基于去旁瓣的三次相位板在波前编码系统中扩展景深的研究及实现

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波前编码技术是一种扩展非相干光学成像系统景深的光数结合的有效技术。这种特殊的光数结合技术通过在光学系统的孔径平面上添加一个合适的相位掩模,使点扩散函数(Point Spread Function,PSF)和光学传递函数对系统的离焦敏感程度大大降低,在成像系统的接收平面上得到一幅对离焦不敏感的中间图像,再经过特殊算法处理得到高分辨率图像,达到扩展景深的目的。由于三次相位掩模的波前编码系统引起的PSF具有较大的旁瓣,导致图像恢复效果较差。本文提出了一种新的去旁瓣的三次相位掩模来抑制PSF的旁瓣,采用模拟退火算法和调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)的均方误差对相位掩模的三次参数和截断参数进行了优化。该新型相位掩模系统在MTF方面具有较好的性能,尤其是中低频区域MTF具有较好的性能。维纳滤波仿真结果表明,采用新相位掩模后的恢复图像在对比度和振铃效果方面均优于采用经典三次相位掩模后的恢复图像。为了进一步验证去旁瓣的三次相位掩模在波前编码系统中的可靠性,本文在实验中搭建了一套波前编码光学成像系统,采用透射型液晶空间光调制器代替相位掩模实现相位掩模的优化和调制作用,进一步得到了系统的PSF。通过对实验中对去旁瓣的三次相位掩模和三次相位掩模PSF的对比分析,利用去旁瓣的三次相位掩模成功抑制了PSF的侧瓣。成像结果表明,与传统光学系统相比,波前编码系统可以扩大光学系统的景深,使用去旁瓣的三次相位掩模后图像质量较传统的三次相位掩膜有明显提高。
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