(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210755711.4 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 常军　黄翼　武楚晗　陈蔚霖　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 张利萍 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 9/00(2006.01) G06T 7/50(2017.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于波前编码的小凹计算成像系统及 优化方法 (57)摘要 本发明提出的一种基于波前编码的小凹计 算成像系统及优化方法， 能够实现不同视场不同 编码深度， 将小凹成像和波前编码成像两种成像 模式进行集成， 只通过旋转一块相位板就可实现 两种工作模式的切换， 操作简单， 成本低廉， 可执 行多种任务； 从中心视场到边缘视场的MTF逐渐 降低， 图像越来越模糊， 有利于图像的压缩处理， 可降低系统带宽， 同时特征频率内MTF无零点， 无 信息丢失， 通过后续的图像解码还能获得大景深 的信息； 相位板可 以采用独立的器件， 也可以在 前组和后组透射式光学系统的透镜上进行面型 加载， 使其具有编码功能， 因此具有使用灵活性； 本发明的优化方法， 通过分别设计两种工作模式 的目标函数对优化进行控制， 可以得到更好的优 化效果。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115130304 A 2022.09.30 CN 115130304 A 1.一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 包括前组透射式光学系统 (1)、 后组透射式光学系统(2)、 相位板(3)、 光电探测器(4)以及图像复原系统(5)； 所述前组透射式光学系统(1)， 用于 压缩成像光束口径； 所述后组透射式光学系统(2)， 用于前组透射式光学系统(1)压缩后的成像光束会聚成 像； 所述相位板(3)有两块， 对视场的编码一致， 分别放置在前组透射式光学系统(1)之前 和后组透射式光学系统(2)之后， 均用于对成像光束的波前进行编码； 当成像系统工作于小凹成像工作模式时， 两个相位板(3)的局部坐标系的三个坐标轴 均对应平行， 且 对不同视场编码 深度不同； 当成像系统工作于波前编码成像工作模式时， 两个相位板(3)局部坐标系的x轴和y轴 之间夹角均为6 0度， 且对不同视场编码 深度相同； 所述光电探测器(4)， 用于将后组透射式光学系 统(2)所成的像转换成数字图像， 记录 并存储； 所述图像复原系统(5)， 基于相位板(3)的编码对所述数字图像进行解码。 2.如权利要求1所述一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 所述相位板 (3)的面型公式为： z(x,y)＝a(x3+y3)+b(x2y+xy2)    (1) 其中， a和b为 面型参数； x、 y和z分别为相位板(3)的局部坐标系的三个轴的坐标。 3.如权利要求1或2所述一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 相位板 (3)对不同视场的编码深度不同， 越接近中心视场， 编码深度越小， 越靠近边缘视场编码深 度越大。 4.一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 包括前组透射式光学系统 (1)、 后组透射式光学系统(2)、 相位板(3)、 光电探测器(4)以及图像复原系统(5)； 所述前组透射式光学系统(1)， 用于 压缩成像光束口径； 所述后组透射式光学系统(2)， 用于前组透射式光学系统(1)压缩后的成像光束会聚成 像； 前组透射式光学系统(1)的前端透镜上加载相位板(3)的面型， 后组透射式光学系统 (2)后端的透 镜上加载相位板(3)的面型； 当成像系统工作于小凹成像工作模式时， 前组透射式光学系统(1)和后组透射式光学 系统(2)加载的相位板(3)的局部坐标系的三个坐标轴 均对应平行， 且对不同视场编码深度 不同； 当成像系统工作于波前编码成像工作模式时， 前组透射式光学系统(1)和后组透射式 光学系统(2)加载的相位板(3)局部坐标系的x轴和y轴之间夹角均为60度， 且对不同视场编 码深度相同； 所述光电探测器(4)， 用于将后组透射式光学系 统(2)所成的像转换成数字图像， 记录 并存储； 所述图像复原系统(5)， 基于相位板(3)的编码对所述数字图像进行解码。 5.如权利要求4所述一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 所述相位板 (3)的面型公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130304 A 2z(x,y)＝a(x3+y3)+b(x2y+xy2)   (1) 其中， a和b为 面型参数； x、 y和z分别为相位板(3)的局部坐标系的三个轴的坐标。 6.如权利要求4或5所述一种基于波前编码的小凹计算成像系统， 其特征在于， 相位板 (3)对不同视场的编码深度不同， 越接近中心视场， 编码深度越小， 越靠近边缘视场编码深 度越大。 7.一种如权利要求1、 2、 4或5所述的基于波前编码的小凹计算成像系统 的优化方法， 其 特征在于， 包括： 步骤1、 设计小凹计算成像系统； 步骤2、 建立用于优化的目标函数， 具体为： 将视场范围进行 区域划分， 设置第i个视场的MTF下降因子为γ(i)， 小凹工作模式优化 设计的评价 函数为： 其中， i＝1,2,...,n， n表示划分的视场区域数量； MTFrad(i)表示第i个视场的子午MTF， MTFtan(i)表示第i个视场的弧矢 MTF； 表征弧矢 MTF与坐标轴包围的面积； 传统波前编码工作模式优化设计的评价 函数为： 其中MTF(1)表示中心视场即零度视场的MTF； 则整个小凹计算成像系统的相位板优化 参数的评价 函数为： MF＝MF1+MF2 其中， 先将 小凹计算成像系统设置成小凹成像模式后， 计算M F1； 然后将系统设置为波前 编码工作模式后， 再计算系统的MF2， 最后将两者相加得到 评价函数MF； 步骤3、 利用评价 函数MF， 采用启发式算法优化相位板(3)的参数以降低目标函数。 8.如权利要求7所述的基于波前编码的小凹计算成像系统的优化方法， 其特征在于， 所 述启发式算法采用模拟退火算法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130304 A 3