波前編碼成像系統(tǒng)及超分辨處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種波前編碼成像系統(tǒng)及超分辨處理方法，尤其涉及 一種應(yīng)用波前編碼技術(shù)的大焦深成像系統(tǒng)以及針對波前編碼成像系統(tǒng)的超分辨率圖像處 理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 擴(kuò)展光學(xué)系統(tǒng)的焦深一直都是學(xué)術(shù)界研宄的熱點(diǎn)，從20世紀(jì)80年代中期開始， 雖然形形色色的方法被提出用于景深擴(kuò)展，但是直到美國科羅拉多大學(xué)的Dowski博士和 Cathey教授于1995年提出波前編碼的概念之后，景深延拓才有了真正意義上的突破。
[0003] 以一維光學(xué)系統(tǒng)為例，其離焦光學(xué)傳遞函數(shù)OTF可以通過廣義光瞳函數(shù)的自相關(guān) 運(yùn)算來獲得，如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種波前編碼成像系統(tǒng)，包括波前編碼成像鏡頭、1/3英寸圖像探測器以及解碼處 理單元，所述波前編碼成像鏡頭包括第一鏡片、相位掩膜板、第二鏡片以及第三鏡片；所述 第一鏡片、相位掩膜板、第二鏡片、第三鏡片，1/3英寸圖像探測器以及解碼處理單元依次設(shè) 置在同一光路上；其特征在于： 所述第一鏡片的前表面的曲率半徑是18.9670mm，第一鏡片的前表面的X方向通 光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是6. 25mm;所述第一鏡片的后表面的曲率半徑是 233. 3000mm，第一鏡片的后表面的X方向通光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是5. 88mm ; 所述第一鏡片的前表面與第一鏡片的后表面之間的距離是3. Omm ; 所述相位掩膜板的前表面的X方向通光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是4. 9513mm ; 所述相位掩膜板的后表面的X方向通光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是4. 6185mm ;所述 第一鏡片的后表面與相位掩膜板的前表面之間的距離是3. 22_ ;所述相位掩膜板的前表 面與相位掩膜板的后表面之間的距離是2. Omm ; 所述第二鏡片的前表面的曲率半徑是-34. 9900mm，第二鏡片的前表面的X方向通 光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是4. 4522mm ;所述第二鏡片的后表面的曲率半徑是 15. 7040mm，第二鏡片的后表面的X方向通光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是4. 4643mm ; 所述相位掩膜板的后表面與第二鏡片的前表面之間的距離是2. Omm ;所述第二鏡片的前表 面與第二鏡片的后表面之間的距離是3. Omm ; 所述第三鏡片的前表面的曲率半徑是33.5000mm，第三鏡片的前表面的X方向通 光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是5. 4977mm;所述第三鏡片的后表面的曲率半徑 是-26. 5500mm，第三鏡片的后表面的X方向通光半孔徑以及Y方向通光半孔徑均是 5. 6140mm ;所述第二鏡片的后表面與第三鏡片的前表面之間的距離是5. 17mm ;所述第三鏡 片的前表面與第三鏡片的后表面之間的距離是3. Omm ; 所述第三鏡片的后表面與1/3英寸圖像探測器之間的距離是39. 74mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求所述的波前編碼成像系統(tǒng)，其特征在于：所述相位掩膜板的2D掩膜函 數(shù)形式是：
其中： α表征三次方形相位掩膜板的相位調(diào)制強(qiáng)度，所述α取值是〇.〇123mm; X以及y均為歸一化的孔徑坐標(biāo)，單位mm，所述X以及y取值范圍均為[-4. 9513， 4. 9513] 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波前編碼成像系統(tǒng)，其特征在于：所述波前編碼成像鏡 頭的焦距是50臟，相對孔徑1 :4· 5,全視場角約是10°，工作譜段480um~680um〇
4. 一種基于如權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的波前編碼成像系統(tǒng)的超分辨處理方 法，其特征在于：所述超分辨處理方法包括以下步驟： 1)選定超分辨所希望得到的傳感器實(shí)際像元的大小Pmw，并據(jù)此確定超分辨率網(wǎng)格圖 像Y與解碼之前呈均勻模糊的原始分辨率圖像I之間的比例系數(shù)，即所述比例系數(shù)就是目 標(biāo)圖像的放大倍數(shù)，所述目標(biāo)圖像的放大倍數(shù)是S = [P/PnOT]， 其中： □代表取整； P則代表與解碼之前呈均勻模糊的原始分辨率圖像I對應(yīng)的傳感器像元大?。? 2) 將解碼之前呈均勻模糊的原始分辨率圖像I的行方向以及列方向采用最鄰近插值 方法均放大δ倍，此時超分辨率網(wǎng)格圖像Y的有效像素數(shù)將變?yōu)榻獯a之前呈均勻模糊的原 始分辨率圖像I的δ 2倍； 3) 利用權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所示的波前編碼成像鏡頭的參數(shù)獲得所希望得到 的具有更小像元圖像傳感器采樣之前的原始點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)Psf_ ic；al; 4) 根據(jù)目標(biāo)圖像的放大倍數(shù)δ，通過反向填充重采樣，利用Psftjptical計算對應(yīng)于更小 的傳感器實(shí)際物理像元P new的采樣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)Psf ealc;ulated; 5) 以Psfealeulated作為先驗(yàn)知識，對行方向以及列方向均已經(jīng)放大到目標(biāo)圖像的放大倍 數(shù)S倍的模糊圖像進(jìn)行復(fù)原濾波，實(shí)現(xiàn)基于單幅圖像放大的超分辨率重建。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超分辨處理方法，其特征在于：所述步驟3)中獲得所希望得 到的具有更小像元圖像傳感器采樣之前的原始點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)Psf_ ic；al的方式是由光學(xué)系統(tǒng) 設(shè)計軟件導(dǎo)出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的超分辨處理方法，其特征在于：所述放大倍數(shù)不大于4。
【專利摘要】一種波前編碼成像系統(tǒng)及基于單幅圖像放大的超分辨處理方法，包括波前編碼成像鏡頭、1/3英寸圖像探測器和解碼處理單元，波前編碼成像鏡頭包括第一鏡片、相位掩膜板、第二鏡片和第三鏡片；第一鏡片、相位掩膜板、第二鏡片、第三鏡片，1/3英寸圖像探測器和解碼處理單元依次設(shè)置在同一光路上；第一鏡片、相位掩膜板、第二鏡片以及第三鏡片的前表面以及后表面的曲率半徑、X方向通光半孔徑、Y方向通光半孔徑均與現(xiàn)有技術(shù)中的各參數(shù)不同。本發(fā)明提供了一種在不改變圖像傳感器硬件條件的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)超大焦深的清晰成像，還可獲得對應(yīng)于更小物理像元尺寸探測器的超分辨率重構(gòu)圖像的波前編碼成像系統(tǒng)及基于單幅圖像放大的超分辨處理方法。
【IPC分類】G02B27-58, G02B27-00
【公開號】CN104834089
【申請?zhí)枴緾N201510166952
【發(fā)明人】趙惠, 劉美瑩, 解曉蓬, 樊學(xué)武
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月9日