[发明专利]基于DMD的超分辨成像光学系统公差分析方法

说明书

基于DMD的超分辨成像光学系统的公差分析方法，属于光学系统装调技术领域，为了解决现有技术存在的问题，建立基于DMD的超分辨成像光学系统基本成像模型；根据建立的基于DMD超分辨成像光学系统的成像模型，对系统进行公差分析：给出所要分析的公差类型，包括镜片偏心、倾斜、镜片间隔误差和离焦；给出各公差项的公差预定值，按照重建图像PSNR值下降至所能接受的最低值给定公差预定值；通过反向灵敏度法对超分辨成像光学系统进行公差分析，将引入随机误差后的超分辨成像光学系统的PSF代入仿真模型，通过仿真模型进行重建，并对重建结果进行分析，得到基于DMD的超分辨成像光学系统的公差范围。该方法简单易行，便于工程应用。

技术领域

本发明涉及一种基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统装调误差分析方法，属于光学系统装调技术领域。

背景技术

随着光学技术的迅猛发展，以及人们生产生活的需要，光学系统装调技术的应用领域越来越广泛。目前在光学系统装调技术领域，中国专利公开号为“CN109583073A”，专利名称为“基于外围Bezier参数空间的公差建模方法”，通过将理想工件嵌入一个外围Bezier参数空间，并以外围参数空间的控制点表述工件，通过改变控制点的位置，改变外围参数空间，从而间接地改变被嵌入工件的尺寸、形状和位置。通过建立外围空间控制点的偏移量与工件公差范围之间的数学模型，实现给定公差范围即可求解外围控制点的偏移量，从而最终得到最差情况下公差表示和统计公差模型；然而，上述专利中提到的公差建模方法，只考虑到光学系统在公差范围内像质是否满足要求，并不能够将系统的装调误差与超分辨图像质量评价参数直接关联，无法应用于超分辨成像光学系统的公差分析之中。

发明内容

本发明为了解决传统光学系统的公差分析方法不能够将系统的装调误差与超分辨图像质量评价参数直接关联，无法准确得到超分辨成像光学系统的公差范围的问题，提出基于DMD的超分辨成像光学系统装调误差分析方法。

本发明解决技术问题的方案是：

基于DMD的超分辨成像光学系统的公差分析方法，其特征是，该方法包括的步骤如下：

步骤1，建立基于DMD的超分辨成像光学系统基本成像模型；

第一步，将分辨率为am*an的目标景象与成像物镜的PSF卷积，仿真模拟成像物镜的成像过程；

式中，(x,y)表示模糊图像坐标，b(x,y)表示模糊图像，i(x,y)表示原始清晰图像，k(x,y)表示模糊核函数，n(x,y)表示加性噪声，(s,t)表示原始清晰图像的坐标，k_s,t表示空间变化的点扩散函数；

获取光学系统的PSF时，在ZEMAX中可以直接提取所设置的9个视场的PSF矩阵，提取PSF矩阵时应保证PSF数据采样间隔与探测器像元尺寸相同，将所提取的9个视场的PSF按视场顺序进行拼接，将PSF矩阵的中心点坐标与视场点位置对应，即可获得不同视场位置的PSF；根据所提取的9个视场的PSF，再通过插值求取未知视场的PSF，以获取空间变化PSF；

使用的方法为基于主元分析的未知视场PSF插值获取方法，这种获取PSF模型的基本思想是寻找一组基函数，使得成像系统的PSF能够在由这组基函数所组成的函数空间内找到一个很好的近似；

第二步，将得到的图像与DMD编码模板进行叠加，对图像进行编码调制；

第三步，将编码后的图像与投影物镜的PSF卷积，仿真模拟投影物镜4成像过程；

第四步，将得到的am×an的图像降采样为m×n，仿真模拟低分辨率长波红外探测器成像过程；

第五步，通过重建算法将a²幅分辨率为m×n的图像重构为am×an的图像，实现a倍分辨率的图像重构；

步骤2，基于DMD的超分辨成像光学系统公差分析；