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基于相空间光学的波前编码技术研究

作　者: 刘挺
导　师: 蔡怀宇
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 相空间光学波前编码景深延拓点扩散函数调制传递函数
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

波前编码技术是一种通过在光学系统中加入编码相位板对图像进行编码，并利用后期图像处理方法对编码图像解码的新型成像技术。该技术具有扩展成像系统景深，抑制像差等优势。本文借鉴相空间光学理论及其相应的空频域联合分析方法对波前编码技术进行了更为深入的研究，获得了更为准确的参数设计方法和性能分析结果。本课题进行了以下工作：1.基于相空间光学理论计算出三次相位板波前编码系统的准确调制传递函数，对波前编码系统的特性进行更为深入的分析。采用魏格纳分布和乘积谱等数学推导方法，将三次相位板波前编码系统的传递函数通过模糊函数表达，进而获得准确的调制传递函数，讨论了波前编码系统的像差抑制、点扩散函数位移和景深极限等特性。2.利用准确调制传递函数的菲涅尔积分表达形式和相空间光学的空频域联合分析方法，研究了波前编码成像系统的一般性设计方案。结合菲涅尔正弦积分、余弦积分讨论波前编码成像系统中面型参数、频率信息、离焦量和MTF之间的关系，获得了不同类型波前编码系统的参数优化范围。3.本文基于二元光学理论，针对空间光调制器模拟相位板技术，采用了一种新型相位板编码方式，相对传统的连续型编码方式，利用该编码方式获得了更好的实验结果。4.进行基于波前编码技术的大景深显微成像系统和微距成像系统的设计与实验，验证了理论分析结果。分别通过软件模拟、实际相位板实验和空间光调制器模拟相位板实验方法，实现了系统的初始设计性能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 相空间理论与波前编码技术  7-9
  1.2 波前编码技术的研究现况  9-10
  1.3 论文主要内容  10-12
第二章相空间光学基础  12-18
  2.1 魏格纳分布及其性质  12-14
    2.1.1 魏格纳分布定义  12-13
    2.1.2 魏格纳分布的性质  13-14
  2.2 模糊函数及其性质  14-16
    2.2.1 模糊函数定义  14-15
    2.2.2 模糊函数的性质  15-16
  2.3 模糊函数与魏格纳分布的关系  16-18
第三章波前编码成像系统的相空间分析  18-29
  3.1 成像系统的相空间表达  18-22
    3.1.1 乘积相位和乘积谱表示  18-20
    3.1.2 光学成像系统  20-22
    3.1.3 非相干光源照明情况下的成像系统  22
  3.2 波前编码系统成像性质  22-29
    3.2.1 波前编码系统离焦极限  22-24
    3.2.2 波前编码系统像差  24-26
    3.2.3 波前编码系统点扩散函数位移  26-29
第四章波前编码系统参数设计的一般性方法  29-41
  4.1 传统矩形孔径系统  29-31
  4.2 三次相位板波前编码系统  31-34
  4.3 波前编码系统系统参数设计  34-41
    4.3.1 菲涅尔积分性质与离焦量的关系  34-36
    4.3.2 波前编码系统离焦极限  36-38
    4.3.3 相位板面型参数的设计  38-41
第五章空间光调制器模拟波前编码相位板  41-56
  5.1 空间光调制器概述  41
  5.2 空间光调制器的工作原理  41-46
    5.2.1 复振幅调制  41-45
    5.2.2 相位调制  45-46
  5.3 液晶空间光调制器的相位板模拟  46-56
    5.3.1 二元光学  47
    5.3.2 菲涅尔波带透镜  47-51
    5.3.3 利用空间光调制器实现三次相位板模拟  51-56
第六章实验与结果分析  56-65
  6.1 显微成像系统模拟实验  56-58
  6.2 微距成像系统实验  58-62
  6.3 基于空间光调制器的验证实验  62-65
第七章总结与展望  65-67
  7.1 总结  65-66
  7.2 展望  66-67
参考文献  67-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

基于相空间光学的波前编码技术研究

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