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基于ZEMAX用户自定义操作数的波前编码成像系统优化设计
摘要：
本文提出了一种基于ZEMAX用户自定义操作数的波前编码成像系统优化设计方法。该方法基于波前编码成像技术，通过ZEMAX软件提供的用户自定义操作数实现了波前编码的数学运算和优化计算。通过建立波前编码成像模型，研究波前编码器和成像系统之间的关系，寻找最佳的波前编码参数和成像参数，使成像结果更加清晰和稳定。本文通过仿真实验和实验验证，证明了该方法的有效性和可行性。
关键词：波前编码成像；ZEMAX；用户自定义操作数；优化设计
Abstract:
ThispaperproposesanoptimizationdesignmethodofwavefrontcodingimagingsystembasedonZEMAXuser-definedoperationnumber.Themethodisbasedonwavefrontcodingimagingtechnology,andthemathematicaloperationandoptimizationcalculationofwavefrontcodingarerealizedthroughtheuser-definedoperationnumberprovidedbyZEMAXsoftware.Byestablishingwavefrontcodingimagingmodel,therelationshipbetweenwavefrontcoderandimagingsystemisstudied,andtheoptimalwavefrontcodingparametersandimagingparametersarefoundtomaketheimagingresultmoreclearandstable.Thispaperprovestheeffectivenessandfeasibilityofthemethodthroughsimulationexperimentsandexperimentalverification.
Keywords:wavefrontcodingimaging;ZEMAX;user-definedoperationnumber;optimizationdesign
1.引言
波前编码成像技术是一种通过在成像系统中加入波前编码器，在牺牲一部分空间分辨率的情况下提高成像深度和图像质量的方法。波前编码器是一种特殊的透镜，具有非对称的相位分布，通过改变波前编码器的相位分布，可以实现对成像系统的调制。波前编码器和成像系统之间的关系很复杂，需要通过数学模型进行分析和优化。ZEMAX软件是一种专用于光学系统模拟和设计的软件，具有强大的数学计算和优化功能。通过在ZEMAX中添加用户自定义操作数，可以进行更加复杂的数学运算和优化计算，从而实现对波前编码器和成像系统的优化设计。
本文主要研究基于ZEMAX用户自定义操作数的波前编码成像系统优化设计方法。首先介绍波前编码成像技术的原理和发展历程，然后介绍ZEMAX软件的基本功能和用户自定义操作数的使用方法。接着建立波前编码成像模型，并实现波前编码器和成像系统之间的相互调制和优化。最后通过仿真实验和实验验证，证明了该方法的优越性和可行性。
2.波前编码成像技术
传统的成像系统是由透镜、CCD等光学元件组成，通过将物体的光场直接映射到光学成像面上来实现成像。然而，由于透镜在成像过程中会引起像差，导致图像的分辨率和深度有限，无法满足现实世界中复杂场景的需求。在过去的几十年中，随着计算机技术和数码成像技术的发展，人们开始探索新的成像方式，其中最重要的一种方式就是波前编码成像技术。
波前编码成像技术是通过在成像系统中加入波前编码器，以牺牲一部分空间分辨率的代价，提高成像深度和图像质量。波前编码器是一种特殊的光学元件，具有非对称的相位分布，可以改变入射光波前的相位分布，在光学成像平面上得到一张模糊的图像。然后通过特定的解码算法，重建出高质量的图像。波前编码成像技术的优点在于能够有效地降低成像系统的复杂度和大小，提高成像的深度和清晰度，使得成像系统可以应用于更加复杂和多样化的场景中。
3.ZEMAX软件和用户自定义操作数
ZEMAX是一种专用于光学系统模拟和设计的软件，可以进行光学系统的建模、优化和分析。使用ZEMAX，可以对光学系统进行完整的模拟和设计，包括透镜、光路、CCD等光学元件的布局和参数设置，还可以进行成像性能的分析和优化。ZEMAX的主要特点包括强大的数学计算能力、完整的成像模型和优化算法、友好的用户界面和高效的结果展示。
ZEMAX提供了多种用户自定义操作数，可以进行更加复杂的数学运算和优化计算。用户自定义操作数可以分为数学运算操作数和优化计算操作数。其中