編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法及掩模結構碼型的制作方法
【專利摘要】一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法及掩模結構碼型，評價方法包括三個評價指標：M1、M2和RA，掩模結構碼型，是將多數(shù)個結構完全相同的符合Dammann光柵結構的正方形單元進行周期性排列，從而形成正方形陣列結構，所述正方形陣列結構為N×N陣列，其中N為正整數(shù)，且滿足N≥3。本發(fā)明基于掩模結構和透鏡組特征來描述編碼掩模成像系統(tǒng)，能夠更為方便快速地得到系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，省去了實際系統(tǒng)制作、搭建和調試的準備過程，并且避免了實際測量中可能出現(xiàn)的操作誤差。本發(fā)明可以客觀地描述不同碼型結構對編碼掩模成像系統(tǒng)點擴散函數(shù)的調節(jié)作用，并可作為碼型結構對整個系統(tǒng)成像質量的評價依據(jù)，最終為該類成像系統(tǒng)中編碼掩模的碼型設計和優(yōu)化給出指導性意見。
【專利說明】編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法及掩模結構碼型

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)。特別是涉及一種編碼掩模光學成像系統(tǒng) 的掩模評價方法及掩模結構碼型。

【背景技術】
[0002] 編碼掩模成像系統(tǒng)最早起源于X射線等重粒子射線的探測和成像過程中。由于 遠距離輻射的重粒子射線無法被傳統(tǒng)的光學透鏡系統(tǒng)聚焦到探測器上，故使用具有一定 碼型結構的編碼掩模對到達探測系統(tǒng)的重粒子射線進行調制，并需要對探測到結果配合相 應的圖像解碼技術來對原始重粒子的福射源場景進行還原和成像。（E. E. Fenimore, and Τ· M. Cannon，"Coded aperture imaging with uniformly redundant arrays，〃Appl Optics 17,337-347 (1978))。
[0003] 如今，編碼掩模成像技術已經被廣泛應用于可見光成像、紅外成像等領域，以此 來改善或是控制光學系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，從而提高原有成像系統(tǒng)的圖像分辨率。針對不 同的成像要求和處理方式，前人設計了不同的掩模結構，比如，Gottesman教授將碼型結 構為隨機編碼的掩模加在光學系統(tǒng)前，用來提高整個光學系統(tǒng)直接成像的點擴散函數(shù)的 尖銳度（S. R. Gottesman,''Coded apertures:past, present, and future application and design, 〃in Adaptive Coded Aperture Imaging and Non-Imaging Sensors(San Diego, CA，2007)，p. 671405) ;Levin教授使用具有周期對稱結構的"王"字形掩碼作為 編碼掩模的碼型，來調整場景中不同位置處點擴散函數(shù)，從而對光學成像的景深進行 還原(A. Levin, R. Fergus, Fr, D. Durand, and ff. T. Freeman, ^Image and depth from a conventional camera with a coded aperture, 〃in ACM SIGGRAPH 2007papers(ACM, San Diego, California, 2007), p. 70) 〇
[0004] 可見，編碼掩模成像系統(tǒng)的根本目的通過加載的具有一定碼型特點的編碼掩模來 對整個成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)進行控制，從而滿足不同的圖像處理方式。目前，對于編碼掩 模成像系統(tǒng)的掩模設計尚無比較固定的參照，多以個人創(chuàng)意為主，且針對不同的圖像處理 方式需要的合適碼型結構也不同。此處提出一種針對編碼掩模碼型結構的評價方法，來作 為編碼掩模成像系統(tǒng)中碼型結構性能的衡量指標，最終可以用來輔助評價整個編碼掩模成 像系統(tǒng)的成像分辨率。
[0005] 編碼掩模碼型的評價方法大多是從最終得到的圖像信噪比等成像結果來 進 行分析(Z.Changyin, and S. Nayar, 〃What are good apertures for defocus deblurring, ^Computational Photography (ICCP), 2009 IEEE International Conference on，pp.l，8, 16-17 April 2009)。該方法目標明確，但是需要完成原始場景從經過光學系 統(tǒng)、被探測器采集并最終被還原成圖像的整個過程，過程繁雜，計算量大。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種可以客觀地描述不同碼型結構對編碼掩 模成像系統(tǒng)點擴散函數(shù)調節(jié)作用的編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法及掩模結構碼 型。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法，包括 三個評價指標：M1、M2和RA，所述的三個評價指標都是以點擴散函數(shù)h(x，y)在某一區(qū)域內 所集中的能量大小為計算對象，具體是：

【權利要求】
1. 一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法，其特征在于，包括三個評價指標：M1、 M2和RA，所述的三個評價指標都是以點擴散函數(shù)h(x，y)在某一區(qū)域內所集中的能量大小 為計算對象，具體是：
RA (ω) = corr (h (X，y ; ω)，h (X，y ; ω ++ ω))， 其中： h(x，y)為整個編碼掩模成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)； (X，y)為成像系統(tǒng)探測平面上的橫、縱坐標，其坐標系為原點在探測器中心點的垂直坐 標系，坐標系單位為長度單位米； r為以坐標系原點為中心的圓的半徑，單位為長度單位米； P為入射光與光學系統(tǒng)主光軸的夾角，也即斜入射光的傾角，單位為角度單位度； △，為不同斜入射光之間的角度的差值，單位為角度單位度； ω為原始場景平面相對成像系統(tǒng)的探測平面的旋轉角度，旋轉過程以光學系統(tǒng)的主光 軸為旋轉軸，以探測器上坐標系橫軸的正半軸為起始坐標軸，旋轉角度以逆時針方向為正 值，單位為角度單位度； + ω為原始場景旋轉不同角度時的角度差，單位為角度單位度； corr為相關運算。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法，其特征在于， 所述的評價指標公式Ml (r)表示：以入射光在探測平面的成像中心為坐標原點，計算半徑 為不同r的圓內的總能量，然后進行歸一化。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法，其特征在于， 所述的評價指標公式表示：在得到相對于成像系統(tǒng)主光軸傾斜不同角度p的斜入 射光的點擴散函數(shù)之后，用不同傾斜角度P的點擴散函數(shù)與平行入射光的點擴散函數(shù)進行 比較做差，然后對比較做差的差值能量進行歸一化。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種編碼掩模光學成像系統(tǒng)的掩模評價方法，其特征在于， 所述的評價指標公式RA(?)表示：在得到原始場景相對探測平面不同的旋轉角度ω的點 擴散函數(shù)之后，以用不同的旋轉角度ω的點擴散函數(shù)與旋轉角度ω為〇的點擴散函數(shù)進 行相關運算，計算二者之間的相似度。
5. -種根據(jù)權利要求1所述的評價指標設計的掩模結構碼型，其特征在于，是將多數(shù) 個結構完全相同的符合Dammann光柵結構的正方形單元進行周期性排列，從而形成正方形 陣列結構，所述正方形陣列結構為NXN陣列，其中N為正整數(shù)，且滿足N > 3。
6. 根據(jù)權利要求5所述的掩模結構碼型，其特征在于，所述的任一個符合Dammann光柵 結構的單元中都包括有掩模的完全擋光矩形和掩模的完全透光矩形，其中，所述完全透光 矩形的尺寸和位置的確定如下： (1) 以單元的左上頂點為測量坐標系的起點，以水平向右為測量坐標系的橫軸正方向， 以垂直向下為測量坐標系的縱軸正方向，橫向透光矩形和擋光矩形的轉換點的位置與縱向 透光矩形和擋光矩形的轉換點的位置相對稱； (2) 由透光向不透光轉換的點的橫向和縱向坐標值為a"，由不透光向透光轉換的點的 橫向和縱向坐標值為bn，其中η = 1，2, 3···; (3) 若整個單元的邊長為1個單位長度，左上頂點測量坐標系的起點處的值為0， 則a從到an依次取值為0、0· 414058單位長度、0· 558598單位長度、0· 673818單位長 度、0· 780324單位長度、0· 82812單位長度、0· 939460單位長度，b從h到bn依次取值為 0. 265627單位長度、0. 503971單位長度、0. 616368單位長度、0. 740187單位長度、0. 803657 單位長度、〇. 937522單位長度、0. 957016單位長度。
7.根據(jù)權利要求6所述的掩模結構碼型，其特征在于，所述的對稱是關于從所述的單 元的左上角到右下角的對角線的對稱。
【文檔編號】G06F19/00GK104156610SQ201410412320
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】張傲, 汪清, 金杰, 楊敬鈺, 孫懿 申請人:天津大學