环面形稀疏孔径的光学设计与图像增强研究

"环面形稀疏孔径的研究" 本文详细探讨了环面形稀疏孔径的光学设计及其成像性能。环面形稀疏孔径是一种非均匀分布的孔径结构，它在光学系统中有着独特的应用潜力，特别是在提高光学系统的分辨率和降低制造成本方面。文章首先介绍了这种特殊孔径的构造，它由内径和外径两部分组成，两者的比例对孔径的光学特性有显著影响。 调制传递函数（MTF）是衡量光学系统成像质量的重要指标，它反映了系统对不同空间频率信号的传递能力。作者通过光瞳函数推导出环面形稀疏孔径的MTF表达式，这是理解其成像性能的关键。利用Matlab软件进行仿真，研究了在不同内外径比值(e)下环面形稀疏孔径的MTF特性。结果显示，MTF的截止频率与孔径的外径直接相关，外径越大，截止频率越高，意味着系统能够分辨更细小的细节。 进一步，研究者运用Zemax光学设计软件设计了一个具体的环面形稀疏孔径实例，分析其MTF特性，并与Matlab的理论模拟结果进行对比。这种对比有助于验证理论计算的准确性和实用性。通过成像模拟，以标准鉴别率板作为目标物体，评估了环面形稀疏孔径的成像性能。随着e值的增大，MTF曲线在低频区变得更陡，这意味着图像的高频细节被削弱，而低频信息得以强化，导致成像的峰值信噪比逐渐下降。 为改善成像效果，研究者引入了阶数连续可调的分数阶微分算子来增强图像。这种方法能够在增强图像细节的同时，有效地保持图像的轮廓信息，从而在一定程度上弥补了e值增大导致的成像质量下降问题。这种图像增强技术为优化环面形稀疏孔径的成像性能提供了新的可能。 环面形稀疏孔径在光学设计中具有创新性，其MTF特性受内外径比值影响显著，且可通过分数阶微分算子进行图像优化。这些发现对于开发新型光学系统、提升光学设备的性能具有重要的理论指导意义和实际应用价值。未来的研究可以进一步探索环面形稀疏孔径在更多复杂场景下的应用，以及如何优化其设计参数以达到最佳成像效果。