[發明專利]動態局部超分辨成像系統及光場超振蕩器件的設計方法

在審

• 申請號: 202210828827.6
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115145025A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 常軍;穆郁;黃翼;鐘樂;張文超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 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權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明公開了動態局部超分辨成像系統及光場超振蕩器件的設計方法，包括孔徑光闌、成像物鏡、中繼轉像鏡組、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帶的平面鏡。本發明方法確定超分辨倍率，建立系統的目標函數和約束條件；將超分辨倍率、目標函數和約束條件代入遺傳算法，得到光場超振蕩器件的參數。對比已有技術，能夠實現大視場范圍內遠距離目標的動態局部超分辨成像，簡化了系統結構，降低了系統的設計、加工與裝調難度，可廣泛應用于需要大視場目標探測、識別與跟蹤的視頻監控、預警探測以及戰場偵查等領域。

技術領域

本發明涉及光學儀器技術領域，具體涉及動態局部超分辨成像系統及光場超振蕩器件的設計方法。

背景技術

在目標探測、識別與跟蹤的光學探測領域中，對光學系統的要求越來越高，既要求系統具有對探測目標的大視場全局成像能力，又要求系統具備對目標細節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系統的體積。

另外，為了解決目標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字圖像處理或人工智能的方法，光學系統獲得目標的全局圖像后，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系統已經獲得的有限信息，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域中，現有技術公開了一種小凹成像光學系統，系統采用一組掃描式的望遠系統可以實現4°視場的局部光學放大，但依然受限于光學系統分辨率限制，未達到超分辨成像。

為了解決以上問題，目前亟需一種動態局部超分辨成像方法，能夠解決現有光學成像系統對遠距離探測時大視場與小目標成像分辨率的矛盾。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了動態局部超分辨成像系統及光場超振蕩器件的設計方法，采用光場超振蕩器件(SOE)實現了大視場光學系統動態光學局部超分辨成像，得到光學系統像面上不同位置的局部超分辨成像。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案為：

一種光場超振蕩器件設計方法，具體步驟包括：

光場超振蕩器件為加工有至少1個環帶的平板透鏡。

對每一個環帶，確定超分辨倍率G，并建立系統的目標函數和約束條件。

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

進一步的，目標函數為maxI(0)，其中I(0)為中心超振蕩焦斑的強度。

進一步的，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，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，ρ為中心超振蕩焦斑所在的焦面的極坐標半徑，I(1)為視場內最高旁瓣的光強，L表示局部視場區域，M₁表示中心超振蕩焦斑的光強與視場內最高旁瓣的光強的比值，t_r表示振幅透過率。

進一步的，根據調制振幅要求，在不同的r_s處，當振幅關閉時，振幅透過率t_r為0；當振幅開啟時，振幅透過率t_r為1。

進一步的，環帶的加工方法包括激光直寫和離子束曝光。

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