[实用新型]相位掩膜可调的波前编码成像系统

说明书

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种相位掩膜可调的波前编码成像系统。该系统可根据实际需要切换相位掩膜形式，从而允许系统在常规无掩膜成像、编码成像以及更多掩膜编码形式之间灵活切换，从而允许波前编码成像系统具有更强的灵活性。该系统包括沿着光轴传输方向依次设置的成像镜头、相位掩膜组件、图像探测器以及图像处理单元；其改进之处是：所述相位掩膜组件由两个三次方形相位板沿着光轴传输方向叠加而成，且两个三次方形相位板采用两种方式可形成相对旋转角度。

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种相位掩膜可调的波前编码成像系统。

背景技术

扩展光学系统的景深一直都是学术界研究的热点，从20世纪80年代中期开始，虽然形形色色的方法被提出用于景深扩展，但是直到美国科罗拉多大学的Dowski博士和Cathey教授于1995年提出波前编码的概念之后，景深延拓才有了真正意义上的突破。

以一维光学系统为例，其离焦光学传递函数OTF可以通过广义光瞳函数的自相关运算来获得，如下所示：

其中，u和x分别是归一化的空间频率与孔径平面横向坐标；W₂₀是最大离焦波像差系数；k是波数；而f则代表相位板通用表达式。

对于传统成像系统来说，上式中的f项不存在，因此可以轻松得到离焦OTF的具体表达式为：

可以看到，当系统未引入相位板时，其OTF对离焦是非常敏感的，而且会在频率空间周期性地出现零点，从而造成不可逆的信息损失。但是一旦将E.R.Dowski博士所发明的三次方相位板(f(x)＝αx³)引入到光学系统的入瞳面上之后，通过静态相位近似法我们就可以得到一个完全不同的离焦OTF，如下：

显而易见，此时离焦OTF的模，即MTF与离焦波像差系数是无关的，也就是说三次方相位板可以使系统MTF对离焦不敏感；虽然OTF的相位部分与离焦参量W₂₀有关，但是只要调制因子α增大，其对W₂₀的依赖度就会显著降低。同时最为重要的是，在添加了相位板之后，MTF在有效频率范围之内只是在幅度上有一定程度的下降，而不存在零点或近零点，即系统出现离焦时，超出原始系统景深范围的信息并没有丢失，之后通过数字图像复原算法就可以被有效地恢复。同时，由于相位板对系统的通光量和分辨率都不会造成影响，所以波前编码是一种非常不同于缩小孔径法、中心遮拦法或切趾法的新型景深拓展成像技术。

当前，波前编码成像系统多以静态方式应用。也就是说，相位掩膜组件在设计定型之后就无法动态改变其物理形态，此时系统的编码特性是确定的。这样，无论待成像目标是否超出原始成像系统的景深范围，都必须通过复原滤波算法才能实现图像的清晰化。然而，图像复原过程中的噪声放大对复原图像质量的影响不可避免。因此，当目标所处位置尚未超出原始成像系统的景深范围时，无需编码所见即所得的直接成像应该成为首选；而当目标所处位置大大超出原始成像系统的景深范围而导致其图像细节严重丢失时，编码成像加复原滤波就将发挥强大的景深拓展作用。

因此，更加先进的波前编码成像系统应该具备这样的能力：根据实际需要切换相位掩膜形式，从而允许系统在常规无掩膜成像、编码成像以及更多掩膜编码形式之间灵活切换。

实用新型内容

针对技术背景中存在的问题，本实用新型提出了一种可根据实际需要切换相位掩膜形式，从而允许系统在常规无掩膜成像、编码成像以及更多掩膜编码形式之间灵活切换的相位掩膜可调波前编码成像系统。

本实用新型的具体技术方案是：

该相位掩膜可调的波前编码成像系统包括沿着光轴传输方向依次设置的成像镜头、相位掩膜组件、图像探测器以及图像处理单元；

其特殊之处是：