擴(kuò)展景深的波前編碼系統(tǒng)相位掩膜板研究.pdf

1、大景深(DOF)光學(xué)成像系統(tǒng)可以獲取物體更為豐富的信息，使獲得的景物信息更接近于真實(shí)的世界，在過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)里，人們努力尋求著各種各樣的方法來(lái)擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)的DOF。波前編碼(WFC)技術(shù)是近年新興的光學(xué)成像技術(shù)，其重要的應(yīng)用之一便是擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)DOF。WFC技術(shù)作為一種光學(xué)數(shù)字混合成像技術(shù)，其通過(guò)在傳統(tǒng)非相干成像系統(tǒng)光瞳位置進(jìn)行相位調(diào)制來(lái)記錄編碼圖像，并利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)編碼圖像進(jìn)行解碼，以達(dá)到系統(tǒng)性能的提升。WFC系統(tǒng)中，相位掩

2、膜板實(shí)現(xiàn)波前的相位調(diào)制，如何設(shè)計(jì)及優(yōu)化相位掩膜板是WFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。基于此，本文致力于WFC系統(tǒng)的相位掩膜板研究，力求獲取更為優(yōu)越的擴(kuò)展DOF成像性能。
　　開(kāi)展了擴(kuò)展DOF的非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板研究。從空域和空間頻域分析了非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板WFC系統(tǒng)的成像特性，說(shuō)明了非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮的約束條件，建立了非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板WFC系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)模型。針對(duì)非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板編碼和解碼特性，為獲取更為穩(wěn)定的編碼過(guò)程離焦不變的成像特

3、性，并在解碼過(guò)程有效抑制偽像和噪聲，研究了非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板相位函數(shù)。依據(jù)相位函數(shù)研究結(jié)果，獲取了四種新形式的非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板，并展開(kāi)了性能比對(duì)研究，驗(yàn)證了新形式相位掩膜板在擴(kuò)展DOF成像中的優(yōu)越性能。
　　開(kāi)展了擴(kuò)展DOF的共軛非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板研究。單一非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)在理論焦面存在偏移，則解碼圖像中包含偽像，成像質(zhì)量有一定的下降，這嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的擴(kuò)展DOF性能?；诖?，提出了基于共軛非對(duì)稱(chēng)相位掩膜板對(duì)

4、的擴(kuò)展DOF成像方法，該方法可產(chǎn)生幾乎隨離焦不變的PSF，使系統(tǒng)離焦不變特性獲得提升。該共軛成像方法可在保證離焦不變特性的同時(shí)，有效改正偽像。
　　開(kāi)展了擴(kuò)展DOF的徑向?qū)ΨQ(chēng)相位掩膜板研究。由于徑向?qū)ΨQ(chēng)相位掩膜板產(chǎn)生的PSF具有對(duì)稱(chēng)特性，因而復(fù)原后的圖像不會(huì)存在偽像，但其離焦不變特性較徑向?qū)ΨQ(chēng)相位掩膜板有所下降?；诖?，為提升對(duì)稱(chēng)相位掩膜板WFC系統(tǒng)的離焦不變特性，在徑向?qū)ΨQ(chēng)相位掩膜板WFC系統(tǒng)成像特性研究的基礎(chǔ)上，研究了徑向?qū)ΨQ(chēng)