基于無衍射光的大景深成像技術(shù)研究.pdf

1、大景深光學成像系統(tǒng)具有更大的成像空間，不需要進行機械調(diào)焦和用于三維顯示等優(yōu)點，長期以來倍受研究者關(guān)注。本文根據(jù)無衍射光具有線焦的特性，將其應用于成像系統(tǒng)中以增大光學系統(tǒng)的景深。本文的主要研究工作及創(chuàng)新如下： 研究了軸錐鏡在不同光源下所產(chǎn)生光場的光學特性，建立了其理論數(shù)學模型。基于平行單色光照射軸錐鏡的衍射特性，推導了軸上點產(chǎn)生的發(fā)散、會聚球面波照射軸錐鏡的衍射特性。同時根據(jù)光源的光譜特性，建立了準單色光和復色光照射軸錐鏡的衍射圖

2、樣。 分析了兩束無衍射光的干涉理論。利用兩小孔產(chǎn)生兩束相干的無衍射光，依據(jù)單束傾斜平行光照射軸錐鏡的衍射場，分析出這兩束無衍射光產(chǎn)生的干涉場為每束無衍射光的無衍射場的線性疊加，即為兩個零階貝塞爾函數(shù)的疊加。根據(jù)暗條紋的計算公式，推導出干涉條紋的軌跡為雙曲線。 設計并研制了三種常用的大景深成像原理實驗裝置。利用軸錐鏡能產(chǎn)生無衍射光的特性，分析了將其應用到成像系統(tǒng)中增大景深的原理。根據(jù)應用的不同，分別設計了大景深1:1 成像

3、系統(tǒng)、顯微成像系統(tǒng)和望遠成像系統(tǒng)。 以設計的1:1 成像系統(tǒng)為例，推導了無衍射光大景深成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)的形式和變化規(guī)律，重點分析了點擴散函數(shù)中心光斑的變化規(guī)律，這個變化規(guī)律為系統(tǒng)所成的像的變化原因以及進行圖像復原提供了理論依據(jù)。還從光學傳遞函數(shù)、分辨率、對比度和景深等方面對成像系統(tǒng)進行了深入的理論分析。 介紹了四種常用的圖像復原方法：維納濾波，約束最小二乘方，Lucy-Richardson法和盲復原法，并比較了這四種

4、方法對無衍射光成像系統(tǒng)的恢復結(jié)果。針對無衍射光成像系統(tǒng)的成像特性，提出了多幅圖像疊加法。由于無衍射光成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)擴散較開，使得所成的像對比度很低，圖像細節(jié)淹沒在大量噪聲中，為了提高圖像的對比度和清晰度，提出了這種有效的算法。 用設計的成像系統(tǒng)分別對字符、圖案和空間連續(xù)的物體進行了成像實驗。成像實驗表明，本文設計的三種基于無衍射光大景深成像系統(tǒng)比普通光學系統(tǒng)有更大的景深，因此，本文提出的方法能有效的增大非相干成像系統(tǒng)的景深