波前编码技术在红外变焦系统中的应用

波前编码技术在红外变焦系统中的应用汇报人：马飞龙指导老师：董立泉

主要内容课题任务1研究现状3研究背景意义2波前编码理论基础45相位板参数优化6红外变焦系统设计7相位板添加到红外标胶系统示课题任务课题任务

1设计100mm、250mm红外变焦成像系统2将波前编码技术应用于所设计的红外系统3模拟所设计系统成像，并恢复出清晰的图像设计100mm、250mm双焦距8-12um远红外变焦波前编码成像系统研究背景意义红外系统需要热补偿1研究背景意义

红外材料对环境温度的敏感度，比可见光材料大一个数量级，为保证红外光学系统在足够大的工作范围内成像良好，会对红外光学系统进行无热化设计，减小温度对红外系统成像质量的影响。红外系统热补偿方式2研究背景意义传统的无热化设计有可以分为三类：（1）机械被动式（2）机电主动式（3）光学补偿式类别优点缺点机械被动式结构简单选材难度大机电主动式方便操作结构复杂光学补偿式结构简单实现难度大红外系统热补偿方式——波前编码技术4研究背景意义波前编码系统综合了光学成像技术和数字图像处理技术的两步成像系统，主要包括编码和解码部分。通过在光瞳面上添加一个相位掩膜板，对非相干光波前进行调制，使其在较大焦深范文内，系统的光学传递函数OTF和点扩散函数SPT对离焦不敏感，从而在像面上得到一个模糊成都一致的中间图像

红外系统热补偿方式——波前编码技术4研究背景意义波前编码系统综合了光学成像技术和数字图像处理技术的两步成像系统，主要包括编码和解码部分。通过在光瞳面上添加一个相位掩膜板，对非相干光波前进行调制，使其在较大焦深范文内，系统的光学传递函数OTF和点扩散函数SPT对离焦不敏感，从而在像面上得到一个模糊成都一致的中间图像

0研究现状国外研究现状1研究背景意义1995年

美国科罗拉多大学的教授E.R.Dowski和W.T.Cathey提出1999年SaraC.Tucker等人将波前波前编码技术应用于显微镜设备2000年

美国军方与CDMOptics公司合作研究被动式红外波前编码成像系统

10倍放大率单片塑料显微物镜2002年EdwardR等人将相位掩膜板加入红外成像系统2005年DowskiJrER等人将波前编码技术应用于变焦成像系统中国内研究现状2研究背景意义浙江大学、上海理工大学、北京理工大学、

南开大学，中科院上海光学精密机械研究所、哈尔滨工业大学、中科院西安光学与精密机械研究所波前编码理论基础离焦下的MTF1波前编码理论基础

三次相位掩膜板导出3波前编码理论基础

假设相板是非线性的高次单项式代入模糊函数表达式

存在稳像点时三次相位掩膜板导出3波前编码理论基础

三次相位板对应的OTF为传统光学系统不同离焦量下的MTF曲线图

(b)离焦不变性分析4波前编码理论基础

α=20π时不同离焦量下的MTF曲线图

相位板参数优化优化目标1相位板参数优化相位板优化目标函数为：可以得到本系统中三次相位因子三次相位板焦深延拓果效果3相位板参数优化焦前1mm焦前0.5mm三次相位板焦深延拓果效果3相位板参数优化焦前1mm焦前0.5mm对焦焦后0.5mm焦后1mm红外变焦系统设计变焦系统结构1红外变焦系统设计

红外变焦系统的初始结构建立方式与可见光的方法完全相同，镜头的每个透镜一经加工完成，其特性就是固定不变的，要想改变系统焦距就只能靠改变透镜之间的距离来实现。透镜间距改变像面移动移动补偿透镜像面回归变焦系统结构1红外变焦系统设计光学补偿系统变焦系统结构1红外变焦系统设计机械补偿系统初始结构选取2红外变焦系统设计参数数值工作波段8~12um像素数384x288像元30umx30umF数2.5双市场焦距100mm250mm初始结构选取2红外变焦系统设计查找镜头手册，我们选择专利4148548A为初始结构初始结构选取2红外变焦系统设计优化2红外变焦系统设计添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计100mm结构MTF250mm结构MTF添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计添加多重结构继续优化2红外变焦系统设计将相位板添加进红外变焦系统将相位板添加进变焦系统1将相位板添加进红外变焦系统添加前添加后

加入后变焦系统PSF2将相位板添加进红外变焦系统100mm焦距250mm焦距100mm焦距250mm焦距原系统PSF模拟光学系统成像3焦前0.5mm对焦焦后0.5mm传统系统传统系统波前编码系统波前编码系统将相位板添加进红外变焦系统数字图像滤波复原图像4焦前0.5mm对焦焦后0.5mm传统系统传统系统波前编码系统波前编码系统将相位板添加进红外变焦系统5所设计光学系统装配结构5所设计光学系统装配结构5所设计光学系统装配结构5所设计光学系统装配结构5所设计光学系统装配结构5所设计光学系统装配结构