超分辨光学系统成像原理与技术.pdf

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1、超分辨光学系统成像原理与技术查为懿2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540超分辨光学系统成像原理与技术作者姓名查为懿学院名称光电学院指导教师常军研究员答辩委员会主席李林教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ImagingPrinciplesandTechnologiesoftheSuper-resolvingOpticalSystemCandidateName：WeiyiZhaSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicFacultyMentor:Prof.JunChangChair,

2、ThesisCommittee：Prof.LinLiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何

3、贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要本文旨在探索一种大视场局部超分辨成像系统的设计理念与方法，该系统的成像特点使其能够广泛应用于侦查、救援等领域。达到该目标的主要难点在于：如何实现超分辨，以及如何将超分辨技术与现有的光学设计方法相结合。在对光学超分辨方法广泛调研的基础上，我们选用应用最为广泛的光瞳滤波技术作为实现大视场局部超分辨成像的主要技术途径，研究内容也主要针对光瞳滤波技术展开。本文的主要研究成果如下：（1）光瞳滤波器的结构设计和优化应用Toraldo理论，在Matlab中编写了超分辨光瞳滤波器的优化设计算法，从而设计得到最

4、优的结构参数（包括各环带的半径及相位透过率）。应用该算法，我们成功地设计了二段式、三段式、四段式以及连续分布式的位相型光瞳滤波器。（2）光学系统及光瞳滤波器的整体超分辨效果仿真我们独立探索出一种应用通用光学设计软件ZEMAX对光瞳滤波器进行建模仿真的方法。通过在常规光学系统的光瞳处引入特殊面形GRIDPHASE，可以近似模拟光瞳滤波器对基底光学系统的影响，并由系统点扩散函数获得超分辨的评价指标量值，实现了对带有光瞳滤波器的光学系统的整体分析和仿真。（3）超分辨光学系统的公差分析考虑到实际光瞳滤波器的加工或实验误差，创新性地应用动态数据交换技术在Matlab与ZEMAX间建立通信，对其可能产

5、生的偏心、位置公差、位相公差进行了分析，并编写了相应的计算模拟程序。（4）超分辨实验样机搭建根据设计的超分辨光学系统，进行了合理的实验器件选型，完成光学元件加工、机械结构设计加工，最终在光学平台上实现了超分辨聚焦实验和分辨率板实验，有效验证了超分辨光瞳滤波的技术方法。（5）大视场局部超分辨的实现受到小凹成像的启发，我们创新性提出了机械扫描和光楔扫描实现大视场、局部超分辨成像的方案，克服了超分辨光瞳滤波器引起的旁瓣增强的技术缺陷。关键词：超分辨；光瞳滤波；系统仿真；公差分析I北京理工大学硕士学位论文AbstractThispaperaimedatexploitinganapproachofd

6、esigninganimagingsystemwithalargefieldofviewandregionalsuperresolution,whoseuniquepropertiesaregenerallywantedindetectingandrescuing.Thedifficultyofachievingthisgoalliesonhowtorealizesuperresolutionandhowtocombinethesuper-resolvingtechniquewiththetraditionaloptialdesignprocedure.Basedonourextensiv

7、eresearchonopticalsuper-resolvingtechniques,wehavechosenpupilfiltering,whichismostwidelyused,asthemaintechnicalapproachandourdeeperresearchalsoconcentratedonthispupilfilteringtechnique.Theachievementsofthispapera