波前编码系统中奇对称型相位板的研究

论文摘要

对于成像光学系统大的焦深就意味有更大的成像空间,同时大焦深可以校正各种原因造成的离焦所引起的像差,包括球差、色差、匹兹伐像面弯曲以及由安装误差和温度变化所引起的离焦,减小了物体信息在成像过程中的损失。波前编码技术创造性地将光学设计和数字图像处理结合在一起,该技术是通过在光学系统的出瞳面插入一块特殊设计的相位板对光学系统的波前进行编码调制,使得在较大的焦深范围内,系统的光学传递函数对离焦不敏感,从而在探测器上形成差异极小的模糊的中间像,并且利用数字图像处理的手段恢复成清晰的最终成像。本文通过理论推导和模拟仿真实验,分析研究基于奇对称型相位板的波前编码系统对离焦像差和球差像差的不敏感性,并给出相位板系数的选择依据,以及对模糊的中间像进行滤波复原。论文主要完成了以下几个方面的工作:1.从系统的空间带宽积、传递总信息量的能力以及MTF的一致性综合考虑,给出合理选择应用最为广泛的三次相位板系数?的依据。2.分析基于三次相位板的波前编码系统对球差、色差、匹兹法像面弯曲的抑制能力。3.研究基于五次相位板的波前编码系统,在近似的条件下推导出存在球差时系统的光学传递函数(OTF),分析加入五次型相位板后系统的OTF对球差不敏感且OTF的一致性优于三次相位板。通过模拟的方法分析将三次相位板和五次相位板叠加后的复合相位板加入传统光学系统的出瞳处,得到复合相位板具有对球差和离焦的混合像差的不敏感的性质。4.利用仿真实验,通过在带有离焦像差或球差像差的光学系统出瞳处加入三种形式的相位板分别得到模糊的中间像,利用直接逆滤波、复合逆滤波、维纳滤波三种方式对模糊的中间像进行滤波处理,从而得到清晰像。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 波前编码技术理论基础
• 2.1 光学传递函数（OTF）和点扩散函数（PSF）
• 2.2 波前编码系统的基本工作原理和组成结构
• 2.3 模糊函数与离焦光学传递函数
• 2.4 本章小结
• 第三章 波前编码系统中三次相位板的研究
• 3.1 基于三次相位板的波前编码系统的离焦不变性
• 3.2 基于三次相位板的波前编码系统的光学传递函数
• 3.3 基于三次相位板的波前编码系统的强度点扩散函数
• 3.4 三次相位板的系数的优化
• 3.4.1 波前编码系统传递信息的能力
• 3.4.2 空间带宽积与系数下限
• 3.4.3 利用HOPKINS 判据分析系数与离焦容限的关系
• 3.4.4 基于不同离焦量下MTF值的一致性的系数限制
• 3.5 基于三次相位板的波前编码系统对球差的抑制作用
• 3.6 本章小结
• 第四章 波前编码系统中五次相位板和混合相位板的研究
• 4.1 基于五次相位板的波前编码系统与球差
• 4.2 三次相位板和五次相位板的叠加
• 4.3 本章小节
• 第五章 波前编码系统仿真实验
• 5.1 解码理论
• 5.2 仿真实验
• 5.2.1 出瞳形状的影响
• 5.2.2 直接逆滤波
• 5.2.3 复合逆滤波和维纳滤波
• 5.3 本章小节
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢