用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码系统，该相位板的相位分布函数由具有相对位移量的两个3阶幂函数叠加而成，其一维函数表达式为：f＝α·(x+c)3+α·(x+d)3。本发明专利技术提供了一种可有效扩大系统景深、可改变系统成像带宽的作用、能够有效降低频谱混叠对成像质量的影响以及可对波前编码成像技术潜在应用能力有进一步发掘的用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学领域，涉及一种相位板以及波前编码系统，尤其涉及一种用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码系统。
技术介绍
扩展光学系统的景深一直都是学术界研究的热点，从20世纪80年代中期开始，虽然形形色色的方法被提出用于景深扩展，但是直到美国科罗拉多大学的Dowski博士和Cathey教授于1995年提出波前编码的概念之后，景深延拓才有了真正意义上的突破。以一维光学系统为例，其离焦光学传递函数OTF可以通过广义光瞳函数的自相关运算来获得，如下所示 j H42H(u, W20) - —■ I exp( j · (2kW20Ux + f (x + u/2) - f(x- u/2)))dx 2 -ο-| |/2)其中，u和X分别是归一化的空间频率与孔径平面横向坐标;W2(I是最大离焦波像差系数；k是波数；而f则代表相位板通用表达式。对于传统成像系统来说，上式中的f项不存在，因此可以轻松得到离焦OTF的具体表达式为「 sin( 2kW,0 -(1 -H(UjV20) =-—-2— IkW^0U可以看到，当系统未引入相位板时，其OTF对离焦是非常敏感的，而且会在频率空间周期性地出现零点，从而造成不可逆的信息损失。但是一旦将Ε. R. Dowski博士所专利技术的三次方相位板(f (χ) = αχ3)引入到光学系统的入瞳面上之后，通过静态相位近似法就可以得到一个完全不同的离焦(^^，如下H(u,W20) 备■ ■ exp(j ■(弓k 20) +j-sgn(u)~) ι,ΦΟ2 y|3叫4 3α4显而易见，此时离焦OTF的模，即MTF与离焦波像差系数是无关的，也就是说三次方相位板可以使系统MTF对离焦不敏感；虽然OTF的相位部分与离焦参量W2tl有关，但是只要调制因子α增大，其对W2tl的依赖度就会显著降低。同时最为重要的是，在添加了相位板之后，MTF在有效频率范围之内只是在幅度上有一定程度的下降，而不存在零点或近零点，即系统出现离焦时，超出原始系统景深范围的信息并没有丢失，之后通过数字图像复原算法就可以被有效地恢复。同时，由于相位板对系统的通光量和分辨率都不会造成影响，所以波前编码是一种非常不同于缩小孔径法、中心遮拦法或切趾法的新型景深拓展成像技术。除了经典的三次方型相位板之外，形形色色的相位板，如对数型，指数型、高次方性等均已被证明可以有效扩展光学成像系统的景深。但是，已有的所有非旋转对称型相位板均不具备调节成像系统带宽的能力。目前，大部分数字成像系统，包括波前编码成像系统在内，都是图像探测器受限的，所以存在由欠采样导致的、会降低成像质量的频谱混叠效应。为了抑制这种效应，通常需要在探测器前引入光学低通滤波器。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可有效扩大系统景深、可改变系统成像带宽的作用、能够有效降低频谱混叠对成像质量的影响以及可对波前编码成像技术潜在应用能力有进一步发掘的用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码系统。本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供了一种用于波前编码成像的相位板，其特殊之处在于所述用于波前编码成像的相位板的相位分布函数由具有相对位移量的两个3阶幂函数叠加而成，其一维函数表达式为f=a · (χ+c)3+ a · (x+d)3其中 a，c，d是上述相位分布函数的参数，其中a代表相位板的相位调制强度，c和d则分别代表相位板的两个部分相对于孔径平面中心的位移量；由于X为归一化坐标，而c和d是相对于归一化坐标系的平移量，所以，X、C、d的取值范围均为。一种基于用于波前编码成像的相位板的带宽可调波前编码系统，其特殊之处在于所述带宽可调波前编码系统包括成像镜头、用于波前编码成像的相位板以及图像探测器；所述成像镜头、用于波前编码成像的相位板以及图像探测器依次设置于同一光路上。上述带宽可调波前编码系统还包括图像处理单元；所述图像处理单元与图像探测器相连。上述用于波前编码成像的相位板包括具有相对位移量的两个相位板部件组成。上述具有相对位移量的两个相位板部件能够以成像镜头的孔径平面为中心进行独立地平移。本专利技术的优点是本专利技术所提供的用于波前编码成像系统的相位板由独立的两部分组成，每一个部分都是3阶幂函数，但是相对于孔径平面中心具有一定的位移量，相位板不同的位移量组合将会导致系统成像带宽的变化，从而允许改变进入系统的信息量。当图像探测器确定后，这样的相位板可以起到光学滤波器的作用，从而能够有效降低频谱混叠对成像质量的影响。本专利技术不但能够起到扩展系统景深的作用，而且也具备调节系统成像带宽的能力，当相位板中的两部分相对于孔径平面中心的位移的大小及方向发生变化时，系统的有效带宽范围将产生相应的变化这种新型的波前编码系统通过对带宽进行改变，可以对探测器与光学系统的匹配程度进行调节，从而起到削弱探测器受限系统频谱混叠效应的作用。同时，系统也能够根据成像目标细节特征的不同调整允许通过系统的高频信息，以此降低无用频率信息与高频噪声对成像质量的干扰。本专利技术所提供的基于相位板的成像带宽可调的、有别于传统的波前编码成像系统，与传统波前编码系统相比，这种系统不但具有抑制离焦的能力，同时还能起到光学滤波的作用，是一种新颖的构想，也是对波前编码技术应用潜力的进一步挖掘。附图说明图I是本专利技术所提供的基于相位板的带宽可调波前编码系统结构示意框图；图2是相位掩膜板对应于不同参数的一维相位分布函数图；图3是α =60, c=0. I, d=0. 2该组参数所对应的离焦传递函数图；图4是α =60, c=0. I, d=_0. 9该组参数所对应的离焦传递函数图；图5是α =60, c=0. 5, d=_0. 5该组参数所对应的离焦传递函数图；图6-1是α =60, c=0. I, d=0. 4时该组参数所对应的离焦MTF曲线图；图6-2是α =60, c=0. I, d=0. 6时该组参数所对应的离焦MTF曲线图；图6-3是α =60, c=0. I, d=0. 8时该组参数所对应的离焦MTF曲线图； 具体实施例方式本专利技术提供了一种用于波前编码成像的相位板，该用于波前编码成像的相位板的相位分布函数由具有相对位移量的两个3阶幂函数叠加而成，其一维函数表达式为f=a · (x+c)3+ a · (x+d)3其中a，c，d是上述相位分布函数的参数，其中α代表相位板的相位调制强度(？20 ，且应根据具体情况通过优化得到)，c和d则分别代表相位板的两个部分相对于孔径平面中心的位移量；由于X为归一化坐标，而c和d是相对于归一化坐标系的平移量，所以，X、C、d的取值范围均为0同时，本专利技术还提供了一种基于上述用于波前编码成像的相位板的带宽可调波前编码系统，该带宽可调波前编码系统包括成像镜头、用于波前编码成像的相位板、图像探测器以及图像处理单元；成像镜头、用于波前编码成像的相位板以及图像探测器依次设置于同一光路上；图像处理单元与图像探测器相连；用于波前编码成像的相位板包括能够以成像镜头的孔径平面为中心进行独立地平移进而具有相对位移量的两个相位板部件组成；该相位板中的两个组成部分可以以孔径平面为中心进行独立地平移；当平移方向相同时，无论平移量c和d是否相同，系统的有效成像带宽都会发生变化，此时的相位板将成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于波前编码成像的相位板，其特征在于：所述用于波前编码成像的相位板的相位分布函数由具有相对位移量的两个3阶幂函数叠加而成，其一维函数表达式为：f=α·(x+c)3+α·(x+d)3其中：α，c，d是上述相位分布函数的参数，其中α代表相位板的相位调制强度，c和d则分别代表相位板的两个部分相对于孔径平面中心的位移量；由于x为归一化坐标，而c和d是相对于归一化坐标系的平移量，所以，x、c、d的取值范围均为[？1，1]。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵惠，易红伟，李英才，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：