检索结果-内蒙古大学图书馆

强激光与粒子束 2021年第8期33卷 49-64页

作者：张之光杨慧珍刘金龙李松恒苏杭罗宇湘魏谢文江苏海洋大学电子工程学院江苏连云港222005

近年来自适应光学(AO)系统向着小型化和低成本化趋势发展,无波前探测自适应光学(WFSless AO)系统由于结构简单、应用范围广,成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后,系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。... 详细信息

近年来自适应光学(AO)系统向着小型化和低成本化趋势发展,无波前探测自适应光学(WFSless AO)系统由于结构简单、应用范围广,成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后,系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。新兴的深度学习及人工神经网络为WFSless AO系统控制算法注入了新的活力,进一步推动了WFSless AO系统的理论发展与应用发展。在回顾前期WFSless AO系统控制算法的基础上,全面介绍了近年来卷积神经网络(CNN)、长短期记忆神经网络(LSTM)、深度强化学习在WFSless AO系统控制中的应用,并对WFSless AO系统中各种深度学习模型的特点进行了总结。概述了WFSless AO技术在天文观测、显微成像、眼底成像、激光通信等领域的应用。

关键词：自适应光学无波前探测深度学习人工神经网络

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基于深度学习的无波前探测自适应光学技术研究

基于深度学习的无波前探测自适应光学技术研究

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作者：李玉双长春理工大学

学位级别：硕士

由于大气湍流等因素导致光束在传播过程中容易发生波前畸变,使得望远镜等设备捕获的图像存在严重的退化现象,而自适应光学技术是补偿畸变波前的重要手段。根据是否需要利用波前传感器探测波前信息,将自适应光学技术分为基于波前探测的... 详细信息

由于大气湍流等因素导致光束在传播过程中容易发生波前畸变,使得望远镜等设备捕获的图像存在严重的退化现象,而自适应光学技术是补偿畸变波前的重要手段。根据是否需要利用波前传感器探测波前信息,将自适应光学技术分为基于波前探测的自适应光学(wavefront sensor adaptive optics,WFS AO)技术和无波前探测自适应光学(wavefront sensorless adaptive optics,WFS-less AO)技术。基于波前探测的自适应光学技术需在原有光路的基础上增加单独的测量光路,增加了光学系统的复杂性,更为重要的是,随着该技术应用领域的不断拓展,如光通讯、扩展目标成像及激光腔内像差校正等,基于波前探测的自适应光学技术的使用具有一定局限性。无波前探测自适应光学技术去除了有波前探测自适应光学技术中的波前传感器件,改用迭代寻优控制算法以校正效果为评价指标、以波前校正器所需的电压信息为优化参数,通过迭代优化实现畸变波前校正,具有结构简单、操作简便、精度高等优点,但仍然存在收敛速度慢、难以满足像差校正的实时性需求等问题。近年来,基于数据驱动的深度学习被引入了自适应光学技术领域中,该类方法通过构建网络模型,利用焦平面光强图像作为输入、畸变波前作为输出对网络模型展开训练,最终实现从光强图像到畸变波前端到端地直接输出,能一次性解算出湍流像差而无需迭代,因此能大幅度提高像差解算的速度。但该技术仍处于初期基础研究阶段,许多实际核心问题仍待验证。因此,针对当前自适应光学技术中存在的问题,本文主要围绕着基于深度学习的无波前探测自适应光学技术展开研究,论文主要工作内容如下:1)搭建了基于深度学习的无波前探测自适应光学技术模型,并研究了大气湍流的数值模拟方法,最终选取基于Kolmogorov湍流理论来模拟不同强度的大气湍流,在此基础上建立起了精确的、符合实际物理成像过程的光学成像系统模型,得到了在不同大气湍流强度下观测目标对应的系统焦面退化图像,建立出了大量、可靠的包含焦面退化图像与对应湍流像差的可用数据集。2)搭建了不同的深度学习神经网络,包括CNN、Res Net系列网络以及Efficient Net-B0网络等,并将建立数据集中的焦面退化图像作为网络的输入,对应的大气湍流像差作为网络的输出,以像差检测精度、探测范围及解算速度为目标,研究了深度神经网络结构以及特定网络训练算法,实现了目标退化图像和湍流像差系数之间网络映射模型的精确建立。然后利用建立的模拟自适应光学系统产生大量的焦面退化图像,对构建的多个深度神经网络展开测试,实现了对算法的求解精度、探测范围及解算速度的验证,并将基于深度学习的WFS-less AO技术与基于SPGD算法的WFS-less AO技术进行了对比。3)研究了基于解算波前像差对退化图像的解卷积策略,基于Efficient Net-B0网络模型预测出的波前像差,求解了成像系统的点扩散函数,在求得系统退化模型基础上,通过维纳滤波的方式进行了观测目标退化图像的复原计算,获得无波前探测自适应光学系统观测目标的高分辨率成像。

关键词：自适应光学无波前探测深度学习泽泥克系数维纳滤波

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模型式无波前探测自适应光学系统收敛速度优化

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激光杂志 2020年第3期41卷 67-72页

作者：吴阳杨慧珍徐奇杨海波江苏海洋大学电子工程学院江苏连云港222005 江苏省海洋资源开发研究院江苏连云港222005 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 光电信息控制和安全技术重点实验室天津300308

基函数及其阶数的选择对模型式无波前探测自适应光学(AO-Adaptive Optics)系统的收敛速度和校正效果具有重要的意义。当变形镜(DM-Deformable Mirror)的本征模作为系统的基函数时,系统的收敛速度取决于本征模的阶数。考虑到实际应用中,... 详细信息

基函数及其阶数的选择对模型式无波前探测自适应光学(AO-Adaptive Optics)系统的收敛速度和校正效果具有重要的意义。当变形镜(DM-Deformable Mirror)的本征模作为系统的基函数时,系统的收敛速度取决于本征模的阶数。考虑到实际应用中,低阶像差占整个像差的大部分,为加快模型式无波前探测AO系统的收敛速度,使用本征模的部分低阶模式作为系统的基函数,分析系统的收敛速度和校正能力。结果表明:当校正效果达到全阶模式校正效果的80%时,不论湍流强弱,系统收敛速度都有一定程度的提高。相同的波前像差下,变形镜单元数越多,系统收敛速度的优化空间越大。

关键词：自适应光学系统无波前探测基函数本征模系统优化

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基于普适模型的无波前探测自适应光学系统仿真与分析

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中国激光 2016年第9期43卷 184-191页

作者：王志强张鹏飞乔春红张京会范承玉中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

为了提高基于普适模型的无波前探测自适应光学(AO)算法的收敛性能,建立了一套基于Zernike模式的127单元变形镜AO系统仿真模型。以峰值斯特列尔比(Sr)和提出的快速稳定收敛百分比为评价标准,研究不同湍流强度下扰动系数、Zernike模式数... 详细信息

为了提高基于普适模型的无波前探测自适应光学(AO)算法的收敛性能,建立了一套基于Zernike模式的127单元变形镜AO系统仿真模型。以峰值斯特列尔比(Sr)和提出的快速稳定收敛百分比为评价标准,研究不同湍流强度下扰动系数、Zernike模式数、斜率因子对校正效果和收敛速度的影响,验证了该仿真系统对静态畸变波前良好的校正能力。结果表明,扰动系数小于0.01时系统可以稳定收敛;增加Zernike模式数可以提高系统收敛时的Sr,但同时收敛速度会有所降低。提出的改进矢量化斜率因子,可以有效提升系统在一次迭代后的校正效果,特别是对大畸变波前具有较强的适应性。

关键词：大气光学自适应光学波前校正无波前探测 Zernike模式变形镜

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基于变形镜本征模的模型式无波前探测自适应光学系统

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红外与激光工程 2015年第12期44卷 3639-3644页

作者：杨慧珍刘荣刘强淮海工学院电子工程学院江苏连云港222005 中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州221116

模型式无波前探测自适应光学系统以其收敛速度快、校正效果好在波前无法探测的环境中具有巨大的应用潜力。基函数的产生方法及阶数多少决定了模型式无波前探测自适应光学系统的校正效果和收敛速度,文中提出以变形镜本征模作为基函数。... 详细信息

模型式无波前探测自适应光学系统以其收敛速度快、校正效果好在波前无法探测的环境中具有巨大的应用潜力。基函数的产生方法及阶数多少决定了模型式无波前探测自适应光学系统的校正效果和收敛速度,文中提出以变形镜本征模作为基函数。分别以32、88及127单元变形镜作为波前校正元件建立无波前探测自适应光学系统仿真模型,利用变形镜本征模作为正交基函数对波前畸变进行校正,分析其校正效果和收敛速度。结果表明,以变形镜本征模作为基函数时,由于基函数的阶数等于变形镜的单元数,无需另外确定阶数多少,且无波前探测自适应光学系统可以获得接近理想校正时的校正效果,系统收敛所需测量的光斑强度的次数仅取决于变形镜的单元数。

关键词：波前校正自适应光学无波前探测基函数变形境

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无波前探测自适应光学对光通信性能影响分析

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激光与光电子学进展 2015年第8期52卷 63-68页

作者：牛超君于诗杰韩香娥西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

自适应光学(AO)技术是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一,无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学技术在... 详细信息

自适应光学(AO)技术是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一,无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学技术在FSO系统中的应用过程进行模拟仿真,并对比校正前后不同湍流强度下FSO系统的耦合效率、误码率及光强起伏的变化情况,分析优化算法的畸变波前校正能力。结果表明三种算法均能有效提高FSO系统的通信性能,DE算法虽迭代速率较慢,但效果最优,尤其适合于强湍流情况。

关键词：自适应光学无波前探测自由空间光通信大气湍流

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无波前探测自适应优化算法对大气光通信性能影响仿真与分析

无波前探测自适应优化算法对大气光通信性能影响仿真与分析

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第十届全国激光技术与光电子学学术会议

作者：牛超君韩香娥西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

自适应光学技术(AO)是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一，无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。本文对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学... 详细信息

自适应光学技术(AO)是缓解自由空间光通信(FSO)系统中大气湍流影响的有效途径之一，无波前探测能不依赖波前传感器直接对通信性能进行优化。本文对基于差分进化(DE)、随机并行梯度下降(SPGD)和模拟退火(SA)算法的无波前探测自适应光学技术在FSO 系统中的应用过程进行模拟仿真，并对比校正前后不同湍流强度下FSO 系统的耦合效率、误码率及光强起伏的变化情况分析优化算法的畸变波前校正能力。

关键词：自适应光学无波前探测自由空间光通信大气湍流

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大气风速对无波前探测自适应光学的影响

大气风速对无波前探测自适应光学的影响

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第二届全国大气光学及自适应光学技术发展研讨会

作者：牛超君韩香娥西安电子科技大学物理与光电工程学院

采用低频补偿功率谱反演法构建大气湍流相位屏,通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流变化,仿真计算了不同风速下激光束在大气湍流传输时波前畸变的特征。并采用基于并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学方法仿真了... 详细信息

采用低频补偿功率谱反演法构建大气湍流相位屏,通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流变化,仿真计算了不同风速下激光束在大气湍流传输时波前畸变的特征。并采用基于并行梯度下降(SPGD)算法的无波前探测自适应光学方法仿真了风速对校正效果的影响。结果表明,随着风速的增大,波前畸变程度增大,无波前自适应校正效果也变差;但由于相位屏变化的连续性,当达到一定校正频率时,其校正效果与不考虑风速时效果接近,可忽略风速影响。

关键词：自适应光学无波前探测大气风速大气湍流

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基于可变形透镜的宽场显微成像技术研究

基于可变形透镜的宽场显微成像技术研究

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作者：杨叶城宁波大学

学位级别：硕士

光学显微系统在成像过程中受到像差的影响会导致系统成像质量下降,无法达到系统理论设计上的分辨率。自适应光学技术通过波前校正器主动补偿像差的方式可以有效校正显微成像系统中的像差从而提升成像质量。相比变形镜这类反射式的波前... 详细信息

光学显微系统在成像过程中受到像差的影响会导致系统成像质量下降,无法达到系统理论设计上的分辨率。自适应光学技术通过波前校正器主动补偿像差的方式可以有效校正显微成像系统中的像差从而提升成像质量。相比变形镜这类反射式的波前校正器,透射式的波前校正器可以简单的加入光学系统中,无需增加折叠光路,可以极大简化光路系统。此外,相比于基于直接波前探测的传统自适应光学技术,无波前探测的自适应光学技术无需使用波前传感器,简化了自适应光学系统的结构,降低了成本。透射式的波前校正器搭配无波前探测的自适应光学技术可大大降低显微系统引入自适应光学技术的门槛。本文主要对可变形透镜和无波前探测自适应光学技术在宽场显微成像系统上的应用展开研究。本文首先介绍了可变形透镜的结构及其工作原理,并详细描述了可变形透镜的制备流程。阐述了在基于直接波前反馈的自适应的光学系统中可变形透镜的控制方法。搭建了性能测试光学平台对制备的可变形透镜的像差校正性能进行了表征。测试结果表明所制备的可变形透镜对低阶Zernike多项式像差具有较好的校正能力。其次阐述了无波前自适应光学系统的结构及其工作原理。对无波前探测自适应光学技术中的性能评价函数与控制算法进行了介绍与讨论。在Matlab平台下通过数值仿真验证了在扩展目标成像的无波前自适应光学系统中Zernike模式爬山法校正像差的可行性。最后搭建了基于可变形透镜的宽场显微成像系统的实验硬件平台和软件平台并进行了自动对焦实验、模拟像差校正实验。实验结果表明将可变形透镜配合Zernike模式爬山法应用到宽场显微成像系统中可以有效校正像差,提高系统的成像分辨率。

关键词：自适应光学可变形透镜显微系统无波前探测像差校正

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无波前传感自适应光学神经网络控制方法

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激光杂志 2021年第2期42卷 102-105页

作者：王静陈波王帅程朋飞华北理工大学电气工程学院河北唐山063210

针对无波前探测自适应光学系统,研究了基于神经网络的波前控制方法。建立了无波前探测自适应光学仿真模型,分别采用卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和普通神经网络(General Neural Network,GNN)作为控制算法,远场光斑图... 详细信息

针对无波前探测自适应光学系统,研究了基于神经网络的波前控制方法。建立了无波前探测自适应光学仿真模型,分别采用卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和普通神经网络(General Neural Network,GNN)作为控制算法,远场光斑图像为神经网络的输入信号,一定阶数的泽尼克模式系数为神经网络的输出,分析了波前校正效果。仿真结果表明,经过充分训练后的神经网络可以快速、准确地从远场光斑图像中复原出入射波前的低阶泽尼克模式系数,CNN的效果优于GNN,二者的损失函数值分别为0.015 8和0.037 6。相比于传统的迭代式寻优控制方法,神经网络控制方法能够基于远场光斑图像快速得到控制信号,在实时性方面有明显优势。

关键词：自适应光学无波前探测神经网络控制泽尼克系数

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