具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以 解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明具有激光防御功能的光电成像系统，是一种波前编码和光场成像复合 的光电成像系统。系统组成主要包括波前编码成像镜头(包含相位板的一组透 镜)、微透镜阵列、面阵探测器、图像处理器件和输出显示器件，系统结构如图 3所示。入射激光经波前编码成像镜头调制，产生无衍射艾里光束，光束经焦平 面附近的微透镜阵列进行角度离散采样后，最终被面阵探测器接收。面阵探测器 将接收到的角度采样以后模糊的中间像(原始光场图像)送到信号处理器中进行 重聚焦和解码等处理，形成清晰的数字图像进行输出和结果显示。

由于面阵探测器采集的原始光场图像数据包含被拍摄物空间的五维光场图 像信息(两维角度、两维位置、一维颜色)，由宏像素阵列组成，因此不利于观 察和后期处理，需要信号处理器对其进行二次变换与解码。二次变换与解码的算 法流程如图4所示，首先，需要对五维光场图像进行重采样，将数据按角度-空 间坐标的顺序进行重构，最终得到五维光场矩阵。然后将重采样的五维光场矩阵 利用数字重聚焦算法进行处理即可得到重聚焦光场图像。利用重聚焦算法，例如 shift and sum算法，对光场数据进行处理，得到的经重聚焦后的光场图像依然呈 模糊状态，这是主要是由立方相位调制引起的，因此需要对重聚焦图像进行解码， 这里采用的波前编码的解码算法，例如维纳滤波算法进行处理。最后将解码函数 与重聚焦光场图像在空域进行卷积运算或在频域进行等效运算后即可得到清晰的复合成像系统解码图像，图像细节得以复现。

复合成像系统的原始光场图像为一系列圆形宏像素阵列的集合，这一点与 光场成像系统类似，区别在于光场成像系统的宏像素尺寸取决于参考物面位置， 即光场探测器的离焦量；而复合成像系统的宏像素尺寸在较大焦深范围内均能保 持稳定，且近似等于微透镜单元尺寸，这样既能保证探测器的利用率，又不易产 生宏像素交叠，从而使得复合成像系统兼顾波前编码成像系统突出的景深延拓特 性和光场成像系统优越的激光防御性能。

下面给出一种具有激光防御功能的光电成像系统的实施例。复合成像系统 器件参数设置如表1所示，波前编码成像镜头由四片式成像镜头和立方相位板构 成，等效成像主透镜焦距为100mm，相位板调制系数为α＝100，微透镜阵列距 离面阵探测器的距离固定为成像主透镜的焦距100mm，而微透镜阵列离焦大小 由以下仿真过程确定：根据成像系统参数，计算得到探测器表面单像素入射功率 和微透镜阵列离焦量关系曲线，以及系统回波功率与微透镜阵列离焦量关系曲 线，回波功率关系曲线中极小值点对应的离焦量即为最优值，如存在多个极小值 点，则在其中取回波功率最小的极值点所对应的离焦量为最优值。

表1复合成像系统的参数

仿真初始条件为：入射激光功率为60W，波长为532nm，高斯光束束腰尺 寸为5mm，束腰距光学系统500m，面阵探测器的等效面积为Φ50mm，面阵探 测器与发射激光处于同一位置。

图、图6给出了四种成像系统探测器的最大单像素入射功率P_pixel和500m处 回波探测器接收功率P_dec随离焦量W₂₀＝±10λ的变化曲线。

分析图5可知，常规成像系统(Conventional)离焦虽可以显著降低最大单像素 入射功率，但成像质量迅速下降且不可恢复。波前编码成像系统(WFC)能较大 程度降低像面探测器光斑的峰值功率密度，使其最大单像素入射功率降低一个量 级以上，但由于艾里光束的无衍射特性，光束中心的能量密度较为集中，且像面 离焦操作无法进一步显著提升系统的反激光致盲性能；光场成像系统(LFC)可 以将探测器表面的聚焦光场弥散化，将最大单像素入射功率降低两个量级以上, 但随着离焦量的增加，探测器最大单像素入射功率P_pixel会有波动，导致其焦深延 拓率小于波前编码系统。对于复合成像系统(Composite)，由于立方相位板与 微透镜阵列的共同作用，系统的反激光致盲性能与光场成像系统(LFC)相似。

分析图6可知，常规成像系统(Conventional)离焦虽可以显著降低回波探测器 接收功率，但成像质量迅速下降且不可恢复。对于波前编码成像系统(WFC)， 由于立方相位的调制作用，其回波中心光强呈非旋转对称结构，回波尺寸随离焦 量的增加显著增大，与常规系统的变化规律基本一致；对于光场成像系统(LFC)， 由于各微镜单元回波分量的相干叠加，回波强度出现一定程度的周期性起伏，但 整体仍保持单光斑结构，系统此时存在较强的负离焦回波增强效应。其中，对比 无离焦状态，负离焦(W₂₀＝-6λ)光场成像系统的回波探测器接收功率增加了两 个量级以上。对于复合成像系统(Composite)，一方面，由于立方相位板与微 透镜阵列的共同作用，回波中心光强呈非旋转对称-周期分布。随着离焦量的增 加，回波尺寸与峰值光强中心偏移量都逐渐增大，其回波探测器接收功率下降， 且负离焦复合成像系统的探测器接收功率都较为稳定，无量级层面波动。与光场 成像系统相比，复合成像系统的负离焦功率曲线峰值降低了一个量级以上，有效 改善了系统回波的负离焦增强效应。

分析图5、图6，综合考虑系统激光防御性能的提高和系统的稳定性，复合 成像系统微透镜阵列的离焦量设置为6λ最优，对比无离焦常规成像系统，采用 该结构参数设计的复合成像系统可将探测器面上的最大单像素入射功率分别由16101.96mW降为120.25mW，降幅分别为99.3％；回波探测器接收功率由 722.74mW降为3.51mW，降幅为99.5％。

为评估采用该参数设计的复合成像系统在景深图像重构方面的成像质量，将 B，C，D三个字符分别置于物方空间的不同景深位置，其对应的物距为125mm， 150mm和200mm，采用可变焦的常规成像系统分别对三个字符成像以及采用复 合成像系统一次成像以后采用图4的计算算法解码与重构，其比较两者的成像效 果如图7所示。图7(a)-(c)表示常规成像系统分别对B、C、D字母三次对 焦的成像效果，聚焦参数γ分别为2.9，1和0.55，对应的聚焦物面分别为125mm， 150mm和200mm。结果显示，除了聚焦物面外，其余景深物面均呈模糊状态， 细节无法辨认，系统单次聚焦图像的景深较小。图7(d)表示复合成像系统经 过光场重聚焦算法以后的中间图像，由于立方相位调制的作用，图像的模糊程度 较为均匀。图7(e)表示将图7(d)进行逆滤波解码以后复现的清晰图像，可 以看出不同景深处的B、C、D三个字母都比较清晰在一张图像上显示，这说明 复合成像系统比常规成像系统具备更优越的景深延拓能力。

综上所述，本发明不仅可以保持大面阵光电成像系统的高成像质量，还具 有远优于常规光电成像系统的猫眼效应抑制和激光致盲阈值提升的性能，很好地 解决现有光电成像系统对保持高质量成像性能和具备激光防御性能之间的矛盾， 具有广泛应用适应性。

本发明所述相位板和微透镜阵列组成的复合成像系统方案中的元器件参数 可以改变，例如主透镜数目、尺寸、焦距，微透镜数目、尺寸、焦距、离焦量， 以及探测器的数目和尺寸等。本发明所述相位板不限于实施例所述的具有三次型 函数的立方相位板，可选择替代的非旋转对称相位板的相位函数形式，相位板的 调制系数等参数也可根据工程应用需要进行选择。由于液晶空间光调制器具有灵 活产生不同相位调制函数的特点，本发明所述相位板也可以由液晶空间光调制器 替代，其原理与所述实施例相同。本发明所述的波前编码的解码算法不限于实施 例所述的维纳滤波，还包括诸如：逆滤波，改进的维纳滤波，卡尔曼滤波， Lucy-Richardson滤波，小波分析，及其他改进算法，光场成像的重聚焦算法不限于实施例所述的shift and sum算法，还包括诸如：2D frequency line，4D frequencyplanar等频域重聚焦算法。本发明所述的成像系统结构不限于实施例所述的常规 透射式结构，还包括反射式或同轴卡塞格林式成像结构。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征 的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普 通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本申请的保护范围。