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波前编码成像系统景深延拓扩展率的研究 被引量:17
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作者 潘超 陈家璧 +1 位作者 张荣福 庄松林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期870-875,共6页
研究三次相位板的波前编码光学系统,发现在一定的条件下系统调制传递函数(MTF)对波前编码系统的离焦不敏感,才能得到波前编码系统的景深。对比传统光学系统的景深,得到波前编码系统的景深延拓扩展率的表达式。分析空间频率取值范围和三... 研究三次相位板的波前编码光学系统,发现在一定的条件下系统调制传递函数(MTF)对波前编码系统的离焦不敏感,才能得到波前编码系统的景深。对比传统光学系统的景深,得到波前编码系统的景深延拓扩展率的表达式。分析空间频率取值范围和三次相位板系数α,发现当α=20π时,波前编码系统可以将传统光学系统的景深扩大60倍以上。 展开更多
关键词 信息光学 景深延拓 波前编码 三次相位掩膜 光学传递函数 调制传递函数
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波前编码系统的点扩散函数稳相法分析 被引量:5
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作者 赵廷玉 刘钦晓 余飞鸿 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期239-245,共7页
本文利用稳相法从本质上分析了三次相位波前编码系统的点扩散函数特性.通过分析三次相位板任意位置掩膜带和点扩散函数的关系,指出点扩散函数和稳相点的关系:两个稳相点引起点扩散函数的振荡,一个稳相点则只会造成点扩散函数的平稳变化... 本文利用稳相法从本质上分析了三次相位波前编码系统的点扩散函数特性.通过分析三次相位板任意位置掩膜带和点扩散函数的关系,指出点扩散函数和稳相点的关系:两个稳相点引起点扩散函数的振荡,一个稳相点则只会造成点扩散函数的平稳变化.相位掩膜带或相位掩膜对的对称结构是同一区域内存在两个稳相点的必要条件,对称结构的不同位置对应于点扩散函数的不同部分.这种对应关系同时解释了对焦点扩散函数只存在振荡,而离焦点扩散函数却还存在平缓变化区域的本质原因,这是由离焦时光学对称轴和几何对称轴不重合引起的.本文建立了点扩散函数和对称相位掩膜对之间的对应关系,可以有效地指导相位掩膜的加工和检验. 展开更多
关键词 波前编码 三次相位掩膜 稳相法
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波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究
3
作者 盛婧 蔡怀宇 +1 位作者 汪毅 陈晓冬 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期521-529,共9页
利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯... 利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化. 展开更多
关键词 波前编码技术 红外光学成像系统 温度梯度 三次相位板
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三次相位掩模板波前编码系统非轴向斯特雷尔比 被引量:4
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作者 范志刚 陈守谦 +1 位作者 常虹 许志高 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期53-61,共9页
传统成像光学系统的点扩展函数(PSF)峰值位置在其光轴上,斯特雷尔比(SR)定义为有无像差轴向PSF强度之比,而波前编码系统在光瞳处相位变化为非旋转对称式,其PSF在像面上将产生偏移,利用PSF的轴向强度计算光学系统斯特雷尔比将不再适用。... 传统成像光学系统的点扩展函数(PSF)峰值位置在其光轴上,斯特雷尔比(SR)定义为有无像差轴向PSF强度之比,而波前编码系统在光瞳处相位变化为非旋转对称式,其PSF在像面上将产生偏移,利用PSF的轴向强度计算光学系统斯特雷尔比将不再适用。分析了三次相位掩模板PSF的位置偏移量,其是以焦面为对称轴的抛物线族。并在此基础上提出了适用于评价波前编码系统的非轴向斯特雷尔比(SRWC),分析了非轴向斯特雷尔比的变化特性,其幅值与相位板参量成反比。并利用非轴向斯特雷尔比研究了PSF的一致性及可恢复性问题,阐述了影响PSF一致性和可恢复性的因素。最后,提出了基于非轴向斯特雷尔比相位板参量的优化方法,该方法给出了相位板参量与系统一致性和可恢复性之间的定量关系。 展开更多
关键词 傅里叶光学 波前编码 斯特雷尔比 三次相位板 点扩展函数
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波前编码系统景深延拓性能研究 被引量:4
5
作者 张荣福 王涛 +2 位作者 潘超 王亮亮 庄松林 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期295-300,共6页
波前编码景深延拓技术是在非相干光学系统的出瞳处加入三次位相板,对成像进行解码处理而获得清晰图像以扩大光学系统景深的技术.文章通过深入研究波前编码光学成像系统的调制传递函数(MTF),分析离焦量和位相板的调制系数对MTF的影响,并... 波前编码景深延拓技术是在非相干光学系统的出瞳处加入三次位相板,对成像进行解码处理而获得清晰图像以扩大光学系统景深的技术.文章通过深入研究波前编码光学成像系统的调制传递函数(MTF),分析离焦量和位相板的调制系数对MTF的影响,并通过数值计算和曲线拟合得到位相板调制系数、系统带宽、景深延拓性能之间的关系.该研究成果为位相板的调制系数的选择和景深延拓光学系统的设计提供依据. 展开更多
关键词 波前编码 景深延拓 调制传递函数 三次位相板
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基于波前编码的扩展景深短波红外成像系统 被引量:3
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作者 王伟 张露鹤 傅天文 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第10期307-313,共7页
短波红外波段具备全天时、全天候成像的优良潜力,借助焦平面探测阵列在现代社会发挥着日益重要的作用。为了解决短波红外成像系统的离焦问题以提升平台适用性,将波前编码技术引入短波红外波段。针对无法配置调焦机构的轻小型短波红外成... 短波红外波段具备全天时、全天候成像的优良潜力,借助焦平面探测阵列在现代社会发挥着日益重要的作用。为了解决短波红外成像系统的离焦问题以提升平台适用性,将波前编码技术引入短波红外波段。针对无法配置调焦机构的轻小型短波红外成像系统,在光瞳位置放置三次方型相位板扩展景深。将相位板参数转换为径向坐标系数,利用调制传递函数一致性和图像可恢复性优化该系数。利用640 pixel×512 pixel的短波红外图像仿真波前编码成像性能,通过Lucy-Richardson经典算法还原中间模糊图像。光学设计和图像仿真结果表明,波前编码系统至少在±20倍景深范围内能够有效降低系统对离焦的敏感性,复原图像峰值信噪比最高可达38.5038 dB。 展开更多
关键词 成像系统 短波红外 波前编码 景深 三次相位板
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提高散斑场纵向相关性的相位编码调制方法 被引量:3
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作者 蔡怀宇 焦梦锦 +1 位作者 黄战华 郭震东 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2014年第10期90-95,共6页
散斑在轴向的退相关现象是制约散斑干涉测量适用性的关键问题之一,为了提高散斑场的纵向相关性,从而提高散斑干涉图像的条纹对比度,扩大物体离面形变的测量范围,提出一种对散斑场进行相位编码调制的方法,即将波前编码技术扩展景深的方... 散斑在轴向的退相关现象是制约散斑干涉测量适用性的关键问题之一,为了提高散斑场的纵向相关性,从而提高散斑干涉图像的条纹对比度,扩大物体离面形变的测量范围,提出一种对散斑场进行相位编码调制的方法,即将波前编码技术扩展景深的方法用于散斑场编码,在孔径光阑位置上放置立方型相位板实现相位调制。首先分析了该编码调制方法用于提高散斑场纵向相关性的可行性,然后基于4f系统模拟仿真并实验验证了通过相位编码调制提高编码散斑场的纵向相关性的实际效果。结果表明,编码后散斑的纵向尺寸从0.17 mm提高到0.4 mm,大约提高了2.5倍。 展开更多
关键词 测量 纵向相关性 散斑尺寸 相位编码调制 立方型相位板
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基于MTF一致性的波前编码相位板参数研究 被引量:3
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作者 蔡怀宇 吁乐锋 +2 位作者 王金玉 黄战华 方超 《光学与光电技术》 2009年第2期15-17,36,共4页
波前编码成像系统因能够在不降低系统分辨率和入射光能量的情况下扩大非相干光学成像的景深(焦深)而倍受关注。在波前编码技术理论的基础上,以波前编码成像系统离焦时的MTF和未离焦时的MTF的均方差来表征系统离焦时的MTF一致性,即系统... 波前编码成像系统因能够在不降低系统分辨率和入射光能量的情况下扩大非相干光学成像的景深(焦深)而倍受关注。在波前编码技术理论的基础上,以波前编码成像系统离焦时的MTF和未离焦时的MTF的均方差来表征系统离焦时的MTF一致性,即系统的离焦不变性,分析得到了三次相位板系数的合理选取范围。利用模糊函数的性质和系统传递信息能力分析相位板系数的选择对系统传递信息的影响,从而确定三次相位板参数选择的依据。 展开更多
关键词 波前编码 三次型相位板 焦深 光学传递函数 非相干成像
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抑制散斑干涉测量中退相关的相位调制方法 被引量:2
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作者 蔡怀宇 郭震东 +1 位作者 黄战华 李青青 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期124-130,共7页
退相关现象制约散斑干涉测量的实现。为了增加散斑场的相关性,抑制退相关,提出一种使用三次相位板进行相位调制的方法。通过分析散斑场相关性与散斑尺寸的关系,阐述了相位调制通过扩展散斑尺寸而抑制退相关的机理,仿真验证了方法的有效... 退相关现象制约散斑干涉测量的实现。为了增加散斑场的相关性,抑制退相关,提出一种使用三次相位板进行相位调制的方法。通过分析散斑场相关性与散斑尺寸的关系,阐述了相位调制通过扩展散斑尺寸而抑制退相关的机理,仿真验证了方法的有效性。在此基础上设计了相位调制散斑干涉测量系统,其物光光路采用4f系统结构,可在相位面处放置三次相位板方便地进行相位调制。对比实验结果表明:经相位调制的散斑场横向相关尺寸提升约1.7倍,纵向相关尺寸提升约2.5倍,有效抑制了散斑干涉测量中退相关的发生,能够获得良好干涉条纹的纵向相干区域扩展约2.5倍,提升了散斑干涉条纹局部对比度。 展开更多
关键词 测量 干涉测量法 退相关 散斑尺寸 相位编码调制 立方形相位板
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基于立方型相位板调制的波前编码图像恢复 被引量:2
10
作者 蔡怀宇 方超 +1 位作者 范立强 黄战华 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期930-935,共6页
针对立方型相位板对光瞳调制具有非旋转对称性及实际相位板方位测试困难从而导致实际波前编码系统后续图像不能准确恢复的问题,提出了以灰度梯度向量模方和为判据的等增量旋转调整点扩散函数(PSF)的维纳滤波方法。对于手持式裂缝检测波... 针对立方型相位板对光瞳调制具有非旋转对称性及实际相位板方位测试困难从而导致实际波前编码系统后续图像不能准确恢复的问题,提出了以灰度梯度向量模方和为判据的等增量旋转调整点扩散函数(PSF)的维纳滤波方法。对于手持式裂缝检测波前编码系统的图像恢复,以ZEMAX软件设计得到的PSF为基础,根据立方型相位板PSF的旋转性质,进行旋转增量修正,并使用循环边界的方法消除截断振铃效应,来提高图像恢复的质量。实验表明,改进算法可以有效地修正系统的PSF,对波前编码实际系统图像的恢复有很好的适用性。 展开更多
关键词 波前编码 图像恢复 立方型相位板 维纳滤波 点扩散函数(PSF)
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相位板装配倾斜对波前编码系统点扩散函数的影响 被引量:1
11
作者 方超 《中国光学》 EI CAS 2011年第6期617-621,共5页
分析了装配误差引起的相位板倾斜对波前编码系统的影响,通过坐标变换推导了相应条件下的广义光瞳函数。结果表明:倾斜因子对系统的相位板系数具有放大效果,其随倾斜角绝对值的增大而增大,而与倾斜角的正负无关。相位板倾斜会放大系统点... 分析了装配误差引起的相位板倾斜对波前编码系统的影响,通过坐标变换推导了相应条件下的广义光瞳函数。结果表明:倾斜因子对系统的相位板系数具有放大效果,其随倾斜角绝对值的增大而增大,而与倾斜角的正负无关。相位板倾斜会放大系统点扩散函数包络面的两条直角边,相应地降低其光学传递函数值。在子午倾斜的条件下,子午方向的相位板系数放大效果大于弧矢方向,从而导致点扩散函数包络面在子午方向的放大效果大于弧矢方向,子午方向光学传递函数值的降低效果大于弧矢方向。采用MATLAB以及商用光学软件进行仿真实验,验证了上述结论。 展开更多
关键词 波前编码 三次相位板 倾斜 点扩散函数 调制传递函数
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基于波前编码技术的眼底成像系统 被引量:1
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作者 金易弢 张薇 《光学仪器》 2018年第5期45-54,共10页
提出了一种混合光学-数字眼底成像系统,该系统不需要探测和补偿不同人眼带来的像差的动态变化,即可获取高分辨率的视网膜图像。该系统在出瞳位置放置一块三次相位掩膜板对眼底图像进行编码,然后采用维纳滤波算法复原获取清晰图像。利用... 提出了一种混合光学-数字眼底成像系统,该系统不需要探测和补偿不同人眼带来的像差的动态变化,即可获取高分辨率的视网膜图像。该系统在出瞳位置放置一块三次相位掩膜板对眼底图像进行编码,然后采用维纳滤波算法复原获取清晰图像。利用基于光学成像的二维卷积模型对该系统进行了仿真实验,结果表明,针对不同个体的人眼像差,三次相位板可以使系统的点扩散函数在一定范围内保持一致,从而校正包含离焦、彗差、像散、三叶草在内的人眼像差,获得清晰的眼底图像。该系统的设计简化了传统眼底相机的复杂光学结构,是一种便携式结构。 展开更多
关键词 眼底成像 波前编码 三次相位板 人眼像差
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波前编码双共轭梯度平方稳定解码算法及其TMS320DM642平台的实现 被引量:1
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作者 隋元明 刘鹏 +3 位作者 刘钦晓 张磊 余飞鸿 陈燕平 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期744-750,共7页
波前编码是一种新型的光学-数字混合二步成像系统,采用三次光学编码相位板可以得到系统的非对称点扩散函数和相当景深内模糊程度一致的中间图像.本文利用空间域光学成像模型,结合反镜像边界束缚条件以及矩阵的直积分解,提出一种基于双... 波前编码是一种新型的光学-数字混合二步成像系统,采用三次光学编码相位板可以得到系统的非对称点扩散函数和相当景深内模糊程度一致的中间图像.本文利用空间域光学成像模型,结合反镜像边界束缚条件以及矩阵的直积分解,提出一种基于双共轭梯度平方稳定算法(Bi-CGSTAB)的图像复原算法实现波前编码系统的数字解码.该算法具有计算量小、计算速度快,几乎没有边界效应等优点.在此基础上结合TMS320DM642平台并行计算的特点,将新的算法重新优化并移植到TMS320DM642平台上.整个平台由图像采集模块、图象显示模块以及外部存储器等模块组成.通过专门设计的光学系统,分别对物距为1m、5m和10m处的物体以及人像进行成像.对中间模糊像的恢复实验结果表明,新的算法在TMS320DM642平台上图像复原速度快,效果好,为波前编码系统的真正便携和实用提供了可能. 展开更多
关键词 波前编码 三次相位板 双共轭梯度平方稳定算法 反镜像边界条件
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An apodized cubic phase mask used in a wavefront coding system to extend the depth of field
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作者 Lina Zhu Fei Li +1 位作者 Zeyu Huang Tingyu Zhao 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期422-428,共7页
The point spread function(PSF)caused by a wavefront coding system with a cubic phase mask has big side-lobes which leads to bad image restoration.This paper proposes a novel apodized cubic phase mask to suppress the s... The point spread function(PSF)caused by a wavefront coding system with a cubic phase mask has big side-lobes which leads to bad image restoration.This paper proposes a novel apodized cubic phase mask to suppress the side-lobes of the PSF.Simulated annealing algorithm is used to optimize the cubic and the truncation parameter of the phase mask.The system with the novel phase mask has better performance in the modulation transfer function(MTF)especially in low-and-medium spatial frequency region.The simulation results show that the restored images with the novel phase mask are superior to the one with the classic cubic phase mask in contrast and ringing effect.The experimental results show that the side-lobes of the PSF are suppressed by using the apodized cubic phase mask. 展开更多
关键词 apodized cubic phase mask wavefront coding depth of field image restoration
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波前编码成像系统仿真实验 被引量:1
15
作者 黄永林 叶玉堂 +1 位作者 莫春华 乔闹生 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第6期199-201,共3页
扩大非相干光学成像系统的焦深已是应用光学领域热点问题。从相位掩膜板的基本原理出发,对其调制传递函数(MTF)的性质进行了深入分析,并从仿真实验结果中提出了一个重要参数a的设定方法,从而使得成像系统即使在前向离焦和后向离焦的较... 扩大非相干光学成像系统的焦深已是应用光学领域热点问题。从相位掩膜板的基本原理出发,对其调制传递函数(MTF)的性质进行了深入分析,并从仿真实验结果中提出了一个重要参数a的设定方法,从而使得成像系统即使在前向离焦和后向离焦的较大范围内(-20£ψ£20)内传递函数仍表现出极不敏感性。这样可以用其最大离焦范围内中任意调制传递函数逆变化来还原图像。仿真实验证明了用该方法的可行性。 展开更多
关键词 离焦 稳相法 相位掩膜板 大焦深成像系统
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波前编码系统中相位掩膜板的新设计
16
作者 金群锋 冯华君 徐之海 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期35-38,共4页
波前编码技术能扩大非相干光学成像系统的景深。根据传统相位掩膜板的设计原理,从两个方面对原有的相位掩膜板表达式进行扩展。由此提出了两种新的设计方案:“多项式”方案和“高次方”方案。前者是在原有的公式中加入了x平方项,而后者... 波前编码技术能扩大非相干光学成像系统的景深。根据传统相位掩膜板的设计原理,从两个方面对原有的相位掩膜板表达式进行扩展。由此提出了两种新的设计方案:“多项式”方案和“高次方”方案。前者是在原有的公式中加入了x平方项,而后者是将原有的高次方指数拓展到小数形式。将这两种新系统进行模拟计算,得到了相关的调制传递函数(MTF)数据和三维图,结果显示MTF随离焦量变化很小(当u=1时,均方差分别为0.0027和0.0021),而且不会出现零值,跟传统方案MTF差值分别在0.05和0.04以内。由此说明新方案也能实现扩大光学系统景深的目的。 展开更多
关键词 相位掩膜板 波前编码 景深 非相干成像 像差矫正
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