[发明专利]用于采集电磁场的波前的断层成像分布的方法和光学系统

说明书

本发明涉及一种光学系统(100)中所使用的光的波前(104)的二维重建的方法，包括：测量具有光程差的不同光学平面(101、102)处的至少两个图像中的光强度的分布函数。特别地，该方法适于利用图像检测器，例如任何标准二维照相机，来探测电磁场的波前的断层成像分布。

现有技术

本发明涉及如本申请中所规定类型的方法、如本申请中所规定的计算机系统、如本申请中所规定的存储介质、以及如本申请中所规定的光学系统。

当电磁波传递通过非均匀介质时，其波前相对于其原始形状变得失真或变形。该波前失真可能导致光学系统中的像差，从而降低光学系统的性能。

例如，在利用望远镜的地面天文成像中，来自遥远的天文观测对象的光波前由于与扰动的地球大气的相互作用以及与望远镜的光学元件(例如，透镜或反射镜等)的相互作用而变得失真，从而得到降质的图像。

然而，由于波前与非均匀介质的相互作用，因此沿着光学路径发生的波前失真还会不利地影响来自诸如摄像、医学成像(例如，组织的断层成像)或显微成像等的其它技术领域的光学系统的性能。

为了矫正这种波前变形或像差并且重建波前的原始形状，特别地，使用自适应光学系统，该自适应光学系统旨在经由所谓的波前传感器来测量波前变形或像差。

这种波前传感器的典型示例包括Shack-Hartmann传感器、金字塔传感器、剪切干涉术(shearing interferometry)和曲率传感器。

已知波前传感器的缺点在于它们在技术上是复杂的，并且例如可能其自身包括多个光学元件(例如，多个透镜)。此外，对这些波前传感器所生成的数据进行分析以重建原始波前在计算上是资源密集型且具有挑战性的。

发明要解决的问题

因此，本发明的目的是提供用于光学系统中的波前重建的改进手段。特别地，例如，本发明的目的是简化和加快波前失真的测量，特别是加快波前斜率的估计，以及促进和加速原始波前的重建即原始波前形状的重建。

用于解决问题的方案

根据本发明，该目的通过根据本申请的方法、根据本申请的计算机系统、根据本申请的存储介质、以及根据本申请的光学系统实现。

有利实施例和进一步发展是从属权利要求的主题。

用于光学系统中所使用的波前(光学的光波前)的二维重建的示例性方法可以包括以下步骤中的一个、一些或全部。

·测量具有光程差的不同光学平面处的至少两个图像中的光强度的分布函数，例如光强度的二维分布函数，

·所述测量包括在各平面内的不同角度范围中确定各平面的光强度的多个一维累积分布函数，以及

·使所确定的不同光学平面的一维累积分布函数匹配，以导出位于不同光学平面之间的平面，例如中间平面，中的二维波前斜率估计值，以及

·对波前斜率估计进行积分以重建位于不同光学平面之间的平面中的波前的二维形状。

由此，示例性光学系统或光学采集系统可以包括数字照相机(例如普通二维照相机)、望远镜、显微镜、一体化显示器和其它成像系统。

特别地，在光学系统的不同光学平面处拍摄的图像可以例如由电荷耦合器件(CCD)捕捉。

这里，术语“测量图像中的光强度的分布函数，例如图像中的光强度的二维分布函数”尤其还可被理解为根据图像的光学平面的已知特征来确定光强度的分布函数，例如光强度的二维分布函数。例如，如果光学系统的光瞳(pupil)例如通过光瞳函数而被足够好地表征，则可以直接根据光学系统的参数来直接确定光瞳平面中的光强度的分布函数。