波前编码系统景深延拓性能研究

《波前编码系统景深延拓性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．60，No．11(2011)114204波前编码系统景深延拓性能研究术张荣福’王涛潘超王亮亮庄松林)1)(上海理工大学光电信息与计算机工程学院200093，上海)2)(黄石理工学院电气与电子信息工程学院435003，黄石)(2010年6月9日收到；2011年1月22日收到修改稿)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

2、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．关键词：波前编码，景深延拓，调制传递函数，三次位相板PACS：42．30．Lr，42．30．一d，42．30．Va线性地增加景深延拓相对倍率．能否由此得出结1．引言论：通过增大O／可无限地延拓光学系统的景深?如果不能，那么哪些因素制约了其景深延拓能力?在传统光学系统，一直受到成像质量和景深之间设计波前编码光学系统时，应如何选择合适的O／?的内在矛盾的困扰¨．人们一直在探索扩大景深的对已有的光学系统，加入位相板后其景深延拓的极方法，诸如缩小相对孔径、光学切趾、环形光瞳、多限是多少

3、?离焦图像合成和波前编码等方法．Cathey等人对此，文献[7]从点扩散函数随视场的扩大效于1995年提出的波前编码成像技术成为景深延应研究了波前编码系统的景深延拓性能；文献[8]拓的热点之一，该技术的基本原理是在光学系统光综合考虑包括光学引擎和探测器在内的成像系统瞳处加人位相板，使光学系统的调制传递函数对离的谱信噪比，并基于信噪比约束得出景深延拓技术焦量不敏感，在像面上得到与离焦量不敏感的中间的极限能力；文献[9]通过推导得到波前编码系统像，对其进行后期处理以得到清晰图像，从而达到的MTF并定义了系统带宽，但其带宽是以菲涅尔积扩大光学系统景深的目的．光瞳位相调制函数P分的积分限为

4、零为条件，得到的带宽要大于实际系(，Y)(其中，Y是规格化坐标)为统的频带宽度．本文在其基础上做进一步研究，重点探讨系统的调制传递函数与离焦量及三次位相P(。，Y)：=fJ弘∽Ix}。，1y}，(1)板调制系数的关系，得到调制系数对波前编码系统to其他．景深延拓能力的影响以及加人三次位相板前后系已有文献[4—9]从理论分析、数值模拟和实验统的频率响应带宽变化情况，并通过数值拟合更为等方面对该技术进行了研究．文献[4]指出该技术精确地得到带宽、离焦量和调制系数之间的关系可以使光学系统的景深增加一个数量级，并且基于式，从而达到分析景深延拓性能的目的．然后通过模糊函数的空间带宽积方面考虑

5、，认为2"rrc~应大于模拟实验验证理论研究结果，并以一款照相镜头为20，其他文献都默认这个结论．文献[6]从MTF出现例，以示本文理论研究结果在实际系统设计中的零点的极限频率导出：增大位相板的调制系数可应用．国家重点基础研究发展计划(批准号：2007CB935300)、上海市重点实验室建设项目(批准号：08DZ2272800)和上海市重点学科项目第E-mail：zhansr0nsfu@uss【Iedu_j，(~2011中国物理学会ChinesePhysicalSociety印：／／wulixb．iphy[ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vol。60，No．11(201

6、11114204数ot时的MTF，虚线自上而下分别为ot=10，30，502．波前编码系统景深延拓性能和70时的趋势线．比较图1中调制量、离焦量和带宽的变化规律可得：1)当Ot不变，带宽随离焦量W。增大而减小，但趋势线不变；2)MTF及其趋势线随ol2．1．离焦量和调制系数对MTF的影响的增大而单调降低；3)相同W。的带宽随调制系数对于方形光瞳的波前编码系统，MTF的和y增大而增大．分量可分开讨论，光学系统的规格化的一维光瞳函数q()为)：I2能j2z)1，【0其他，(2)其中W：。是以波长为单位的离焦量．非相干光学系统的光学传递函数为H(“，W20)=Iq(+u／2)q(一u／2

7、)dx，(3)式中“为规格化频率．将(2)式代入并整理得=~exp[j2一害)]p“)]dv．㈩由于u=0时，H(M，W：。)：1，并且H(u，W2。)=H(一U，W：。)，即为偶对称，因此下面只需研究“>0的情况．若令tr=12u(口+W2o／3a)；a(u)=~／l2u(w20／3+1u1／2—1)；b(u)=√l2M(W。／3a—lu1／2+1)；以及菲涅耳积分()=Iexp(j叮『／2)dw，则由(4)式可得光学系统的MTF[为1×．(5)，图1MTF随W2o