波前编码三维成像系统的研究及实现

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1、ZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目:波前编码三维成像系统的研究及实现英文论文题目：Researchandimplementationofthree-dimensionalwavefrontcodingimagingsystem学科专业：纳米材料与器件作者姓名：张星煦指导教师：赵廷玉完成日期：2018/04/18浙江理工大学硕士学位论文波前编码三维成像系统的研究及实现摘要三维成像技术作为一种重要的应用光学技术，被广泛地应用在材料、生物、医疗等各个行业之中。在

2、微米材料的研究中，我们希望对样品进行三维成像，以获得对样品更全面的认识。现有三维成像系统由于自身结构的限制，导致其存在成像时间较长，需要多次成像并且灵活性有限等诸多劣势。而使用两步式成像的波前编码光学技术可以有效解决这一问题。通过在传统的光学系统中插入一块手性相位掩模板，使得整体系统对于离焦量的变化十分敏感。通过这种基于手性相位掩模板的被动式三维成像波前编码光学系统对被测物体进行编码，得到中间的编码图像，再对其进行处理，提取出其中所包含的被测物体的物距信息。从而实现对于被测物体三维图像的重构。本文不仅从理论上推导出了改进型手

3、性相位掩模板的光学传递函数，还得到了对物距与点扩散函数之间的解析关系。在此基础上，本文采用傅里叶光学的手段建立了编码图像和物距之间的理论关系，并以此为基础，从编码图像中提取了物距信息，从而进行三维图像的重建。本文在原有被动式三维成像波前编码光学系统的基础上，采用液晶空间光调制器（LiquidCrystalSpatialLightModulator,简称LC-SLM）替代手性相位掩模板，建立了一个被动式三维成像波前编码光学系统。通过实际的三维成像系统测试，在电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice,简称CCD)相机

4、上得到被测物体的中间图像，并对其进行分块的物距信息提取，得到了被测物体的三维图像。和实际物体进行比对后，被动式三维成像波前编码光学系统的误差控制在5%以内，完全可以用于三维图像的重建及测距。本文中所提出的方案与使用加工相位掩模板的波前编码光学系统相比，该方法不仅能够提供更大的灵活性，尤其适合用于对拥有较大景深的实时变化物体进行三维成像。关键词：波前编码；三维成像技术；傅里叶光学；液晶空间光调制器。I浙江理工大学硕士学位论文波前编码三维成像系统的研究及实现AbstractThree-dimensional(3D)imaging

5、technologyiswidelyusedinthematerial,biological,medicalindustriesetc.However,thegeneral3Dimagingsystemhassomerestrictionssuchasthelimitedflexibility.Atwo-stepwavefrontcodingtechnologyisappliedtosetupapassive3Dimagingsystem.Firstly,theintermediateimages,capturedbythe

6、ChargeCoupledDevice(CCD),areopticallyencodedbyinsertingachiralphasemaskinthepupilplaneofthewavefrontcodingsystem.Theencodedsystembecomesparticularlysensitivetotheobjectdistance.Secondly,the3Dimagescanbedigitallydecodedfromtheintermediateimagesusingthesensitivitytot

7、heobjectdistance.WedeductedtheopticaltransferfunctionofthepassivewavefrontcodingsystemwithachiralphasebasedonthetheoryoftheFourieroptics.Wealsoderivedtheanalyticalrelationshipbetweentheobjectdistanceandthepointspreadfunction,aswellastheobjectdistanceandtheencodedin

8、termediateimage.Bothofthepointspreadfunctionandtheprocessedspectrumoftheencodedimagehavetwospots,whichwillrotatewiththevariationoftheobjectdistan