波前编码红外成像技术研究.pdf

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1、波前编码红外成像技术研究陈迪2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540波前编码红外成像技术研究作者姓名陈迪学院名称光电学院指导教师董立泉副教授答辩委员会主席赵跃进教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchontheinfraredimagingsystembasedonwavefrontcodingCandidateName：DiChenSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:AssociateProf.LiquanDongChair,

2、ThesisCommittee：Prof.YuejinZhaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015北京理工大学硕士学位论文摘要相对于可见光系统，红外成像系统应用的外界环境较为复杂，在若干环境因素中，由于红外光学材料自身的热效应比较灵敏，红外光学系统成像质量受环境温度的影响尤其明显。因此，为了保证其在工作温度范围内的良好成像，都要对红外光学系统进行无热化设计。波

3、前编码系统是结合光学成像和数字图像处理的两步成像系统：通过在系统光瞳面上加入一块特殊的相位掩模板，对非相干光波波前进行调制，使得在一个较大焦深范围内，系统的光学传递函数（OTF）和点扩散函数（PSF）对离焦不敏感，因此所成的中间像为一系列等模糊图像；由于中间图像模糊程度近似一致，就可以通过后期图像处理，得到焦深延拓后的清晰图像。波前编码对离焦不敏感的特性与红外系统无热化的理念相同，如果波前编码扩展的焦深范围能够超越红外成像系统中由温度引起的焦面漂移，那么就可以将波前编码技术作为一种无热化手段应用到红外成像系统中，解决环境温度对红外成像系统的影响。论文首先介绍了课题的研究背景和意义，阐述了红

4、外系统中无热化的必要性和波前编码技术作为无热化手段应用到红外成像系统的可行性，同时介绍了波前编码技术的应用，并且从国外和国内两方面介绍了波前编码的研究现状；其次，从理论方面详细阐述了波前编码系统的编码理论和解码理论，用稳相法推导了基于三次相位板的光学传递函数（OTF）表达式，并且分析了波前编码系统的离焦不变性；第三，通过分析波前编码系统DM（最大离焦处和零离焦处的MTF差值）和系统离焦不变性以及图像可复原性的关系，论文研究了一种基于MTF一致性的三次相位板优化方案，通过建立仿真实验，从光线结构分布、频域、空域三方面分析波前编码系统，验证了该方案的可行性；第四，通过设计对照实验，说明将波前编

5、码作为一种无热化手段应用到红外成像系统中，可以使系统在工作温度范围内成像质量不受环境温度变化影响，同时减小光学系统复杂度，降低成本。最后，通过对相位板进行加工，搭建实验平台，验证系统性能。关键词：波前编码；红外光学系统；图像复原；光学传递函数I北京理工大学硕士学位论文AbstractComparedwithvisibleimagingsystem,applicationfieldofinfraredimagingsystemismorecomplicatedandincreasinglywide.Becauseofthethermaleffectofinfraredopticalmater

6、ialsissensitive,theinfluenceofambienttemperaturetotheinfraredimagingsystemisquiteobviouscomparedwithexternalfactors.Inordertoensureimagingqualityinworkingtemperaturerange,athermalizationisnecessaryfortraditionalinfraredimagingsystem.Wavefrontcodingisatwo-stepimagingsystemwhichincludesbothopticalim

7、ageanddigitalimageprocessing.Byaddingaspecialphasemaskonthepupilplane,thewavefrontofincidentlightisencoded,andtheOTFandPSFbecomeinsensitivetodefocuswithinanextendedrange.Thusequalblurredmiddleimagescouldbeobtaine