本发明涉及光学透镜设计，具体涉及一种立方相位掩膜板的设计优化方法及系统。
背景技术：
1、相位掩膜板在设计过程中，会受到光学系统性能因素的作用和影响，同时考虑到立方相位掩膜在逆光成像场景中的应用效果，优化设计立方相位掩膜板是很有必要的。现有方法中，基于希尔伯特角的相位掩膜板设计优化通常涉及到复杂的数学计算和优化过程，并且这种方法对系统中的噪声和误差较为敏感，由于噪声可能导致相位信息失真，从而影响系统的性能和准确性。除此之外，基于希尔伯特角的设计方法通常对入射光的条件有较高需求，例如光的相干性、波长范围等，这种特性限制了该种优化方法在不同光学环境中的应用，尤其是在逆光成像领域。因此，如何克服上述缺陷，设计更为适用的相位掩膜板值得研究。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本发明提出一种立方相位掩膜板的设计优化方法及系统。
2、根据本发明的一方面，提出一种立方相位掩膜板的设计优化方法，该方法包括以下步骤：
3、确定立方相位掩膜板的待优化相位掩膜参数；所述立方相位掩膜板一面为三次多项式对应曲面，另一面为平面；
4、将基于光学系统传递函数计算得到的改进fisher信息量作为目标函数，并确定约束条件，利用优化算法求解最优相位掩膜参数。
5、进一步地，所述立方相位掩膜板曲面对应的三次多项式表示为：
6、z＝α(x3+y3)
7、式中，α表示待优化相位掩膜参数；(x,y)表示瞳孔平面的归一化坐标。
8、进一步地，所述基于光学系统传递函数计算得到的改进fisher信息量计算过程如下：
9、将立方相位掩膜板曲面对应的三次多项式引入光学系统的出瞳函数中，并对引入三次多项式的出瞳函数进行傅里叶变换，得到光学系统的点扩散函数；
10、对所述点扩散函数中参数α作为分母的相位调制项作近似处理，得到三次相位掩膜板的光学系统传递函数；
11、对所述光学系统传递函数进行傅里叶逆变换，再按照下式计算获取改进fisher信息量评价函数：
12、
13、式中，τ表示离焦像差在光瞳上的相位分布；h'(x',y',α,τ)表示对光学系统传递函数进行傅里叶逆变换后的函数；x′,y′表示瞳孔平面的归一化坐标，u′,v′表示归一化空间频率；h'*(u',v',α,τ)表示h'(x',y',α,τ)的共轭函数；
14、用物距l为变量代替τ，目标函数为：使得jf(α)＝∫[j(α,l)]2dl最小化。
15、进一步地，引入三次多项式的出瞳函数表示为：
16、p(x,y,α,τ)＝p(x,y)exp{i[τ(x2+y2)+α(x3+y3)]}
17、式中，d为光学系统光瞳的直径。
18、进一步地，所述点扩散函数表示为：
19、
20、式中，f表示傅里叶变换，κ为归一化常数，*表示共轭；u表示空间频率。
21、进一步地，所述光学系统传递函数表示为：
22、
23、进一步地，对目标函数进一步简化处理：对调制传递函数和相位传递函数分别赋予相应权值m和n，利用欧氏距离计算光学系统传递函数、调制传递函数、相位传递函数与其各自理想值的偏离程度，对三个传递函数的距离理想值的偏差分配不同的权值，则简化后的fisher信息量评价函数表达式如下：
24、
25、式中，ψmax表示离焦最大值；umax表示空间频率最大值；ptf表示光学传递函数h(·)的相位，即相位传递函数；mtf表示光学传递函数h(·)的幅值，即调制传递函数。
26、进一步地，所述约束条件表示为：
27、
28、式中，th表示调制传递函数mtf的信息量约束阈值。
29、进一步地，所述优化算法为细菌觅食算法。
30、根据本发明的另一方面，提出一种立方相位掩膜板的设计优化系统，该系统包括：
31、掩膜板参数确定模块，其配置成确定立方相位掩膜板的待优化相位掩膜参数；所述立方相位掩膜板一面为三次多项式对应曲面，另一面为平面；
32、最优参数求解模块，其配置成将基于光学系统传递函数计算得到的改进fisher信息量作为目标函数，并确定约束条件，利用优化算法求解最优相位掩膜参数。
33、本发明的有益技术效果是：
34、本发明提出一种立方相位掩膜板的设计优化方法及系统。首先，确定立方相位掩膜板的待优化相位掩膜参数；所述立方相位掩膜板一面为三次多项式对应曲面，另一面为平面；然后，将基于光学系统传递函数计算得到的改进fisher信息量作为目标函数，并确定约束条件，利用优化算法求解最优相位掩膜参数。本发明基于fisher信息适应性强的特性，将其引入到逆光成像领域，通过把基于fisher信息量设计出来的立方相位掩膜板插入到普通的光学系统中，可以得到对强光打散抑制的波前编码光学成像系统，这种计算成像系统在逆光背景下可以达到很高的成像清晰度。本发明可以用于光学成像系统中的超分辨率成像、波前畸变校正、相位重构成像等应用，以及光学传感系统中的光学干涉成像、相位测量和表征等应用。
1.一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，立方相位掩膜板曲面对应的三次多项式表示为：
3.根据权利要求2所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，所述基于光学系统传递函数计算得到的改进fisher信息量计算过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，引入三次多项式的出瞳函数表示为：
5.根据权利要求4所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，所述点扩散函数表示为：
6.根据权利要求5所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，所述光学系统传递函数表示为：
7.根据权利要求3所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，对目标函数进一步简化处理：对调制传递函数和相位传递函数分别赋予相应权值m和n，利用欧氏距离计算光学系统传递函数、调制传递函数、相位传递函数与其各自理想值的偏离程度，对三个传递函数的距离理想值的偏差分配不同的权值，则简化后的fisher信息量评价函数表达式如下：
8.根据权利要求7所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，所述约束条件表示为：
9.根据权利要求1所述的一种立方相位掩膜板的设计优化方法，其特征在于，所述优化算法为细菌觅食算法。
10.一种立方相位掩膜板的设计优化系统，其特征在于，包括：
