大景深相位模板的个性化设计

从大景深成像系统实际所需要的景深、分辨率以及最小调制传递函数MTF响应值出发,本文建立了相位模板的个性化优化设计模型.在设计景深、分辨率范围内,以保证系统的MTF值大于设定的最小MTF响应值为优化限制条件,以不同离焦对应的光学传递函数的Fisher信息的积分作为优化目标函数.对波前编码系统的立方相位模板CPM和指数相位模板EPM进行了几组优化设计.同时,给出了后续的图像复原滤波器表达式.结果表明,得到的个性化相位模板和图像复原的结合,能够满足系统的实际需求,系统总的传递函数接近衍射受限系统的传递函数.     

波前编码系统中相位掩膜板的新设计

波前编码技术能扩大非相干光学成像系统的景深。根据传统相位掩膜板的设计原理,从两个方面对原有的相位掩膜板农达式进行扩展。由此提出了两种新的设计方案：“多项式”方案和“高次方”方案。前者是在原有的公式中加入了x平方项,而后者是将原有的高次方指数拓展到小数形式。将这两种新系统进行模拟计算,得到了相关的调制传递函数（MTF）数据和三维图,结果显示MTF随离焦量变化很小（当u=1时,均方差分别为0．0027和0．0021）,而且不会出现零值,跟传统方案MTF差值分别在0．05和0．04以内。由此说明新方案也能实现扩大光学系统景深的目的。     

基于相位差异的图像复原方法

相位差异法利用焦面和离焦通道图像存在的固定离焦相位差为先验信息,联合估计波前相位和目标.本文设计了相位差异图像复原实验,利用变形镜模拟大气湍流扰动,通过Offner反射镜搭建反射式成像系统,消除了色差影响和简化了实验光路.实验结果表明,恢复后图像的分辨率提高了12%,验证了相位差异法提高图像分辨率和解算波前相位的能力.因此该方法是大口径光电成像系统克服波前畸变较为理想的图像恢复技术.     

波前编码中立方相位板的装配及加工误差对成像性能的影响

在波前编码技术中,通过立方相位板的光学调制和后续图像处理,扩展了系统景深.其中系统的光学调制过程,可以用广义光瞳函数描述.系统的广义光瞳函数描述了光通过立方相位板后相位的变化过程.立方相位板是波前编码技术的关键器件,装配及加工误差直接影响系统的成像性能.本文通过推导不同误差情况下的广义光曈函数,得到了立方相位板装配及加工误差对点扩散函数(PSF)和调制传递函数(MTF)的变化规律.评估这些规律,得到了装配和加工误差对系统成像性能的变化规律,为装配和加工过程提供了基本的指导.文中分析了不同装配误差和加工误差对于系统性能的影响,其中围绕Z轴的装配误差和加工中振动引起的正弦形状误差对于MTF的影响最大.因此,在装配和加工中应尽量避免围绕Z轴的装配误差和正弦形状误差,正弦形状误差的PV值应保持在0.5μm之内.     

基于相位差法的波前检测技术

基于相位差法的波前检测技术,主要是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对图像,对光瞳上的波前相位分布进行恢复,同时也可以对目标进行恢复。与哈特曼波前传感器和剪切干涉仪等波前检测技术相比,相位差法具有光路简单、易于实现的特点,同时可以采用扩展目标作为参考源,主要适用于对实时性要求不高的领域。在计算机模拟大气湍流和成像系统的基础上,我们使用有限内存拟牛顿法对波前相位和目标进行了恢复。模拟研究结果表明,相位差法可以较准确的恢复出波前相位,并且最优化的离焦波面差为一个波长。     

利用离焦光斑的离轴望远镜失调校正方法研究

离轴反射式望远镜主要应用于空间天文观测等领域。离轴两反望远镜的成像质量对镜片的失调敏感，且在工作环境下失调后使用激光干涉仪进行校准较为困难。针对这一难题，本文提出了一种利用系统对无穷远点目标的离焦光斑图并使用Swin-Transformer网络计算次镜横向失调量的方法。通过理论计算分析，可以避免多解问题的相机离焦位置，并利用仿真探究了不同离焦量对校正精度的影响，最后搭建实验平台进行验证，训练好的网络使用失调系统的一帧离焦光斑图便可进行失调量的估计。仿真分析与实验结果均验证了该方法的有效性，可实现工作环境中失调望远镜系统的高精度和快速校正。     

非球面人工晶体设计及其光学性能研究

提出了非球面人工晶体的设计思路及方法,即根据个体人眼的角膜地形图,将其转换为波前图,获得Zemike系数Z40(球差)项,在该球差值基础上设计并得到非球面人工晶体结构参数.对植入9.5D和20.5D人工晶体的两实际患眼成像质量的模拟分析表明:以本丈方法设计的非球面人工晶体在对人眼系统的MTF,对比敏感度及离焦MTF的改善上都明显优于传统的球面人工晶体,光学性能良好.本文为非球面人工晶体的设计提供了切实可行的方法,并为其在临床上应用提供了一定的理论基础.     

基于高光谱遥感图像的MTF计算与图像复原

遥感图像成像过程受到大气和成像系统中的光学,探测器和电子学子系统等的影响,致使成像作用退化,造成图像模糊,降低了图像中信息的提取能力。本文使用刃边法,选取图像中均匀地物之间灰度变化明显的边缘提取MTF,使用提取的MTF进行基于维纳滤波的图像复原,对刃边法的原理、提取MTF步骤等都进行了详细分析。对复原图像从均值、方差、熵、平均梯度、边缘能量等方面进行了定量分析,结果表明以MTF计算为荩础的图像恢复技术,可以明显地提高高遥感图像质量。     

高性能投影光刻物镜MTF曲线平滑特性的探讨

用投影光刻法刻制大规模集成电路精细线条,必须顾及光学系统在一定离焦范围内均满足光刻工艺技术要求。本文以五倍光刻物镜为例,介绍了工作频率为300对线/毫米,象方线视场φ28毫米,轴上点及轴外点的波差传递函数MTF曲线一致性好,并在±2微米离焦范围内MTF曲线变化平滑,且满足MTF≥0.4关键性问题。     

电镜中相位衬度原理及对高聚物样品衬度的改善

本文讨论了电镜中相位衬度成象原理以及在高聚物结构形态观察中的相位(离焦)衬度技术。由于相位(离焦)衬度不受外来染色原子二次效应的干扰,可以在不经特别处理情况下对高聚物结构直接进行观察,因此在半结晶高聚物、多相高聚物和聚合物共混形态结构研究中,特别是高聚物动力学过程的研究中得到了有效的应用。     

Realizations of focus invariance in optical-digital systems with wave-front coding

We report experimental verification of an extended depth of focus (EDF) system with near-diffraction-limited performance capabilities. Dowski and Cathey [Appl. Opt. 34, 1859-1866 (1995)] described the theory of this system in detail. We can create an EDF system by modifying a standard incoherent optical system with a special cubic phase plate placed at the aperture stop. We briefly review the theory and present the first optical experimental verification of this EDF system. The phase plate codes the wave front, producing a modified optical transfer function. Once the image is transformed into digital form, a signal-processing step decodes the image and produces the final in-focus image. We have produced a number of images from various optical systems using the phase plate, thus demonstrating the success of this EDF system.     

Extended depth of field in hybrid imaging systems: Circular aperture

Abstract

A hybrid imaging system combines a modified optical imaging system and a digital post-processing step. A spatial-domain method is described to design a pupil phase plate to extend the depth of field of an incoherent hybrid imaging system with a circular aperture. This method is used to obtain a pupil phase plate to extend the depth of field, and is referred to as the EDF circular phase plate. By introducing an EDF circular phase plate at the exit pupil of a simulated diffraction-limited system and digitally processing the output of the detector, the depth of field is extended by approximately an order of magnitude more than the Hopkins defocus criterion.     

两种排列方式光纤传像束的像质评价

根据调制传递函数对比度定义,推导了线列光纤传像束调制传递函数(MTF)的数理关系,建立了光纤直径有随机误差的线列光纤传像束MTF仿真模型,对MTF进行数值分析。通过考虑在光纤传像束中输入信号与光纤的位相匹配对MTF的影响,分析了V型槽排列和紧密排列两种不同方式的光纤传像束的平均MTF。结果显示,有随机误差的光纤束的平均MTF值分别分布于理想传像束平均MTF曲线附近,表明了光纤自身的误差对传像束的平均MTF影响不大;V型槽排列的线列光纤束的像质优于紧密排列方式的线列光纤束。     

Extended depth of field with a nonlinear silver-halide emulsion detector

Presented here are experimental results of an extended depth-of-field (EDF) system using film to record the image. The EDF system used is an application of wave-front coding. A phase mask is placed in the aperture stop of the lens to code the image data; then digital signal processing is used to decode the image. Wave-front coding is based on linear systems theory, but film is not a linear medium. An extra step of linearization is then needed to apply the technique. Both nonlinear and linearized results are shown, as is a test image that demonstrates the success of the technique for nonlinear media.     

推帚式TDI—CCD成象时象移影响的分析

通过对ＴＤＩ－ＣＣＤ的成象特点分析和对象移调制传递函数ＭＴＦｖ的计算,表明当采用连续四相驱动时,ＭＴＦｖ可达到０．９７４,基本上消除了象移的影响。     

投影机镜头的MTF实时检测系统

目前还没有标准的方法来检测投影机镜头的MTF,为此我们提出了一种基于图像分析的投影机镜头MTF实时测试系统.本系统使用CCD作为成像接收器,采用基于图像分析的方法,通过分析单个像素成像同时获得投影镜头子午和弧矢两个方向上的调制传递函数(MTF).阐述了整个测试系统的构造及理论框架,着重分析了系统参数标定的重要性以及如何正确地进行系统参数标定;全面分析了影响测试结果的因素以及如何正确快速地修正噪声的影响.检测了质量合格与质量不合格的投影机镜头,并将结果同设计值的进行比较,实验结果表明了本系统及其处理方法的有效性.     

Analysis of MTF degradation in the imaging of cells in a flow system

The time-delay and integration method can be used with a charge-coupled device array to acquire images of cell in a flow cytometer. The loss of high spatial frequency components in images acquired with this technique is studied by deriving the modulation transfer function (MTF) for each of the main causes of image degradation: finite sampling aperture, nonsynchronism between image movement and charge transfer rate, discrete charge motion, transfer inefficiency, and axis misalignment. The system MTF and resolution in the horizontal and vertical directions are then examined.©1994 John Wiley & Sons Inc     

Development and application of programs to measure modulation transfer function, noise power spectrum and detective quantum efficiency

This project aimed to produce programs to calculate the modulation transfer function (MTF), noise power spectrum (NPS) and detective quantum efficiency (DQE) of digital X-ray systems, given a suitable digital image. The MTF was calculated using the edge technique and the NPS was calculated from a flat field image. Both programs require a suitably edited DICOM image as input. The DQE was then calculated from the output of MTF and NPS programs. This required data external to the DQE program to estimate the number of quanta per mm2 in the beam which formed the NPS image. All three programs run independent of each other on a PC and require no special software to be installed. Results for MTF, NPS and DQE for a Philips AC3 CR system are presented. In addition, the results for MTF from a Siemens Duo CT scanner with a specially designed PTFE edge are also shown.