技术基于广义的傅立叶"切片"定理，CCD拍到的图像是4维 傅立叶变换，然后对图像进行旋转和"切片"操作，该操作决定目标 将被复原的深度并将4维问题降低到仅为2维。本专利技术的目的是确定 目标所在的深度；最后，通过在变换的范围内工作并且以边缘检测算 法识别目标(高空间频率)，可以识别场景中所处的距离预先已知的元 件。另外，Shack-Hartmann传感器由以阵列形式设置的透镜装配组成， 以在2维的探测器上形成相同数量的图像。它们中的每一个相对于与 平面波前对应的位置的位移测量了波前的局部梯度。可以通过多种方 法来复原原始的波前。本专利技术4是出的相位相冲几包括Shack-Hartmann, 其处于会聚透镜的焦点中(这就是为什么该设计也称作波前相位相 机)，但置于透镜的焦点处，具有与迄今已和Shack-Hartmann传感器 相关的完全不同的数据处理。因而波前相位和深度都可以复原。附图说明图1:組成相位相机的孔径透镜(1)、透镜(2)以及CCD (3) 的排列图。(5)是会聚透镜的焦点，(6)是透镜阵列的每一微透镜的 焦距。(7)是波前的局部倾角。(4)是相对于无像差的波前，由湍流 波前经过的光程位移。图2:本专利技术应用于带有较大主镜(1 )的望远镜的原理图。以自适应光学在星(8)的大气观测中进行大气X线断层摄影术。大气中 单独的湍流层对应(9)和(10)。相位相机可扫描影响望远镜最终图 像的大气湍流(13)的完整圓柱。图3:采用与大气中的两个湍流层(9)和(10)多重共轭的自适 应光学、对星(8)进行传统天体观测的原理图。它只能获得很少量的 单独湍流层(最多三个)。(11)和(12)表示与每一瑞流层共轭地相 关的波前传感器。(1 )对应望远镜。具体实施例方式考虑了以下具体情况，即，应用直径超过大气的相干直径rO (在 可见光i普中约20厘米)的望远镜进行天体观测。大气湍流导致用望远 镜获得的图像中的分辨率的损失，即，高空间频率信息的损失。为了 防止该损失，需要知道大气湍流使来自所研究星体的光的波前劣化的 方式。可始终应用自然或者人工的点星(可表现出大气在波前中造成 的变形)。应用传统的多重共轭自适应光学(图3)，波前相位传感器必须用 于每个与单独的湍流层共轭的可变形的镜，即，在使用中必须平行排 列并》文置在光轴不同位置的两个不同的相位传感器(WFS )。由于大气 在可见光谱内每隔10毫秒变化一次，因而计算的复杂性和速度的要 求，使得它不可能克服现在仅三个空气湍流层的修正。应用具有如图1所示设计的相位相机，在这种情况下其操作如图 2所示，只用到了一个传感器，该传感器置于光轴上的单个位置，并 且此后基本上通过傅立叶切片技术进行的单个测量可获得与整个大气 柱相关的湍流层(波前相位)的三维图，该湍流层影响本专利技术的望远 镜的观测以及湍流层所在的位置处的高度。权利要求1.一种在不同环境下采用傅立叶切片技术的波前相差和距离测量相位相机，其特征在于，微透镜置于会聚透镜的焦点处，所述微透镜的数据运用傅立叶“切片”和快速傅立叶变换边缘检测技术的结合来解释。2. 根据权利要求1所述的在不同环境下采用傅立叶切片技术的波前相差和距离测量相位相才几，用于获得与影响地面望远镜天体观测的 大气湍流层集合相关的三维相位图。3. 根据权利要求1所述的在不同环境下釆用傅立叶切片技术的波 前相差和距离测量相位相机，用于获得与影响病人的视网膜底的眼科 )現测的湍流组相关的三维相位图。4. 根据权利要求1所述的在不同环境下采用傅立叶切片技术的波 前相差和距离测量相位相，用于获得与 一组真实场景的成分组相关 的三维相位图。5. 根据权利要求1所述的在不同环境下采用傅立叶切片技术的波 前相差和距离测量相位相机，用于获得与CCD表面相关的三维相位 图。6. 根据权利要求1所述的在不同环境下采用傅立叶切片技术的波 前相差和距离测量相位相机，用于获得与汽车工业中的必要机械部件 的表面相关的三维相位图。7. 根据权利要求1所述的在不同环境下采用傅立叶切片技术的波 前相差和距离测量相位相才本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在不同环境下采用傅立叶切片技术的波前相差和距离测量相位相机，其特征在于，微透镜置于会聚透镜的焦点处，所述微透镜的数据运用傅立叶“切片”和快速傅立叶变换边缘检测技术的结合来解释。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：何塞曼努埃尔罗德里格斯拉莫斯，费尔南多罗莎贡佐莱斯，何塞希尔马里沙尔赫内恩德斯，
申请(专利权)人：拉古纳大学，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]