波前编码景深延拓照相系统成像模拟实验研究.pdf

第2 8 卷第3 期 2 0 1 1 年3 月 吉林化工学院学报 J O U R N A LO FJ I L I NI N S 删T EO FC H E M I C A LT E C H N O L O G Y V o l l 2 8N o 3 M a r 2 0 l l 文章编号：1 0 0 7 - 2 8 5 3 ( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 6 7 - 0 3 波前编码景深延拓照相系统成像模拟实验研究 潘超 ( 黄石理3 - 学院电气与电子信息- V 程学院，湖北黄石4 3 5 0 0 3 ) 摘要：利用M a t l a b 软件分别对传统光学系统和波前编码景深延拓照相系统在不同离焦情况下进行了成 像模拟证明了波前编码景深延拓照相系统具有离焦不变性，在滤波后系统能够在较大范围内成清晰 像，从而提高系统的景深 关键词：L u c y - R i c h a r d s o n 算法；波前编码；景深延拓；成像模拟 中图分类号t0 4 3 8文献标志码：A 波前编码技术能够在不降低分辨率的前提下 提高成像系统的景深圳但是仅从光学系统来分 析，虽然波前编码系统具有离焦不变性，但是只能 成模糊像，只有经过数字滤波后才能得到清晰像 利用L u c y R i c h a r d s o n 算法J 对波前编码景深延 拓照相系统进行数字滤波L u c y - R i c h a r d s o n 算法 是较好的非线性复原方法，它采用的是迭代的方 法该算法能够按照泊松噪声统计标准求出与给 定P S F 卷积后最有可能成为输入模糊图像的图 像当P S F 已知而图像噪声信息未知时，也可以 采用该算法进行复原操作 统进行模拟成像时对正向离焦3 0 个焦深、正向离 焦2 个焦深、正焦、负向离焦2 个焦深和负向离焦 3 0 个焦深几种情况进行模拟成像，如图2 所示 从图中可以看出，传统光学系统在离焦超过一个 焦深时只能成模糊像 1 传统光学成像系统在不同离焦下 的成像模拟 图1 分辨率板原始图片 在成像模拟实验中，所用的原始图片是分辨 率标板，如图1 所示 为了把波前编码系统与传统光学系统进行比 较，先对传统光学系统进行成像模拟这里的传统 光学系统就是设计波前编码景深延拓成像系统所 用的原始光学系统，它的基本光学参数和波前编 码景深延拓成像系统相同 由于传统光学系统对离焦非常敏感，在离焦 较大时成像质量太差，因此在这里对传统光学系 对于传统光学系统所成的模糊像也可以考虑 用数字滤波的方法进行图像复原图3 所示的是 传统光学系统用离焦2 个焦深的P S F 进行滤波所 得到的图像从图中可以看出，在对传统光学系统 的离焦成像进行滤波时，只有用同样的离焦P S F 进行滤波时才可能去除模糊，只要不是用同样离 焦P S F 进行滤波都不可能成清晰像，包括正焦在 内如果用这样的传统光学系统和数字图像处理 系统组成光数混合系统，景深没有得到提高 收稿日期：2 0 1 0 - 0 9 - 2 9 基金项目：黄石理工学院优秀中青年创新团队资助项目 作者简介：潘超( 1 9 6 7 ) ，男，湖北鄂州人，黄石理工学院副教授，博士，主要从事信息光学方面的研究 万方数据 目2 传统 * 缝横拟戚像 目3 传统光拳统经数字矗波目的目像 2 波前编码景深延拓照相系统的成 像模拟 用系统的P S F 与分辨率田做卷积米模拟渡 前编码景深延拓照相系统的光学都分的成像图 4 和图5 分别是渡前编码景深延拓照相系统在正 向离焦6 0 个焦深、正向离焦3 0 个焦深、对焦时、 负向离焦3 0 个焦探和负向离焦6 0 个焦探时滤波 前和滤波后的模拟成像比较在5 种不同的离焦 下波前编码景深延拓照相系统的光学部分成像 可“看出该系统所戚的中同像都是横糊像，但是 在不同的离焦下的像的模糊程度相差不大，这也 是可以用同样的滤波函数对它们进行图像复原的 原因 蕾4 谴前缩码景* E * 耜K 统在鼍t 莳的犋* 戚像 圈圈网圈网 目5 谊翦缡码E 拓相靠鲢在童波目目 从实验结果可以看出在不同的离焦下经滤 波后的图像都比轻清晰，说明该系统最终可以得 到清晰成像由于所设计的系统在不同的视场下 的P S F 相差不大因此在不同视场时的成像情况 也相差不大，因此在不同的视场下实验结果也相 差不大 万方数据 第3 期潘超：波前编码景深延拓照相系统成像模拟实验研究 3 结论 通过对传统光学系统和波前编码景深延拓照 相系统的成像模拟实验，可以看出传统光学系统 的景深不可能很大，即使用数字滤波对模糊像进 行处理，对景深的提高也没有什么作用；而对于波 前编码景深延拓照相系统来说，虽然在滤波前不 能成清晰像，但是经滤波后可以在一个很大范围 内成清晰像因此，波前编码技术可以极大地提高 光学系统的景深 参考文献： 1 潘超，陈家璧，张荣福，等波前编码成像系统景深 延拓扩展率的研究 J 光学学报，2 0 0 8 ，2 8 ( 5 ) ： 8 7 0 - 8 7 5 2 E R D o w s k ia n dW T C a t h e y E x t e n d e dD e p t ho f F i e l dT h r o u g hW a v e f r o n tC o d i n g J A p p l i e dO p t i c s ， 1 9 9 5 ，3 4 ( 1 1 ) ：l8 5 9 18 6 6 3 ( 美) 冈萨雷斯数字图像处理 M 阮秋琦，译北 京：电子工业出版社，2 0 0 5 S t u d yo naw a v e f r o n tc o d i n gp h o t o g r a p h i ce x t e n d i n g D O Fs y s t e mb ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s P A NC h a o ( S c h o o lo fE l e c t r i ca n dE l e c t r o n i cI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，H u a n g s h iI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，H u a n g s h iH u b e i4 3 5 0 0 3 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：S i m u l a t i o ni m 硒n ge x p e r i m e n t so nat r a d i t i o n a lo p t i c a li m a 9 4 n gs y s t e ma n daw a v e f r o n tc o d i n gp h o - t o g r a p h i ce x t e n d i n gD O FS y s t e mi ns e v e r a lk i n d so fd e f o c u sa r ed o n e T h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ew a v e f r o n tc o d i n gp h o t o g r a p h i ce x t e n d i n gD O Fs y s t e mh a st h ef e a t u r ew i t hd e f o c u si n v a r i a n t T h es y s t e mc a ng e t c l e a ri m a g ei naw i d er a n g ed e f o c u sa f t e rad i g i t a lf i l t e r K e yw o r d s ：L u c y - R i c h a r d s o na l g o r i t h m ；w a v e f r o n tc o d i n g ；f i e l dd e p t he x t e n d i n g ；i m a g i n gs i m u l a t i o n 万方数据