一種相位成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種相位成像系統(tǒng)，包括光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像轉(zhuǎn)換模塊、平面位置確定模塊、平面圖像獲取模塊和相位恢復(fù)模塊。采用該光學(xué)成像系統(tǒng)，經(jīng)過透鏡陣列中單元透鏡的二次匯聚作用可以將透過光學(xué)系統(tǒng)光瞳面的光線一次成像在探測器的像元上，無需沿光軸移動探測器進(jìn)行多次成像。這樣，無需包括運(yùn)動部件或分光部件即可對目標(biāo)物體進(jìn)行成像，保證了系統(tǒng)可以準(zhǔn)確探測高速運(yùn)動目標(biāo)或者形態(tài)屬性發(fā)生瞬變的目標(biāo)，減少了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種相位成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)，涉及一種相位成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 相位成像技術(shù)基于波前測量和形狀成像原理，由一組縱向離焦序列圖像經(jīng)過處理 后獲得所需的形狀信息。相位成像算法利用三幀在運(yùn)動方向（運(yùn)動方向與光波衍射方向一 致）上不同位置的圖像作為數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，利用光強(qiáng)信息恢復(fù)波振面。相位圖像中的物 體幾何特征更明顯，噪聲對其影響比較小，且不受明暗對比度的影響，基于這些優(yōu)良特性， 相位成像可以用于微弱目標(biāo)檢測及提供三維形狀圖像。
[0003] 由于需要記錄三個(gè)面的光強(qiáng)信息，現(xiàn)有的方法有兩種，一種是通過固定物體位置， 利用探測器沿著光軸方向進(jìn)行移動分別成像，記錄欠焦、聚焦及過焦平面上的光強(qiáng)信息；另 一種通過能量分光，利用三個(gè)探測器實(shí)現(xiàn)記錄欠焦、聚焦及過焦平面上的光強(qiáng)信息。
[0004] 由上可見，第一種相位成像技術(shù)要求該成像系統(tǒng)的機(jī)械調(diào)焦機(jī)構(gòu)中必須包含運(yùn)動 部件，才能將探測器沿著光軸移動進(jìn)行掃描成像，這樣必然增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，且該運(yùn)動 部件的引入降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；第二種相位成像技術(shù)要求該成像系統(tǒng)必須包含三個(gè)探測 器以及分束器，才能記錄三個(gè)平面上的信息，這樣在增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度同時(shí)也增加了系 統(tǒng)的成本，同時(shí)由于分束器的引入會造成光路的變化，使不同焦距位置的光線發(fā)生變化。此 夕卜，第一種相位成像技術(shù)要對不同焦距位置平面上的光線進(jìn)行成像，需要多次調(diào)整機(jī)械調(diào) 焦結(jié)構(gòu)中的運(yùn)動部件進(jìn)行三次掃描成像，需要較長的掃描成像時(shí)間；第二種相位成像技術(shù) 需要嚴(yán)格保證三個(gè)探測器同時(shí)觸發(fā)，因此以上兩種相位成像難以準(zhǔn)確探測高速運(yùn)動目標(biāo)或 者形態(tài)屬性發(fā)生瞬變的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種相位成像系統(tǒng)，可以 準(zhǔn)確探測高速運(yùn)動目標(biāo)或者形態(tài)屬性發(fā)生瞬變的目標(biāo)，并且降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，增強(qiáng) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種相位成像系統(tǒng)，包括光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像轉(zhuǎn)換模塊、平 面位置確定模塊、平面圖像獲取模塊和相位恢復(fù)模塊；
[0007] 光學(xué)成像系統(tǒng)對目標(biāo)物體進(jìn)行成像，得到探測器圖像；所述的光學(xué)成像系統(tǒng)包括 透鏡組、透鏡陣列和探測器；目標(biāo)光束經(jīng)過透鏡組匯聚后，再經(jīng)過透鏡陣列中的單元透鏡進(jìn) 行二次匯聚，將透鏡組光瞳面的光線一次成像在探測器像元上；
[0008] 圖像轉(zhuǎn)換模塊將獲取的探測器圖像轉(zhuǎn)換為四維光束分布矩陣；
[0009] 平面位置確定模塊計(jì)算獲得各焦面對應(yīng)的像平面位置zk ;
[0010] 平面圖像獲取模塊根據(jù)所述平面位置確定模塊獲取的各焦面對應(yīng)的像平面位置 zk，對所述四維光束分布矩陣進(jìn)行求和，得到各焦面對應(yīng)的像平面圖像；
[0011] 所述相位恢復(fù)模塊根據(jù)所述各焦面對應(yīng)的像平面圖像，計(jì)算得到波振面相位信 息，即得到相位圖像。
[0012] 圖像轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)如下公式將所述探測器圖像轉(zhuǎn)換為四維光強(qiáng)分布矩陣：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種相位成像系統(tǒng)，其特征在于：包括光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像轉(zhuǎn)換模塊、平面位置確定 模塊、平面圖像獲取模塊和相位恢復(fù)模塊； 光學(xué)成像系統(tǒng)對目標(biāo)物體進(jìn)行成像，得到探測器圖像；所述的光學(xué)成像系統(tǒng)包括透鏡 組、透鏡陣列和探測器；目標(biāo)光束經(jīng)過透鏡組匯聚后，再經(jīng)過透鏡陣列中的單元透鏡進(jìn)行二 次匯聚，將透鏡組光瞳面的光線一次成像在探測器像元上； 圖像轉(zhuǎn)換模塊將獲取的探測器圖像轉(zhuǎn)換為四維光束分布矩陣； 平面位置確定模塊計(jì)算獲得各焦面對應(yīng)的像平面位置Zk ; 平面圖像獲取模塊根據(jù)所述平面位置確定模塊獲取的各焦面對應(yīng)的像平面位置Zk，對 所述四維光束分布矩陣進(jìn)行求和，得到各焦面對應(yīng)的像平面圖像； 所述相位恢復(fù)模塊根據(jù)所述各焦面對應(yīng)的像平面圖像，計(jì)算得到波振面相位信息，即 得到相位圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位成像系統(tǒng)，其特征在于：圖像轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)如下公 式將所述探測器圖像轉(zhuǎn)換為四維光強(qiáng)分布矩陣：
其中，Lm，n(x，y，z)為第m行、第η列個(gè)基原圖像重建得到的光強(qiáng)分布矩陣，其中p，q分 別是微透鏡在X，y方向上的個(gè)數(shù)，〇(x，y，z)為四維光強(qiáng)分布矩陣；所述的基原圖像為某個(gè) 微透鏡單元在探測器像面上所成的圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種相位成像系統(tǒng)，其特征在于：所述平面圖像獲取模塊，用 于對所述四維光束分布矩陣進(jìn)行求和，得到各焦面的像平面圖像
【文檔編號】G01B11/24GK104142131SQ201410353727
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】蘇云, 劉雨晨, 焦建超, 鐘曉明, 賀金平, 阮寧娟, 張?jiān)? 申請人:北京空間機(jī)電研究所