一种单片式宽波段衍射计算成像方法

技术特征：
1.一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设置优化消色差衍射透镜的设计参数，所述的设计参数包括光学孔径、设计波段、优化迭代次数，根据设计波段进行等间隔密集采样得到n个优化波长，记为[λ1,λ2,
…
,λ
n
]，然后生成n个分别以λ1,λ2,
…
,λ
n
作为设计波长的传统位相菲涅尔衍射透镜的台阶结构；步骤2：在光学孔径面按径向划分n个等面积区域，记为s1,s2,
…
,s
n
，区域s
i
的结构与设计波长为λ
i
的传统位相菲涅尔衍射透镜台阶结构相同，将s1,s2,
…
,s
n
组合形成分区消色差衍射透镜；步骤3：将所述分区消色差衍射透镜的所有台阶高度作为参数输入，使用粒子群优化算法进行优化迭代，优化的成本函数为各个波长的点扩散函数与所有波长的平均点扩散函数的差值的加权和，当成本函数小于设定值或达到最大迭代次数时，所述的优化迭代即停止，此时得到的台阶结构即为优化消色差衍射透镜的台阶结构；步骤4：对一幅由所述优化消色差衍射透镜退化的图像，通过双三次样条插值，对其进行0.5倍下采样得到低尺度图像，通过tikhonov正则化对其进行第一次去卷积复原；步骤5：将步骤4中所述的去卷积复原后的图像再经过2倍上采样恢复到原来尺寸，使用l1正则化方法，并将所述上采样后的图像作为先验项加入到l1正则化中，进行第二次去卷积复原，将所述第二次去卷积复原的图像作为最终得到的图像。2.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤1中的传统位相菲涅尔衍射元件是一种台阶型衍射元件，包括台阶型透射式衍射元件、台阶型反射式衍射元件以及不同台阶数量的衍射元件。3.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤1中所述的设计波段，可以是可见光波段、红外波段。4.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤3所述的粒子群算法，可以是标准粒子群算法、自适应粒子群算法经过改进的粒子群算法。5.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤4所述的下采样倍数，其数值不一定为0.5倍，可以是任意小于1的正数。6.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤4所述的去卷积方法，包括tikhonov正则化方法、total variation最小化方法、richardson-lucy迭代复原算法。7.根据权利要求1所述的一种单片式宽波段衍射计算成像方法，其特征在于，步骤5中所述第二次去卷积复原的过程包括：根据半二次惩罚的方法引入一个辅助变量，替换所述l1正则化方法中的正则化项，并生成一个l2范数项，将所述第二次去卷积复原优化函数分解为l1、l2范数部分，根据l2范数部分固定所述辅助变量，直接求解估计清晰图像，根据l1范数部分固定估计图像求解辅助变量，经过交叉迭代优化求解最终估计清晰图像，即所述第二次去卷积复原图像。

技术总结
本发明公开了一种单片式宽波段衍射计算成像方法，解决了应用传统衍射元件成像时成像系统结构复杂、成本高、波段窄的问题。本发明提供的衍射计算成像方法，可以在仅使用单片衍射镜片的情况下，实现可见光波段下高色彩保真度的清晰成像。本发明涉及光学设计与图像处理领域，包括如下步骤：根据应用需求对传统衍射元件进行消色差优化设计，根据消色差优化后的衍射元件的点扩散函数设计复原算法，使用该算法对消色差衍射透镜的成像图像进行复原，最终实现可见光波段下单片衍射元件的计算成像，具有低成本、轻量化、宽波段等优势，同时保持高色彩保真度的清晰成像。保真度的清晰成像。保真度的清晰成像。


技术研发人员：赵玺竣 范斌 何一苇 苏海冰 杨虎 钟烁 张豪
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/6/21