本发明专利技术公开了一种复合型相位掩模板，复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数，相位分布函数θ（ｘ，ｙ）的函数式如下：θ（ｘ，ｙ）＝α.（ｘ↑［３］＋ｙ↑［３］）＋β.（ｓｉｎ（ω.ｘ）＋ｓｉｎ（ω.ｙ）），式中，β.（ｓｉｎ（ω.ｘ）＋ｓｉｎ（ω.ｙ））为正弦型函数，α.（ｘ↑［３］＋ｙ↑［３］）为三次方型函数；其中，α为三次方型函数的幅值，β为正弦型函数的幅值，ω表示正弦型函数的角频率，ｘ，ｙ为孔径平面归一化的空间坐标。本发明专利技术还公开了一种采用正弦型和三次方型两种函数复合的复合型相位掩模板的成像系统，该成像系统的Ｆｉｓｈｅｒ信息的数值较小，相位掩模板对离焦不敏感，具有较好的景深扩展能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种相位掩才莫板，尤其涉及一种三次方型和正弦型两种函 数复合的复合型相位掩模板
技术介绍
众所周知，任何光学系统都具有一定的景深，只有景深范围之内的物 体才能够被清晰成像，而超出景深范围的物体经光学系统所形成的图像将 会变得模糊，从而引起细节、紋理的丢失。早在1960年，W.T.Welford就探讨了使用环状孔径，即中心遮拦方式 来扩展光学系统景深的可能性。1987年，Ting-Chung Poon和Masoud Motamedi在使用环状孔径的基础上，依靠数字图像复原算法实际地验证 了景深拓展效果，从80年代末到90年代初的这一段时间里， Ojeda-Castaneda Jorge等人使用经典的切趾法也对系统景深延拓这个问题 展开了广泛而深入的研究。研究表明，改变孔径形状可以创造大景深的良 好效果，但此效果却是以牺牲系统的通光量和降低分辨率为代价而达成 的。此外，从80年代中期至今，还有许多非主流的方法被提出用于扩展 光学系统的景深，如Guy Indebetouw等人使用菲涅耳透镜、Zeev Zalevsky 和Shai Ben-Yaish使用双折射晶体的o光、e光特性也同样获得了景深延 拓的效果。虽然上述方法对扩展光学系统的景深都起到了积极的作用，但是作用 相对来说都是比较有限的，真正的突破开始于1995年，美国科罗拉多大 学的E.R.Dowski在传统的成像系统中，将雷达领域里使用的模糊度函数 和离焦光学传递函数结合起来提出了波前编码成像技术，并推导出了经典 的三次方相位分布函数掩模板，此后研究者又陆续提出了对数型、指数型、 多项式型相位分布函数掩膜板。根据相位分布函数可以确定掩模板的物理结构，如在中国专利技术专利200410018159.2中公开了 一种离散连续混合相位型相位板及其实现超分 辨的方法，该相位斧反的相位函凄t包含两个部分 一部分为连续分布相位斧反， 另 一部分为台阶型相位板。又例如美国罗切斯特光学中心的Wanli Chi的 十專士"i仑文"Computational Imaging System for Extended Depth of Field"第四 章"Lens Design and Fabrication"即全面介绍了根据相位分布函数确定掩 模板面形的方法。波前编码成像技术通过将图像复原与光学设计相结合，在不过度牺牲 光学系统分辨率和通光量的前提下可以有效地扩大光学系统的景深。科研 工作者做了大量的理论分析以及实验研究，肯定了波前编码成像技术所具 有的强大威力，证明并且验证了景深提高10倍的效果。这种光/数混合成 像技术打破了传统光学系统在扩展景深时的固有的限制，是一种非常有实 用化前景的成傳4支术，受到广泛的关注。本专利技术提供了 一种具有较好景深扩展性能的复合型相位掩模板。 一种复合型相位掩模板，所述的复合型相位掩模板的相位分布函数包 含正弦型和三次方型两种函数，相位分布函数^(x,力的函数式如下式中，".(sinO.;c) + sin(0.力)为正弦型函数，+ y3)为三次方型函数；其中，"为三次方型函数的幅值，p为正弦型函数的幅值，0表示正弦型 函数的角频率，jc， y为孔径平面归一化的空间坐标。其中，作为优选，三次方型函数幅值a取值在90到300之间，正弦 型函数幅值"取值在范围50到260之间。正弦型函数的角频率W取值在范 围在0.371到0.6tt之间，因为当0取值过小复合相位板的性能改进不明显， "取值过大则导致相位板过厚，增加了加工难度。在各种形式相位分布函数的相位板中，三次方型相位板是经典类型， 可实现较大的景深扩展。本专利技术在三次方型函数的J^出上叠加正弦分量的 复合型相位掩模板板具有更大的景深扩展能力。一种成像系统，由成像镜头、复合型相位掩模板、图像探测器、图像 处理单元组成
技术实现思路
所述的复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数，函数式如下式中，a为三次方型函数的幅值，々为正弦型函数的幅值，《表示正 弦型函数的角频率，c, y为孔径平面归一化的空间坐标。在成像系统中，成像目标通过成像镜头和复合型相位掩模板后，在图 像探测器上形成模糊的中间像，然后图像处理单元对中间像进行去巻积处 理，最终得到聚焦清晰的图像。成像镜头可以采用现有的各种成像镜头。图像探测器可以采用CCD等。本专利技术一种成像系统在传统的光学成像系统中增加了 一块复合型相 位掩模板，放置在光瞳上。当光路通过此复合型相位掩模板后，光信息被 编码，即光学系统在较大的离焦范围内其调制传递函数值变化很小(即对 离焦不敏感)，同时系统的传递函数在通频带内没有零点或近零点。这意 味着，当系统存在离焦时，超出原始系统景深范围的信息并没有丢失，只 是以一种已知的方式被编码。成像在CCD上的是一幅模糊图像，用数字 信号处理系统对它进行去巻积解码，从而恢复出锐利清晰的图像。在波前编码领域，Fisher信息是评价景深扩展能力的重要指标之一。 根据Fisher信息的定义，在理想情况下，无论离焦参量取什么值，Fisher 信息都应该等于零。因此，Fisher信息的数值越小，就意味着相位板对离 焦越不敏感，景深扩展能力越好。本专利技术采用正弦型和三次方型两种函数复合的复合型相位掩模板的 成像系统的Fisher信息曲线小，具有较好的景深扩展能力。图l是本专利技术一种成像系统的结构示意图2是采用本专利技术的复合型相位掩模板的成像系统的Fisher信息曲线 与采用三次方型相位掩模板的成像系统的Fisher信息曲线的比较示意图。具体实施例方式附图说明5一种复合型相位掩模板，复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦 型和三次方型两种函数，相位分布函数代;c,力的函数式如下式中，々.(sin0.x) + sin(w.力)为正弦型函凄t， a.(x3+/)为三次方型函凄t;其中，a为三次方型函数的幅值，/ 为正弦型函数的幅值，"表示正弦型 函数的角频率，JC，少为孔径平面归一化的空间坐标。本专利技术的 一种复合型相位掩模板的面形和指数型相位掩模板的面形 比较参见附图2，本专利技术的一种复合型相位掩才莫板的面形在附图2中用虛 线表示，指数型相位掩才莫板的面形在附图2中用实线表示。参见图1,本专利技术一种成像系统，由成像镜头2、复合相位掩模板3、 图像探测器4、图像处理单元组成5。成像目标1通过成像镜头2和复合型相位掩模板3后，在图像探测器 4上形成模糊的中间^像，然后图像处理单元5进行去巻积处理，最终得到 聚焦清晰的图像6。复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数， 相位分布函lt0(x,力的函数式如下式中，/ . (sin(w. x) + sin(w 力)为正弦型函数， )为三次方型函数；其中，a为三次方型函数的幅值， 〃为正弦型函数的幅值，w表示正弦型 函数的角频率，x， y为孔径平面归一化的空间坐标。在波前编码领域，Fisher信息是评价景深扩展能力的重要指标之一。 根据Fisher信息的定义，在理想情况下，无论离焦参量取什么值，Fisher 信息都应该等于零。因此，Fisher信息的数值越小，就意味着相位板对离 焦越不敏感，景深扩展能力越好。本专利技术采用复合型相位掩模板的成像系统的Fisher信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合型相位掩模板，其特征在于：所述的复合型相位掩模板的相位分布函数包含正弦型和三次方型两种函数，相位分布函数θ（ｘ，ｙ）函数式如下： θ（ｘ，ｙ）＝α.（ｘ↑［３］＋ｙ↑［３］）＋β.（ｓｉｎ（ω.ｘ）＋ｓｉｎ（ω.ｙ））式中，β.（ｓｉｎ（ω.ｘ）＋ｓｉｎ（ω.ｙ））为正弦型函数，α.（ｘ↑［３］＋ｙ↑［３］）为三次方型函数；其中，α为三次方型函数的幅值，β为正弦型函数的幅值，ω表示正弦型函数的角频率，ｘ，ｙ为孔径平面归一化的空间坐标。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李奇，赵惠，冯华君，徐之海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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