[發(fā)明專利]動態(tài)局部超分辨成像系統(tǒng)及光場超振蕩器件的設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115145025A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常軍;穆郁;黃翼;鐘樂;張文超
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G06F30/27;G06N3/08;G06N3/12;G06F111/04
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明公開了動態(tài)局部超分辨成像系統(tǒng)及光場超振蕩器件的設(shè)計方法，包括孔徑光闌、成像物鏡、中繼轉(zhuǎn)像鏡組、光場超振蕩器件和探測器像面，其中光場超振蕩器件為加工有環(huán)帶的平面鏡。本發(fā)明方法確定超分辨倍率，建立系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；將超分辨倍率、目標(biāo)函數(shù)和約束條件代入遺傳算法，得到光場超振蕩器件的參數(shù)。對比已有技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大視場范圍內(nèi)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的動態(tài)局部超分辨成像，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)的設(shè)計、加工與裝調(diào)難度，可廣泛應(yīng)用于需要大視場目標(biāo)探測、識別與跟蹤的視頻監(jiān)控、預(yù)警探測以及戰(zhàn)場偵查等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及動態(tài)局部超分辨成像系統(tǒng)及光場超振蕩器件的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

在目標(biāo)探測、識別與跟蹤的光學(xué)探測領(lǐng)域中，對光學(xué)系統(tǒng)的要求越來越高，既要求系統(tǒng)具有對探測目標(biāo)的大視場全局成像能力，又要求系統(tǒng)具備對目標(biāo)細(xì)節(jié)有足夠高的成像分辨能力，即高/超分辨能力。通常超分辨的方法是采用多孔徑拼接方法，但這種方法會增加光學(xué)系統(tǒng)的體積。

另外，為了解決目標(biāo)全局信息獲取與局部高分辨或超分辨圖像的問題，研究人員還提出了基于數(shù)字圖像處理或人工智能的方法，光學(xué)系統(tǒng)獲得目標(biāo)的全局圖像后，通過軟件算法處理全局圖像得到局部高分辨或超分辨圖像，但是這種處理方式是基于光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)獲得的有限信息，圖像分辨率放大到一定程度后還會面臨圖像失真以及圖像超分辨重建魯棒性的問題。

在局部高分辨或超分辨圖像領(lǐng)域中，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種小凹成像光學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用一組掃描式的望遠(yuǎn)系統(tǒng)可以實現(xiàn)4°視場的局部光學(xué)放大，但依然受限于光學(xué)系統(tǒng)分辨率限制，未達(dá)到超分辨成像。

為了解決以上問題，目前亟需一種動態(tài)局部超分辨成像方法，能夠解決現(xiàn)有光學(xué)成像系統(tǒng)對遠(yuǎn)距離探測時大視場與小目標(biāo)成像分辨率的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了動態(tài)局部超分辨成像系統(tǒng)及光場超振蕩器件的設(shè)計方法，采用光場超振蕩器件(SOE)實現(xiàn)了大視場光學(xué)系統(tǒng)動態(tài)光學(xué)局部超分辨成像，得到光學(xué)系統(tǒng)像面上不同位置的局部超分辨成像。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種光場超振蕩器件設(shè)計方法，具體步驟包括：

光場超振蕩器件為加工有至少1個環(huán)帶的平板透鏡。

對每一個環(huán)帶，確定超分辨倍率G，并建立系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。

將超分辨倍率、目標(biāo)函數(shù)和約束條件代入遺傳算法，得到光場超振蕩器件的環(huán)帶寬度。

進(jìn)一步的，目標(biāo)函數(shù)為maxI(0)，其中I(0)為中心超振蕩焦斑的強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，約束條件為：

I(r_s)＝0

t_r＝0,1

I(r_s)為第一零點位置的光強(qiáng)，r_s表示超分辨焦斑的第一零點位置，I(ρ)為中心超振蕩焦斑的光強(qiáng)，ρ為中心超振蕩焦斑所在的焦面的極坐標(biāo)半徑，I(1)為視場內(nèi)最高旁瓣的光強(qiáng)，L表示局部視場區(qū)域，M₁表示中心超振蕩焦斑的光強(qiáng)與視場內(nèi)最高旁瓣的光強(qiáng)的比值，t_r表示振幅透過率。

進(jìn)一步的，根據(jù)調(diào)制振幅要求，在不同的r_s處，當(dāng)振幅關(guān)閉時，振幅透過率t_r為0；當(dāng)振幅開啟時，振幅透過率t_r為1。

進(jìn)一步的，環(huán)帶的加工方法包括激光直寫和離子束曝光。

一種動態(tài)局部超分辨成像的系統(tǒng)，包括孔徑光闌、成像物鏡、中繼轉(zhuǎn)像鏡組、光場超振蕩器件和探測器像面。