Modelování prostorově variantních optických systémů

Abstract

Dizertační práce Modelování prostorově variantních optických systémů se věnuje tématu modelování obrazových systémů s komplikovanou bodovou rozptylovou funkcí širokoúhlých systémů a anizotropních optických materiálů. Obrazové systé\-my se popisují pomocí impulsové odezvy (rozptylová funkce bodu). Impulsová odezva popisuje vliv obrazového systému (optické části a senzoru) a vliv přenosového média (např. vliv atmosféry). Extrémně širokoúhlé obrazové systémy komplikují modelování a současné modely neposkytují vhodné řešení s dostatečnou přesností. Nepřesnost popisu impulsové odezvy v okrajových částech zorného pole způsobuje problémy během dekonvoluce, dalšího zpracování obrazu a přesných měření (astrometrie, fotometrie) extrémně širokoúhlých a jiných prostorově variantních systémů. V dizertaci je navržen model impulsové odezvy založený na polynomech s prostorovou závislostí. Navržený model je založen na modelování vlnoploch pomocí Zernikových polynomů vyjádřených do osmého řádu. Odhad parametrů modelu probíhá v obrazové rovině a dovoluje modelování obrazového systému přímo z dat pořízených samotným systémem. Výhoda tohoto přístupu je zřejmá. Není nutné provádět složité měření optických parametrů pomocí Shack-Hartmanova interferometru. Aplikací zmíněného modelu je možné získat set koeficientů a příslušných polynomů optických aberací daného systému. Navržený model byl ověřen na několika sériích simulovaných dat, a dat pořízených různými typy obrazových systémů (CCD, CMOS) a optických designů.

The doctoral thesis under the title Modeling Space Variant Optical Systems is focused on modeling imaging systems with a complicated PSF. The complexity of the PSF is caused by the wide angle of view and by optical aberrations or anisotropy and inhomogeneity of the optical material. The description of the imaging system is expressed by its Point Spread Function, i.e., by its impulse response. The PSF describes the influence of the imaging system (the optics, the sensor) and the influence of the transition medium (atmospheric turbulence). However, UWFOV imaging systems complicate the modeling task, and current PSF models do not provide a suitable solution with the desired accuracy. The imprecision of the PSF description in parts of the FOV causes issues during deconvolution, further processing and precise measurements (astrometry, photometry) of ultra-widefield images. This thesis presents a PSF model with field-dependent polynomials. The model is based on Zernike polynomials up to the 8th order. An estimate of the parameters of the model is performed in the image plane, and this allows the imaging system to be modeled directly from the image data acquired by the system. The advantage is obvious. We do not need complicated measurements of optical parameters involving Shack-Hartman interferometry. The proposed model is used to provide a PSF model, including a set of coefficients and polynomials, and therefore provides the set and the power of the optical aberrations of the imaging system. The proposed PSF model has been verified on a series of simulated and acquired image datasets covering different types of imaging systems (CCD, CMOS) and optical designs.