基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统，该系统包括波前编码镜头、分光元件、正焦影像焦面CCD相机、离焦影像焦面CCD相机以及用于获取波前泽尼克系数的数字处理单元；波前编码镜头与分光元件设置在同一光路上；分光元件将入射至分光元件的光分为反射光以及透射光；正焦影像焦面CCD相机设置在透射光所在的光路上；离焦影像焦面CCD相机设置在反射光所在的光路上；正焦影像焦面CCD相机和离焦影像焦面CCD相机分别与数字处理单元相连。本实用新型提供了一种能够极大地提升PD技术的性能，并拓展其应用领域的基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统。
【专利说明】基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学领域，涉及一种无棱镜位相差异波前传感系统，尤其涉及一种基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统。
【背景技术】
[0002]目前，基于图像处理的新型波前传感技术成为了国内外的研究热点，这就是著名的位相差异F1D (phase diversity)波前传感技术。这种技术只需要同一场景(目标无关)的两幅正焦和离焦影像，并据此构建以系统波前泽尼克系数为变量的目标函数，之后以全局优化算法比如模拟退火或者遗传算法进行最小化寻优，就能够反演得到波前的泽尼克系数。简要的数学描述如下:
[0003]任何一个非相干光学成像系统的成像过程在频率域均可表示为式(I )，
[0004]G(U，V) =F(U，V).0TF(u, v) (I)
[0005]其中，u和V分别代表归一化后的空间频率。F代表理想目标图像频谱，而G则代表实际接收到的图像频谱。OTF表示成像系统的光学传递函数，可以由光学系统广义光瞳函
数P j) = P (X，,V) ’ exp [I..(# (u) + Af (? JF))]通过自相关运算来获得，其中X和y分别表
示光瞳面上的归一化坐标。Φ是系统中的未知波像差，可以由泽尼克多项式进行拟合，而各阶泽尼克多项式的系数就 是系统波像差的直接表征，也是ro算法所要反演的物理量。_代表在正焦和离焦光路中引入的离焦像差。
[0006]由式(I)可知，正焦光路和离焦光路对应的成像过程分别表示如下，
[0007]G1 (u, v) =F(u, v).0TF1 (u, v) (2)
[0008]Gd(u，v) =F(u，v).0TFd(u，v) (3)
[0009]其中I 代表 in-focus，而 D 代表 defocus。
[0010]假如要由实际测量结果对理想目标图像频谱F，正焦光学传递函数OTF1和离焦光学传递函数OTFd同时进行估计，那么就可以构建如下目标函数，
[con] I=ΣΣΙ0'/—户.wXf+IG'/厂戶.07^/?!2(4)
U V
[0012]其中“~”代表估计。
[0013]令式(4)对理想目标图像的频谱F求偏导，并令其为零，能够得到目标图像频谱的估计为式(5)，
I
IQ.0TF ……G OTF
[0014]F=^-, |2 , ,.,(5)
OTF1I +|orFD|
[0015]而将式(5)重新代入式(4)，就能够获得最终的目标函数，如下，
【权利要求】
1.一种基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统，其特征在于:所述基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统包括波前编码镜头、分光元件、正焦影像焦面CCD相机、离焦影像焦面CCD相机以及用于获取波前泽尼克系数的数字处理单元；所述波前编码镜头与分光兀件设置在同一光路上；所述分光兀件将入射至分光兀件的光分为反射光以及透射光；所述正焦影像焦面C⑶相机设置在透射光所在的光路上；所述离焦影像焦面CXD相机设置在反射光所在的光路上；所述正焦影像焦面CCD相机和离焦影像焦面CCD相机分别与数字处理单元相连。
2.根据权利要求1所述的基于双相机系统的无棱镜位相差异波前传感系统，其特征在于:所述波前编码镜头包括成像镜头以及波前编码相位板；所述成像镜头、波前编码相位板以及分光元件依次设置在同一光路上。
【文档编号】G01J9/00GK203688075SQ201420022408
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】赵惠, 易红伟, 樊学武 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所