一种基于叠层扫描的相位差波前探测和图像复原方法

摘要

本发明涉及一种基于叠层扫描的相位差波前探测和图像复原方法，可用于恢复波前畸变，并且能够有效复原受像差影响的模糊图像。本发明将一个小孔径的光阑在成像系统的光瞳平面内以叠层扫描的方式进行移动，并用图像传感器记录下相应的受不同像差影响的子图像。通过使用基于叠层扫描的相位差波前探测和图像复原算法对记录的系列子图像进行处理，可以探测出系统的波前畸变并复原图像。本发明采用小孔径的光阑进行空间扫描以产生含有相位差异的子图像，相对于目前用于相位差法的各种技术，更容易满足奈斯奎特采样频率，像差探测范围大，并且无需离焦光路和各种衍射器件，具有系统紧凑，使用方便等优点。

主权项

一种基于叠层扫描的相位差波前探测和图像复原方法，其特征在于该方法包含以下步骤：第一步，将小孔径的光阑在成像系统的光瞳平面内以叠层扫描的方式进行平移，并用图像传感器依次记录下与各扫描位置所对应的受不同像差影响的子图像；第二步，使用基于叠层扫描的相位差波前探测和图像复原算法对序列子图像进行处理，得到待测的畸变波前和复原的图像，处理算法流程如下：1)根据极大似然估计或最小二乘优化理论建立目标函数E：$E=\underset{f_x,f_y}{\Sigma }\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\left|D_k(f_x,f_y)\right|}^2-\underset{f_x,f_y}{\Sigma }\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\left|D_k(f_x,f_y)H_k^{*}(f_x,f_y)\right|}^2}{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\left|H_k^{*}(f_x,f_y)\right|}^2}$其中，D_k(f_x,f_y)是调制光阑处在第k个扫描位置时图像传感器采集的子图像的傅里叶变换，H_k(f_x,f_y)是调制光阑处在第k个扫描位置时对应的光学通道的光学传递函数，是H_k(f_x,f_y)的共轭，K为扫描的次数，f_x，f_y为像平面频域的坐标；2)根据傅里叶光学，估计出第k个光学通道的点扩散函数，系统的波前相位分布可以由泽尼克多项式来表征：其中Z_n(u,v)表示第n阶泽尼克多项式，α_n表示第n阶泽尼克多项式的系数；3)目标函数E演变为关于变量α_n的函数E(α)，采用诸如SPGD，遗传算法，模拟退火，神经网络等最优化算法寻找使目标函数最小的解，即可求得待测的波前畸变4)根据求得的波前畸变，利用下式可以复原图像R：$R(f_x,f_y,\alpha )=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{D}_k(f_x,f_y)H_k^{*}(f_x,f_y)}{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\left|H_k(f_x,f_y)\right|}^2}.$