可调光瞳滤波器的轴向焦移及扩展焦深

光学超分辨、焦深扩展及焦移3种效应一直受到研究人员的关注,且在光学显微成像、光学校准、光学相干层析成像及光存储中有着重要的应用。提出一种可调谐光瞳滤波器来实现光学系统的轴向焦移及扩展焦深。该光瞳滤波器由两个完全相同且相互平行的λ/4波片和置于其间的λ/2波片组成,其中λ/2波片分为两个可作相对旋转的区域,并且通过推导得出其光瞳函数。研究结果表明,通过旋转半波片的角度可以实现焦移量的实时控制。因此该系统可应用于自动调焦系统,比如某些光学读写驱动系统有时需要调整焦平面。另外,当半波片两部分相位差为π时,横向超分辨和轴向扩展焦深同时实现,可以应用于共焦扫描成像系统中。

电控径向双折射滤波器的横向超分辨与轴向扩展焦深

提出利用电控径向双折射光瞳滤波器实现横向超分辨性能参量的调制与轴向扩展焦深。该光瞳滤波器由两个平行偏光镜,一个电光晶体与一个径向对称双折射晶体组成。分析了电光晶体与径向双折射元件对光偏振态的空间调制作用,通过控制电光晶体的相位延迟实现径向中心处初始偏振态的控制,与径向双折射元件横向偏振态调制结合,实现了庞加莱球上偏振态演变路径与阶段的控制,从而对焦点附近偏振态进行空间调制以实现光强的重新分布。研究结果表明,外加电场调制可以实现横向上超分辨性能的调控以及轴向上焦深的扩展,并可得到相应的电光相位延迟范围。

多聚焦图像焦深扩展分解融合算法仿真

多聚焦图像在融合过程中,若源图像分辨率过低会直接影响图像的融合效果。为提升图像融合效果,提出基于焦深扩展的多聚焦图像融合算法。采用焦深扩展方法对光学系统实施优化,通过优化后的光学系统生成聚焦图像,并对获取的聚焦图像中的退化图像实施修复处理,提升源聚焦图像质量;使用双三次插值的单帧超分辨率法对图像实施分解处理,获取源聚焦图像的高分辨率图像,结合滤波处理算法,获取聚焦图像的细节系数;利用逆小波变换方法对图像细节系数,依据计算结果实现多聚焦图像融合。实验结果表明,使用上述方法开展图像融合时,融合效果较好,图像融合质量较高。

基于焦深扩展的图像融合算法研究及其实现

针对显微图像清晰度小于人眼通过目镜和物镜观察到的图像清晰度的问题,提出了焦深扩展图像这一概念,即在物体聚焦范围内按照某一选定的步距采集多幅图像,使用图像融合技术对图像序列进行计算得到的图像;探讨了两种图像融合算法对显微图像序列进行实时焦深扩展,有效地提高清晰度和增强立体感;通过图像信息量统计方法,并针对这两种算法的特点进行了实验分析。

波前编码显微物镜景深扩展的研究

为了解决传统显微物镜景深与分辨率的矛盾,采用波前编码的方法,设计研究了波前编码的10倍显微物镜,结合传统光学设计软件,采用基于MTF一致性的相位板参数的优化方法,实现了在像面附近一定范围内系统的点扩散函数一致性;此外,还设计了扩展三次相位编码板的10倍显微物镜,比较了采用两种不同相位板系统的焦深扩展的效果,结果显示三次相位板的焦深扩展效果较好,可以将传统10倍显微物镜的焦深扩展15倍。成像模拟仿真结果显示滤波后的编码像在±15倍焦深范围内成像清晰,从而扩大了系统的景深。

焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求,同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑,设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件,通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数,获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深,分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1.20~1.67μm,具有良好的透雾性能,焦距为18~90 mm,探测器靶面为全画幅,搜索视场较大,有利于发现目标;在不同变焦位置,短焦端焦深最大为传统系统的6.43倍,长焦端焦深最大为传统系统的3.21倍,大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性,从而使该系统不仅具有优良像质,也使设计、加工、装调要求更加宽松,并有利于消除热效应的影响。

三环位相型光瞳滤波器的横向超分辨与轴向焦深扩展

用矢量衍射方法分析了线偏振光入射到带有三环位相型光瞳滤波器的高数值孔径物镜时,焦点的轴向和横向光强分布.数值模拟结果表明,高数值孔径物镜聚焦时需同时考虑光强的轴向和横向分布.通过加入三环位相光瞳滤波器,在实现横向超分辨的同时实现了光学系统轴向焦深扩展和轴向光强分布平坦化,并且位相调制深度变化时,会出现轴向焦移现象.对三环位相光瞳滤波器结构进行了优化,得出了优化结果.

基于圆环达曼光栅的长焦深光学相干层析成像系统

圆环达曼光栅(CDG)产生的贝塞尔光束照明可以扩展光学相干层析成像(OCT)系统的焦深,使得系统在较大成像深度范围均保持高的横向分辨率。但CDG一级衍射环的分裂效应会导致贝塞尔光束轴向能量分布出现凹陷,削弱了焦深扩展的效果。本研究团队在分析CDG衍射原理的基础上,优化设计了无一级衍射环分裂效应的CDG,并通过仿真证明了该CDG产生的贝塞尔光束不存在轴向能量凹陷,具有更好的焦深扩展效果;然后将优化设计的CDG应用于搭建的OCT系统中,采用该系统对聚苯乙烯微球琼脂凝胶、白胶带等样品进行成像。结果表明,该OCT系统可以在1.8 mm的焦深范围内获得优于3.9μm的横向分辨率,有效扩展了系统焦深。

电控振幅型超分辨光瞳滤波器的调谐特性分析

根据空间偏振态调制和偏振干涉的原理,设计了一种能通过外加电压调谐的振幅型光瞳滤波器,实现了横向超分辨下轴向焦移与焦深的实时控制。该滤波器由两个透射光轴平行的偏光镜,置于其间的一个电光晶体和一个二区域λ/2波片组成。分析了滤波后光学系统焦点附近光强的分布及电光调谐特性,在电光相位延迟-π~π之间,二区域λ/2波片内外径取优化值时,可实现横向超分辨及轴向焦移的实时调控,等效于一个可实现横向超分辨的电光调焦透镜。电光相位延迟一定时,二区域λ/2波片内区方位角的改变可实现第一零点比的调整;内区方位角一定时,电光相位延迟的改变可实现焦深的实时控制。