利用环形子孔径哈特曼_夏克斜率数据复原全孔径波前相位算法研究_徐洪艳

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基于哈特曼夏克波前探测的图像解卷积室内结果

文章编号：（）基于哈特曼夏克波前探测的图像解卷积：室内结果!饶长辉张学军姜文汉（中国科学院光电技术研究所，成都）摘要：在简要介绍哈特曼夏克波前传感器原理和基于波前传感的目标图像解卷积恢复技术的基础上，分别给出了室内模拟点源和扩展源情况时畸变目标光斑图像解卷积处理的实验结果。

结果表明，基于波前探测的图像解卷积事后处理能够有效地对畸变目标图像进行恢复。

关键词：哈特曼夏克波前传感器；事后处理；图像恢复；扩展目标中图分类号：文献标识码：引言自适应光学技术能够实时测量并且校正受到大气湍流扰动的光学相位波前，从而在天文观测、激光传输等领域得到广泛应用［，］。

一个典型的自适应光学系统主要由波前探测、波前重构和波前校正三部分组成。

为了取得接近衍射极限的光学性能，系统的技术要求非常高，因而系统比较复杂，成本昂贵。

另外在一定的条件下，自适应光学系统中不可避免地存在波前校正残余误差而使系统校正后的像质受到一定影响。

为了简化系统和降低成本以及进一步提高自适应光学系统校正后的图像像质，通常采用“事后处理”的办法，对畸变光斑图像进行恢复［］。

“事后处理”的方法有很多种，其中基于波前探测的图像解卷积就是一种非常有效的办法。

哈特曼夏克波前探测器［］是一种常见的波前探测器，并在自适应光学系统中广泛采用。

本文基于哈特曼夏克波前传感器的图像恢复技术，针对室内模拟点源和模拟扩展源两种信标，分别对畸变光斑图像进行了图像解卷积处理。

哈特曼夏克波前传感器原理哈特曼夏克波前传感器［］主要由微透镜阵列、匹配透镜和相机组成，如图所示。

一般情况下，通常采用重心算法测量阵列透镜焦面上畸变波前所成像斑的质心坐标位置与参考波前质心位置之差，再根据简单的几何关系就可以求出畸变波前上被各阵列透镜分割的子孔径范围内波前的平均斜率，进而可求得全孔径波前的相位分布。

!国家自然科学基金（）资助课题。

收稿日期：；收到修改稿日期：泽尼克模式波前复原在自适应光学系统中，通常根据哈特曼夏克波前传感器测量光波前在各个子孔径两个正交方向上的波前斜率来间接测量波前相位，用矩阵形式表示为! "#，（）其中! ［，，，，…，，］是波前斜率向量，"是维数为的泽尼克模式斜率第卷第期年月光学学报，，响应矩阵，［a，a，…，aN］为N阶泽尼克模式系数矩阵。

基于稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011030798.6(22)申请日 2020.09.27(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址 610209 四川省成都市双流350信箱(72)发明人邱学晶　杨超　许冰　(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司 11251代理人杨学明(51)Int.Cl.G01J 9/00(2006.01)G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01)G06T 5/00(2006.01)(54)发明名称基于稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法(57)摘要本发明公开了一种基于稀疏子孔径夏克‑哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法。

传统夏克‑哈特曼波前传感器测量精度受限于微透镜阵列空间采样率，为了保证探测精度，通常采用高密度微透镜阵列以提高空间采样率。

但过高的空间采样率会降低子孔径信噪比，反而限制了波前复原精度。

深度学习可自提取图像深层特征，可被用于拟合远场光强分布到波前像差信息的映射。

基于此，本发明基于深度学习设计了一种光能利用率高、实时性好、复原精度高的2×2稀疏子孔径夏克‑哈特曼波前传感器，引入深度学习替代原有的模式复原过程，实现高精度快速波前复原。

权利要求书1页说明书3页附图2页CN 112179503 A 2021.01.05C N 112179503A1.基于稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法，其特征在于，通过以下步骤实现：步骤1：设计2×2稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器；步骤2：根据步骤1收集2×2稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的远场光斑与近场波前数据，并将CCD测量的远场图像和近场波前对应的Zernike模式系数分别作为数据集中的样本和标签，若步骤2无法实现，则重复执行步骤1再次设计传感器，直至实现步骤2；步骤3：配置深度学习环境，搭建卷积神经网络(CNN)；步骤4：任意抽取数据集中80％的样本作为训练集，供网络学习远场光斑与近场波前的映射关系；从数据集剩下的20％样本中任意抽取一半样本做为验证集，用于调整网络超参数并验证算法有效性，最后剩余的10％样本作为测试集用于进行无偏估计。

Hartmann-Shack波前传感器两种子孔径布局探测性能比较

Hartmann-Shack波前传感器两种子孔径布局探测性能比较金涛;许冰;张强;姜文汉
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2000(012)003
【摘要】通过自适应光学中的Zernike模式波前重构算法进行计算机仿真计算,对Hartmann-Shack波前传感器中针对环形波前设计的两种微阵列透镜子孔径布局的探测性能进行了比较.还就两种子孔径布局的排布方式、完全探测信息能力以及容纳光强起伏能力进行了比较.结果表明,环形布局在探测性能上与方形布局相近,在完全探测信息、容纳光强起伏等方面明显优于方形布局,是一种适用于环形波前探测的子孔径布局方式.
【总页数】4页(P289-292)
【作者】金涛;许冰;张强;姜文汉
【作者单位】中国科学院光电技术研究所成都双流350信箱 610209;中国科学院光电技术研究所成都双流350信箱 610209;中国科学院光电技术研究所成都双流350信箱 610209;中国科学院光电技术研究所成都双流350信箱 610209
【正文语种】中文
【中图分类】O437
【相关文献】
1.Hartmann-Shack波前传感器图像自动阈值选取方法的研究 [J], 夏先均
2.扇形子孔径布局H-S传感器对圆域的探测性能研究 [J], 刘进舟;王海英;魏凌;张
雨东
3.基于Hartmann-Shack波前传感器的实时人眼像差测量 [J], 王波
4.基于已知球面波前的Hartmann-Shack传感器结构参量标定 [J], 周晓斌;栾亚东;史雷蕾;雷增强
5.基于Hartmann-Shack波前传感器的Nd∶YAG激光器热焦距测量 [J], 郭宋明; 杨帆; 张楠; 卢佳琦; 崔建丰; 岱钦
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湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差

( 11b )
图 3 给出了前 65 阶 Zern ike 模式和 K2L 模式的截断误差, 可见对于同样的复原阶数, K2L 模式的
截断误差比 Zern ike 模式小, 这是 K2L 模式的一个优点。
理论上无论是采用 Zern ike 模式复原法还是 K2L 模式复原法, 选取的阶数越高波前复原的精度也
第2期
李新阳等: 湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差 I
151
其中 # 是伽马函数。 (4) 式构成一个对称的模式相关矩阵 CZ= < a aT > , 其对角线元素值反映了 Ko l2
m ogo rov 湍流下各阶 Zern ike 模式的方差。考虑到湍流强度的影响后, 模式相关矩阵应为 CZ (D r0) 5 3,
F ig. 3 T he recon struction cu t erro r of Zern ike m odes and the K2L m odes
就丢失了, 这就造成模式截断误差
图 3 Zern ike 模式和 K2L 模式的截断误差
p
∑ ∃ Z, C
K
(p
)
=
[ 1. 0299 -
C Z, K (k , k ) ] (D r0) 5 3
2. 246 (- 1) (n+ n’- 2m ) 2 [ (n + 1) (n’+ 1) ]1 2# (n + n’-
5 3
)
∆mm ’
< a ja j’> =
2 # (n - n’+ 137) # (n’- n + 137) # (n + n’+ 233)
(4)
2

哈特曼-夏克波前传感器的最优模式复原

哈特曼-夏克波前传感器的最优模式复原童桂;廖文和;梁春【摘要】为了减少波前探测斜率噪声对于基于哈特曼-夏克波前传感器的Zernike 复原模式的影响,采用对波前复原矩阵斜率噪声影响的相关分析和线性解耦变换的方法,得到一组基于哈特曼-夏克传感器斜率探测噪声的Zernike最优复原模式,通过合理剔除波前模式复原中易受噪声影响的模式组合,减少了波前测量噪声引起的波前模式复原误差;采用蒙特卡罗随机试验法,验证了一子孔径成方形排布的波前传感器对于波前斜率噪声的受影响程度,仿真结果显示,复原模式系数误差由0.0212λ下降为0.0048λ.结果表明,在剔除部分模式项后,最优复原模式统计优化对于滤除波前斜率探测噪声有一定的作用,提高了波前探测器的探测精度和复原能力.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)004【总页数】4页(P387-389,392)【关键词】测量与计量;最优模式;相关分析;探测噪声【作者】童桂;廖文和;梁春【作者单位】南京航空航天大学,机电学院,南京,210016;南京航空航天大学,机电学院,南京,210016;南京航空航天大学,机电学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TP212.14引言哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)波前传感器常作为自适应光学系统的核心器件之一，用于探测入射孔径内的畸变波前[1-2]。

波前复原算法通常采用区域法、直接斜率法和模式法[3-4]，入射畸变波前的模式法复原有助于对自适应光学的理解，在一些特殊应用场合(例如人眼波前像差测量)模式法与传统的离焦、像差等相对应，其中模式法经常采用以Zernike多项式为基底函数进行波前模式复原[5-6]。

由于H-S波前传感器的空间分辨率是有限的,其理论上的空间分辨率不会好于1/d(d为传感器子孔径直径),所以基于Zernike模式法可准确复原模式阶数也有范围。

YANG等人[7]分析了不同子孔径分布的模式正交化原理，得出了模式耦合是影响模式复原精度的主要原因。

一种可自动调焦的高精度相差哈特曼-夏克测量系统

一种可自动调焦的高精度相差哈特曼-夏克测量系统
张杰;黄沃杰;吴南寿;张慧乔;林溢;黄丽媛;曾亚光;韩定安
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2022(29)12
【摘要】为了提高测量人眼验光参数的准确性与重复性,提出一种采用液体透镜实现可自动调焦的高精度相差哈特曼-夏克测量系统。

该方法可根据测量者在离散状
况下的屈光度数自动调节人眼底信标光斑处于聚焦状态,使采集的人眼波前像差图
像光斑汇聚,从而提高计算波前像差的准确性。

采用基于该方法所构建的测量系统
进行实验测试,通过对被计量过的7个标准模拟眼(范围从-20D~+20D)代替人眼来模拟不同度数下产生的离焦状态,实验结果表明:所提出的用液体透镜变焦的波前探
测系统测量最大误差在±0.25D范围内,比传统的激光平行入射的波前探测系统测量更加准确,具有较强的适应性,为后续测量不同度数的人眼屈光度数提供重要的方法。

【总页数】5页(P1-5)
【作者】张杰;黄沃杰;吴南寿;张慧乔;林溢;黄丽媛;曾亚光;韩定安
【作者单位】佛山科学技术学院机电工程与自动化学院;佛山科学技术学院物理与
光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.14
【相关文献】
1.用夏克-哈特曼探测器测量人眼波前像差
2.基于哈特曼-夏克传感器的渐变焦眼镜测量系统
3.基于哈特曼-夏克波前测量原理的焦距测量
4.用于复色哈特曼人眼波像差测量的折/衍混合调焦系统
5.基于斜入射自准法哈特曼-夏克波前传感器测量数据分析
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稀疏表示的夏克-哈特曼波前传感器信号提取

稀疏表示的夏克-哈特曼波前传感器信号提取张艳艳;许文涛;陈苏婷【摘要】由于背景噪声及探测器噪声的存在，夏克-哈特曼波前传感器质心探测误差较大，本文提出了一种在稀疏域去除背景噪声及探测器噪声的方法。

首先采用二维高斯模型生成光斑信号样本图像，构造超完备目标字典，依次对测试图像分块计算其在超完备字典中的表示系数，利用噪声、背景和目标表示系数的不同，通过认为设定阈值来判别该图像块是否为光斑信号。

结果表明，本文处理方法能够较好的提取出光斑信号，且与减阈值算法相比，其处理后质心偏差、RMS及PV值都较小。

%Due to the background noise and the detector noise, the centroid error of Shack-Hartmann wavefront sensor is relatively large. A method to filter the noise in sparse region is proposed. First, the sample image is generated by using the two-dimension Gauss model and the over-complete target dictionary is constructed. Then, the sub-image blocks of the test image are extracted successively and the corresponding coefficients are calculated with the constructed over-complete target dictionary. Since the coefficients between the noise and the target are large different, the difference by setting a threshold is used to subtract the target. Experimental results show that, the target can be well subtracted, while the centroid deviation and the RMS and PV of the centroid are smaller than using the method of subtracting threshold.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2016(043)004【总页数】7页(P48-54)【关键词】自适应光学;夏克-哈特曼波前传感器;稀疏表示;质心偏差【作者】张艳艳;许文涛;陈苏婷【作者单位】南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京210044;南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京 210044;南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京 210044【正文语种】中文【中图分类】TN919.80 引言夏克-哈特曼波前传感器(Shack-Hartmann wavefront sensor，S-H WFS)由于其光能利用率高、结构简单等优点，在自适应光学系统中(Adaptive Optics，AO)得到广泛的应用[1]，由于S-H WFS是通过探测子孔径的会聚光斑的强度分布来计算光斑的质心位置，而背景噪声及系统所产生的噪声对光斑的强度影响较大，导致质心误差较大，严重影响了AO系统对波前误差的校正能力[1-2]。

基于累加器的哈特曼-夏克波前斜率处理器

基于累加器的哈特曼-夏克波前斜率处理器樊志华;王春鸿;姜文汉【摘要】在硬件资源有限的情况下,为了支持尽可能多的子孔径进行实时波前斜率处理,提出了一种基于累加器的波前斜率处理器.该处理器的运算核心是子光斑质心计算模块,根据二维图像矩计算的可分解性以及一维矩的递推累加求解方法,用加法运算代替子孔径坐标与像素灰度的乘法运算,获得灰度重心法所需的所有二维低阶矩.该模块仅由5个累加器组成,硬件实现时避免了乘法器的使用,降低了资源消耗.仿真实验结果表明:对于22×22方形排布的哈特曼-夏克波前传感器图像,本文的结构可在FPGA内实现;在100 MHz的工作频率下,完成一帧所有子孔径斜率计算的延迟时间为0.33 μs,计算误差<0.002 pixel;与传统的波前斜率处理器相比,其逻辑资源消耗减小了40%左右.所提出的结构能够在不增加额外资源的情况下,通过对原波前斜率处理器进行升级来完成,其支持的子孔径数目增加1倍左右,实现了波前斜率的高速、高精度提取.%In order to accommodate as many subapertures as possible in the high-speed wavefront slope calculation when hardware resources were limited, an accumulator-based wavefront slope processor was proposed. The computational core of the processor is an array of subaperture spot centroid calculating element. According to the decomposition of 2D moment calculation and the recursive procedure of 1D moment calculation,it can substitute the multiplications between the pixel grayvalues and its coordinates with several sum operations to obtain the low order 2D geometric moments required in centroiding. The calculating element simply consists of five accumulators, and the cost has been decreased because no multipliers are needed. Experimental resultsindicate that when it is implemented in a Field Programmable GateArray(FPGA) at a clock frequency of 100 MHz, the proposed architecture ca n obtain gradients of all subapertures in 22×22 Shack-Hartmann with the latency no more than 0.33 μs and the error less than 0.002 pixel. The new design has reduced the hardware resource by 40％ as compared to that of the multiplier-based architecture. Furthermore, the original multiplierbased processor can be updated for Shack-Hartmann sensors and can obtain the subapertures twice as much as that of original one without additional hardware resources. It realizes the high speed measurement of wavefront with a high accuracy.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)003【总页数】7页(P501-507)【关键词】自适应光学;Shack-Hartmann传感器;灰度重心法;几何矩;波前斜率处理【作者】樊志华;王春鸿;姜文汉【作者单位】中国科学院,光电技术研究所,自适应光学研究室,四川,成都610209;中国科学院,自适应光学重点实验室,四川,成都610209;中国科学院,研究生院,北京100039;中国科学院,光电技术研究所,自适应光学研究室,四川,成都610209;中国科学院,自适应光学重点实验室,四川,成都610209;中国科学院,光电技术研究所,自适应光学研究室,四川,成都610209;中国科学院,自适应光学重点实验室,四川,成都610209【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;O439哈特曼-夏克传感器是目前应用最广泛的波前传感器[1-2],通常由微透镜阵列与CCD相机组成。

用哈特曼法研究自由旋涡气动窗口光束质量

第14卷　第4期强激光与粒子束V o l.14,N o.4 2002年7月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S Ju l.,2002　文章编号:　100124322(2002)0420536205用哈特曼法研究自由旋涡气动窗口光束质量①刘天华,　姜宗福,　许晓军,　李文煜,　刘泽金,　赵伊君(国防科学技术大学理学院定向能技术研究所,湖南长沙410073) 摘　要:　利用37单元哈特曼波前传感器实验研究不同工作条件下不同时刻自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。

将高速CCD所采集的畸变激光波前传送给高速波前处理机,采用模式法对其进行波前重构,进而计算给出畸变波前的波像差峰谷值、波像差均方根和斯特列尔比值等相关光学参数随气动窗口工作条件不同的变化曲线。

结果表明,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦,特别是气动窗口工作在设计状态时,其余低阶及高阶像差都比较小,能够满足实际需要。

哈特曼波前传感器能很好地用于自由旋涡气动窗口对激光波前影响的二维动态测量,并能给出波前畸变的各项Zern ike多项式的模式系数得到畸变波前,直接为气动窗口与强激光发射系统的对接和波前校正提供数据。

关键词:　高能激光器;　自由旋涡气动窗口(FADW);　哈特曼2夏克波前传感器;　波前畸变;　波前重构;　光束质量;　斯特列尔比中图分类号:　TN248;　O354 文献标识码:　A 气动窗口能够有效地解决由于晶体窗口对光辐射所存在的不可避免的部分吸收作用所导致的激光器输出功率和输出激光光束质量进一步提高所面临的瓶颈问题(热问题),而成为高能激光器大功率或超大功率应用方案中可选择的技术方案之一[1～5]。

显然,气动窗口在保证密封作用的同时,还需保证好的输出光束质量,即应尽可能地减小气动窗口对输出的激光光束质量的影响,这样的气动窗口才具有实际应用价值[6]。

自由旋涡气动窗口适于大口径激光器输出,对输出激光光束质量的影响小,而且操作简单,目前应用最为广泛。

基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检验技术

基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检验技术吴晶;王建立;林旭东【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)001【摘要】针对传统的地基大口径望远镜自准直干涉检测受器材限制和环境影响而检测困难的问题,提出了基于Shack-Hartmann波前探测器的子孔径拼接波前检测方法.介绍了子孔径拼接检测理论和拼接算法,研究了Shack-Hartmann下实现子孔径上波前精确测量的方法,设计了具有透射孔的光阑实现自准直光路中子孔径毫米级的定位.实验使用32单元的Shack-Hartmann渡前探测器和40 mm的平面反射镜,实现了口径扩展比1.8的子孔径拼接检测;对比表明均化误差的处理方法优于两两拼接方法,其拼接检测结果与全口径检测结果之差的PV值为0.5波长.实验结果表明,这种技术在大口径望远镜波前自准直检测中有很好的应用前景.%The ground-based telescope is traditionally tested by autocollimation against a flat mirror. As the aperture of telescope goes larger, the testing can not be performed any more because of the more severe limitation of unstable environment and impracticably flat mirror. The solution of testing wave-front by sub-aperture stitching technique based on Shack-Hartmann wave-front sensor is introduced. This paper begins with a simple description of Sub-Aperture Test (SAT) theory, and explores the methods aiming at more accurate Shack-Hartmann sub-aperture test result. A new trick,that put a plane with holes in the parallel light path, can make sure the location of sub-aperture hit the target. A 32 units Shack-Hartmannwave-front sensor and a 40mm flat mirror is used for testing a optical system 1.8 times larger than the flat mirror and the sub-aperture test results are stitched by two different ways. The experimental results show that error averaging method is superior in error propagation property to stitching one-by-one method, and Peak-to-Valley of the difference between the direct measurement and SAT result is 0.5 wavelength. It is concluded that the technique is useful and has a good application future in practically testing the wave-front error of great telescopes.【总页数】5页(P39-43)【作者】吴晶;王建立;林旭东【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院研究生院,北京100039【正文语种】中文【中图分类】TN247【相关文献】1.拼接检测系统平面波前稀疏子孔径排列模型的优化 [J], 罗倩;吴时彬;汪利华;杨伟;范斌2.子孔径拼接干涉检测大口径平面波前 [J], 汪利华;吴时彬;侯溪;匡龙;曹学东3.基于子孔径波面拼接的直接波前解卷积效率 [J], 黄健;樊志华;吴建东;谢长生4.宽光束波前测量子孔径拼接方法研究 [J], 付跃刚;刘智颖;张磊;李萍;王志坚5.一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法 [J], 李战国;李邦明;李常伟;张思炯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析王俐;饶长辉;饶学军【摘要】应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.%When a Hartmann-Shack(HS) wavefront tester is used to test lenses with high numerical apertures, the spherical reference wavefront from nanometer pinholes should be taken to calibrate the H-S sensor. To fabricate a high quality pinhole, this paper analyzes the factors affecting the quality of reference wavefront to obtain the optimal parameters of the pinhole. The vector diffraction of the pin-hole is calculated based on the vector diffraction theory, the effect of the thickness, diameter of the pinhole on the diffraction wavefront errors is analyzed and the aberration, power transmission, intensity uniformity, fabrication errors and incident light with shift, defocus and tilt are discussed under a converging Gaussian incident light. The calculation and analysis show that in order to obtain a reference wavefront with a numerical aperture 0. 6 and a peak-to-valley(P-V) value below 0.005A(A=193 nm) , the best choice for the pinhole is the material chromium with a thickness of 200 nm and a pinhole diameter of 180 nm.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)003【总页数】7页(P499-505)【关键词】光学检测;波前误差;会聚高斯光束;矢量衍射;Hartmann-Shack波前检测仪;时域有限差分法【作者】王俐;饶长辉;饶学军【作者单位】中国科学院光电技术研究所自适应光学国家重点实验室,四川成都610209;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电技术研究所自适应光学国家重点实验室,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所自适应光学国家重点实验室,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】O436;TQ171.651 引言点干涉仪（PDI）和相移点干涉仪（PS／PDI）［1］主要用于小数值孔径透镜的波前测量。

基于环形合成孔径系统的图像复原技术

基于环形合成孔径系统的图像复原技术
孟咪莎;于洵;刘婷婷;聂亮;韩峰;郭歌
【期刊名称】《粘接》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】针对环形合成孔径成像系统在成像过程中产生噪声和图像模糊的问题,设计了一种基于Laplacian算子和参数维纳滤波的图像复原技术。

针对环形合成孔径的成像退化特点,先对退化图像进行锐化处理,再使用参数维纳滤波对处理后的图像进行复原,同时对比传统的维纳滤波复原算法,以环形合成孔径系统为基本结构,分析和比较单个孔径与不同填充因子的六孔径环形系统的点扩散函数和调制传递函数特性,对系统成像性能和图像退化原因进行分析。

仿真结果表明,运用Laplacian算子与参数维纳滤波复原算法对比维纳滤波,图像清晰度有明显提高,更好的实现环形合成孔径图像复原,其中填充因子最大为0.6的复原效果最佳,且峰值信噪比可以达到48.0286,实现合成孔径的高分辨率成像。

【总页数】6页(P166-171)
【作者】孟咪莎;于洵;刘婷婷;聂亮;韩峰;郭歌
【作者单位】西安工业大学兵器科学与技术学院;西南电子电信技术研究所;西安工业大学光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于沿航向干涉的星载双通道合成孔径雷达系统地面运动目标检测技术
2.基于识别技术的环形生产线监控系统
3.基于环形缓冲区的实时系统负载平衡技术
4.基于BDS结合星载合成孔径雷达干涉测量技术的部分地质灾害监测和预警系统
5.合成孔径光学成像系统与图像复原技术
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第 31 卷第 1 期 2011 年 1 月
光学学报 ACTA OPT ICA SINICA
Vo l . 31 , N o . 1 January , 2011
利用环形子孔径哈特曼夏克斜率数据复原全孔径波前相位算法研究
徐洪艳
1 2
1, 2 , 3
鲜浩
1, 2
张雨东
1,2
1
Laborat ory on Adaptive Optics , Instit ute of Opt ics and Electronics , Chinese Academy of Sciences , Chengdu , Sichuan 610209 , China
2
Key Laboratory on Adaptive Optics , Chinese Academy of Sciences , Chengdu , Sichuan 610209 , China
3
Graduate Universit y of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049 , China
Abstract A new algorithm is proposed for annular subaperture stitching technology based on Hartmann -Shack wavefront sensor . The algorithm can reconstruct the whole -aperture wavefront without reconstructing annular subaperture wavefront . The algorithm is feasible for the limited Hartmann sampling frequency in annular subaperture . By evaluating the sensitivity of the algorithm to the measurement noise of wavefront gradient data , the algorithm is not sensitive to the measurement noise of the wavefront gradient .The algorithm can stitch different abberations except spherical abberations with high precision .There is some defocus aberration in the residual aberration for reconstructing the spherical aberration , the root mean square value ( RMS )of residual ab erration depends on the RMS of the spherical aberration and it is decreased by removing the coupling error of the spherical aberration. Key words signal processing ; aspheric surface measurement ; Hartmann -Shack wavefront sensor ; annular subaperture ; whole -aperture wavefront reconstruction;Zernike annular polynomials OCIS codes 120 . 0120 ;220 . 1250 ; 220 . 4840
式中 ε 0 为全孔径的中心遮拦比 , R , T 为全孔径的全局归一化极坐标。第一个子孔径的局部归一化坐标定义为
( j) ε 0 / R out ≤ rj ≤ 1 , 0 ≤ tj ≤ 2π,
( 2)
式中 ( r j , tj ) 为第 j 个环形子孔径区域局部归一化坐
j) 标 , R( ou t 为第 j 个环形子孔径外边界。子孔径的局部
1 引言
光学非球面能够提高光学系统性能、改善成像
收稿日期 :2010-04 -07 ;收到修改稿日期 : 2010 -06 -12
质量、缩小外形尺寸和减小仪器重量等 , 因此广泛应用于各种光学系统尤其是大口径的光学系统。非球
作者简介 :徐洪艳( 1981 —), 女 , 博士研究生 , 主要从事光学检测方面的研究。 E -mail :xhy 317 @163 . com 导师简介 :鲜浩( 1969 —), 男 , 研究员 , 博士生导师 , 主要从事自适应光学技术与系统等方面的研究。 E-mail : x ianhao @io e . ac . cn 0112005 -1
中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室 , 四川成都 610209
3 中国科学院自适应光学重点实验室 , 四川成都 610209 ; 中国科学院研究生院 , 北京 100049
摘要提出了一种适用于哈特曼 -夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的拼接复原算法。该算法通过建立各个环形子孔径内有效的哈特曼 -夏克斜率数据和全孔径波前相位的关系 , 避免了环形子孔径区域的波前复原过程 , 从而有效地解决了环形子孔径区域的哈特曼 -夏克波前传感器有效采样率低的问题。算法对斜率测量噪声较不敏感 , 具有较好的抗噪声干扰的能力。算法对除球差的各阶像差均具有较高的精度 ; 算法对球差拼接复原后存在离焦残差 , 分析表明残差的大小只与球差大小有关而与环形子孔径排布方式无关 , 并通过去除球差的耦合误差得到较高的拼接复原精度。关键词信号处理 ; 非球面测量 ; 哈特曼 -夏克波前传感器 ; 环形子孔径 ; 全孔径波前复原 ; 环形泽尼克多项式中图分类号 O 436 文献标识码 A doi:10 . 3788/ AOS201131 . 0112005
Algorithm for Reconstructing the Whole-Aperture Wavefront from Annular Subaperture Hartmann-Shack Gradient Data
Xu Hongyan1 , 2 , 3 Xian Hao1 , 2 Zhang Yudong1 , 2
归一化坐标和全孔径的全局归一化坐标的关系为
K
r j =R/
j =j +1
∏ε, t
j
j
=T ,
( 3)
式中 K 为环形子孔径的数目。当有多个匹配环形子孔径时 , 坐标关系依上述说明类推。
图 1 环形子孔径排布方式和坐标系定义 F ig . 1 Layo ut of annula r subapertures and definitio n o f the co or dinate sy stem
2 算法的基本原理
由于哈特曼夏克波前传感器有限的子孔径采样率 , 采用有重叠区域的环形子孔径拼接复原技术难度较大 , 本文采用互补的环形子孔径排布方式如图 1 所示。为了后续展开子孔径和全孔径的波前相位 , 全孔径的归一化坐标定义为 ε 0 ≤ R ≤1 , 0 ≤ T ≤ 2π, ( 1)
( 4) 式中 L 为环形 Zernike 多项式的模式项数 , M 为环形子孔径的数目。 ai , j 为第 j 个环形子孔径的第 i 阶环形 Z ernike 多项式的系数 , A i 为全孔径波前相位在全局坐标系下的第 i 阶环形 Zernike 多项式系数。
光学学报
面检测方法一直是研究的热点和难点。传统的定量检测方法( 如自准直法和补偿法等) 均需要借助辅助光学元件如补偿器和大口径的平面镜。环形子孔径干涉拼接检测技术于 1988 年首次由 Y . M. Liu[ 1] 提出 , 该技术是一种避免使用辅助光学元件 , 利用干涉仪定量测量大口径旋转对称非球面的检测方法。自该技术提出后 , 研究者提出了不同的环形子孔径排布方式和相应不同的拼接复原算法 , 但相应的研究均针对以干涉仪为测量仪器的环形子孔径拼接检测方法。干涉仪的优点是检测精度高 , 但其缺点如测量动态范围较小、极易受测量环境影响等使得环形子孔径干涉检测技术在光学车间加工检测中的应用受到了限制。哈特曼 -夏克波前传感器具有测量动态范围大 , 抗测量环境干扰能力强和测量精度相对较高等优点。本文研究的基于哈特曼夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术取代了目前通用的环形子孔径拼接检测技术中的干涉仪 , 能够在较恶劣的测量环境下无需借助辅助光学元件实现直接测量非球面。哈特曼 -夏克波前传感器目前广泛应用于传统的光学检测领域。目前国内外尚没有基于哈特曼夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的研究。本文提出的拼接复原全孔径波前相位的算法为发展基于哈特曼夏克波前传感器环形子孔径拼接检测技术提供了核心算法模型。子孔径拼接检测技术实现的关键问题之一是利用有效的算法将各个子孔径的测量数据拼接复原出全孔径的波前相位 , 因此针对环形子孔径拼接技术的拼接算法一直是研究热点[ 1 ～ 4] 。 M . Melo zzi 等[ 2] 报道了一种有重叠区域的环形子孔径拼接检测方式并提出了基于重叠区域相位测量值的拼接算法。 X. H ou 等[ 3] 对 Y . M. Liu 的算法进行了改进 , 引进了在环形区域正交的环形 Zernike 多项式基 , 避免了环形区域多项式不正交引进的耦合性误差从而提高了算法的精度。 Wang Xiaokun 等同样采用了重叠区域的环形子孔径拼接检测方法 , 并提出了全局优化的环形子孔径相位拼接算法。上述算法均利用各个子孔径波前相位拼接复原全孔径波前相位 , 适用于相位测量仪器如环形子孔径干涉仪拼接技术。针对基于哈特曼 -夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术 , 上述算法无法解决环形区域采样率过低和甚至无法正确复原波前相位的问题。因此本文的目的是建立适用于哈特曼夏克波前传感器的算法并正确的拼接复原出全孔径波前相