波前編碼系統(tǒng)成像特性研究及其應(yīng)用.pdf

1、波前編碼技術(shù)是一種光學(xué)與數(shù)字圖像處理混合成像技術(shù)，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)系統(tǒng)無法達(dá)到的性能需求，已在光學(xué)成像領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在擴(kuò)展非相干成像光學(xué)系統(tǒng)景深方面獲得了顯著的效果。然而，由于波前編碼系統(tǒng)成像過程較普通光學(xué)系統(tǒng)有所差別，成像特性的很多方面仍不被人們所熟知。本文開展了波前編碼技術(shù)成像特性的理論研究，并將該技術(shù)應(yīng)用于紅外光學(xué)系統(tǒng)的無熱化設(shè)計(jì)，以期能為波前編碼技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做出一定的貢獻(xiàn)。本文的主要研究如下：

2、r>　　針對(duì)奇對(duì)稱相位掩模板波前編碼系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）在像面上隨離焦像差的偏移特性，研究了波前編碼系統(tǒng)斯特列爾（Strehl）比的非軸向特性，研究了非軸向斯特列爾比與相位板參數(shù)的關(guān)系。根據(jù)非軸向斯特列爾比幅值與波前編碼系統(tǒng)成像特性的關(guān)系，提出了基于非軸向斯特列爾比相位板參數(shù)的優(yōu)化方法。通過快速傅里葉變換的方法研究了指數(shù)、對(duì)數(shù)和正弦形式的相位掩模板的PSF偏移量和非軸向斯特列爾比的特性，證明了非軸向斯特列爾比的廣義性和相位板參數(shù)優(yōu)

3、化方法的正確性。
　　研究了波前編碼系統(tǒng)對(duì)初級(jí)像差的敏感性。針對(duì)于除離焦像差外的含有其它像差的波前編碼系統(tǒng)的PSF和OTF難于解析的特點(diǎn)，本文基于光線像差和點(diǎn)列圖的評(píng)價(jià)方法，研究了波前編碼系統(tǒng)對(duì)初級(jí)球差、初級(jí)像散和初級(jí)彗差的敏感性。根據(jù)波像差與光線像差的關(guān)系，給出了含像差的波前編碼系統(tǒng)光線像差表達(dá)式，計(jì)算了光線像差的上下邊界和點(diǎn)列圖尺寸。根據(jù)光線像差及點(diǎn)列圖的結(jié)果分析了波前編碼系統(tǒng)對(duì)像差的敏感性。在相同邊界條件下，分別通過數(shù)值仿真

4、和光學(xué)設(shè)計(jì)軟件從空域和空間頻域驗(yàn)證了分析結(jié)果的正確性。
　　研究了波前編碼系統(tǒng)編碼圖像復(fù)原過程噪聲放大率、信噪比（SNR）的變化特性和退化函數(shù)模型。以線性濾波器作為波前編碼系統(tǒng)圖像復(fù)原濾波器，計(jì)算了圖像復(fù)原過程噪聲的放大率，給出了編碼圖像SNR與復(fù)原圖像SNR之間的關(guān)系。由SNR變化的結(jié)果，提出了基于SNR為約束條件的相位掩模板參數(shù)優(yōu)化方法。在退化函數(shù)模型方面，提出了使用權(quán)值PSF作為波前編碼系統(tǒng)復(fù)原過程退化函數(shù)模型，將使用權(quán)值P