光学学报, 2020, 40 (14): 1405003, 网络出版: 2020-07-23   

基于Boltzmann函数刃边拟合的光栅成像系统点扩展函数模型 下载: 937次

Point Spread Function Model of Grating Imaging System Based on Boltzmann Function Edge Fitting
作者单位
1 广西大学电气工程学院, 广西 南宁 530004
2 广西大学物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
图 & 表

图 1. 实验光路示意图

Fig. 1. Diagram of experimental light path

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图 2. 部分入射角下光栅所成图像

Fig. 2. Images formed by grating at partial incident angles

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图 3. 刃边图像和不同函数拟合的效果。(a)刃边图像;(b)不同函数的拟合结果;(c)局部放大

Fig. 3. Edge image and fitting effects of different functions. (a) Edge image; (b) fitting results of different functions; (c) local enlargement

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图 4. 部分入射角下光栅成像PSF

Fig. 4. PSF of grating imaging at partial incident angles

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图 5. 序列PSF示意图

Fig. 5. Diagram of sequential PSF

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图 6. 轴向水平剖面能量分布示意图

Fig. 6. Schematic of axial horizontal profile energy distribution

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图 7. 不同能量下PSF半径的变化

Fig. 7. Change of PSF radius under different light intensities

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图 8. 光栅系统所成图像

Fig. 8. Images formed by grating system

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图 9. 复原图像

Fig. 9. Restored images

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图 10. 不同拟合函数的复原对比。(a) Gauss函数;(b) Hyperbolic函数;(c) Boltzmann函数

Fig. 10. Restoration comparison of different fitting functions. (a) Gauss function; (b) Hyperbolic function; (c) Boltzmann function

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表 1不同函数对ESF的拟合优度

Table1. Fitting goodness of different functions on ESF

θ /(°)GaussHyperbolicBoltzmann
SSER-squareRMSESSER-squareRMSESSER-squareRMSE
40.00760.99880.01270.00470.99910.0091
20.01800.99780.01950.01300.99840.0155
00.00280.99970.00850.00690.99940.0110
-340.11640.98450.04920.02640.99720.02150.01200.99840.0147
-360.01610.99600.02060.02060.99600.01640.00700.99880.0111

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表 2不同能量下曲线的拟合参数

Table2. Fitting parameters of curves under different light intensities

Eω0 /pixelθR /(°)α /(°)
6.5×10-320.0810.4562.51
1.3×10-219.1310.9460.24
2.6×10-217.8512.6554.68
5.2×10-214.2812.3649.12
1.0×10-112.2515.1638.94

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表 3不同能量下曲线的拟合优度

Table3. Fitting goodness of curves under different light intensities

E6.5×10-31.3×10-22.6×10-25.2×10-21.0×10-1
R-square0.96090.96830.97230.96990.9600

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表 4图像复原前后的质量评价

Table4. Quality evaluation before and after image restoration

θ /(°)GMGSSIM
Before restorationAfter restorationIncrease rateBefore restorationAfter restorationIncrease rate
40.00860.015074.42%44.94%89.31%98.73%
20.00820.014576.83%51.36%88.63%72.57%
00.00910.015772.53%53.31%91.94%72.47%
-340.00880.014160.23%53.92%89.76%66.47%
-360.00850.014368.23%48.34%87.49%80.99%

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表 5不同拟合函数的质量评价

Table5. Quality evaluation of different fitting functions

FunctionGMGSSIM
BeforerestorationAfterrestorationIncreaserateBeforerestorationAfterrestorationIncreaserate
Gauss0.00913.41%58.29%8.10%
Hyperbolic0.00880.00957.95%53.92%69.38%28.67%
Boltzmann0.014160.23%89.76%66.47%

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卢泉, 张泽昊, 张卫平, 刘诣荣. 基于Boltzmann函数刃边拟合的光栅成像系统点扩展函数模型[J]. 光学学报, 2020, 40(14): 1405003. Quan Lu, Zehao Zhang, Weiping Zhang, Yirong Liu. Point Spread Function Model of Grating Imaging System Based on Boltzmann Function Edge Fitting[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(14): 1405003.

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