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数值模拟了37单元曲率型自适应光学系统的波前校正过程,分析了该系统对低阶Zernike像差的校正效果,结果表明:低阶Zernike像差均能够得到较好的校正。分别对曲率为零和不为零的Zernike像差校正效果进行了对比分析,结果发现:曲率为零的Zernike像差同样可以被曲率型自适应光学系统校正,而且效果好于曲率不为零的Zernike像差校正。

关键词：自适应光学波前曲率传感器曲率型变形镜波前复原算法 Zernike像差

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剪切干涉仪与哈特曼波前传感器的波前复原比较

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强激光与粒子束 2000年第3期12卷 269-272页

作者：许晓军陆启生刘泽金国防科技大学理学院长沙410073

对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明 ,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下 ,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的... 详细信息

对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明 ,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下 ,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者 ,并且前者比较容易增大对波前的采样。

关键词：剪切干涉仪哈特曼波前传感器波前复原算法激

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非均匀光强对曲率型自适应光学系统的影响

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国防科技大学学报 2012年第1期34卷 9-12页

作者：黄盛炀习锋杰宁禹刘长海姜宗福国防科技大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

在高斯光强和光强存在正态随机起伏情况下,研究了一种37单元的曲率型自适应光学系统对低阶Zernike像差的校正效果,并和均匀光强时的校正效果进行了比较。光强为高斯分布时,光强的不均匀性对Zernike像差的校正带来了一定的影响,对于曲率... 详细信息

在高斯光强和光强存在正态随机起伏情况下,研究了一种37单元的曲率型自适应光学系统对低阶Zernike像差的校正效果,并和均匀光强时的校正效果进行了比较。光强为高斯分布时,光强的不均匀性对Zernike像差的校正带来了一定的影响,对于曲率为零的Zernike像差影响较小,对曲率不为零的Zernike像差影响较大。光强存在正态随机起伏时,对各阶Zernike像差的校正影响较小,曲率为零的Zernike像差的校正效果好于曲率不为零的Zernike像差的校正效果。结果表明在光强起伏不严重的情况下,该37单元曲率型自适应光学系统对低阶Zernike像差可以较好地校正。

关键词：自适应光学波前曲率传感器曲率型变形镜波前复原算法 Zernike像差

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低信噪比条件下哈特曼波前传感器图像信号处理方法研究

低信噪比条件下哈特曼波前传感器图像信号处理方法研究

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作者：魏平电子科技大学

学位级别：博士

目前自适应光学（Adaptive Optics,AO）系统已经成功运用到国内外的地基天文望远镜系统中,它通过对动态畸变波前进行实时校正,从而实现提高天文观测图像的成像质量。夏克-哈特曼波前传感器（Shark-Hartmann Wavefront Sensor,SHWFS）作... 详细信息

目前自适应光学（Adaptive Optics,AO）系统已经成功运用到国内外的地基天文望远镜系统中,它通过对动态畸变波前进行实时校正,从而实现提高天文观测图像的成像质量。夏克-哈特曼波前传感器（Shark-Hartmann Wavefront Sensor,SHWFS）作为AO系统的实时探测器件具有重要的地位,SHWFS的探测精度直接影响整个系统的校正性能和闭环稳定性。SHWFS的探测精度主要由光斑定位精度和波前复原精度决定,而这两项又与SHWFS光斑阵列图像的信噪比相关。本文的研究对象是低信噪比的SHWFS光斑阵列图像。低信噪比的SHWFS光斑阵列图像与一般图像相比有其特殊性。一帧图像由多个子孔径图像组成,每个子孔径单独成像,各子孔径的光斑形态不同,光斑与噪声交错,光斑边缘模糊,光斑与噪声的分布不均匀。低信噪比的SHWFS光斑阵列图像的形成原因有背景噪声强、信标光亮度有限、观测目标亮度有限、光电探测器件噪声相对较强等。光斑阵列图像的信噪比较低有两类:一类是光斑阵列图像整体信噪比较低,另一类是光斑阵列图像的部分子孔径信噪比较低,因此在进行光斑定位与波前复原分析时应该综合考虑各子孔径光斑图像的特点,从而提高待测波前的复原精度。为了综合考虑各子孔径光斑图像的差异性,本文采用波前复原误差作为光斑定位算法与波前复原算法的评价指标。本文的主要研究内容为:1.本文通过对模拟波前、SHWFS工作原理、光斑定位以及波前复原的理论分析,构建了SHWFS数字仿真平台。该仿真平台包括三大部分:模拟产生畸变波前、光斑定位、波前复原。该仿真平台具有的功能有:（1）可生成单一像差与复合像差的多种静态波前与动态波前,任意波前像差可调,大气湍流畸变波前的参数可调;（2）可产生光斑阵列图像,哈特曼波前探测器的结构参数可调,包括:CCD靶面像素数、子孔径排布方式、子孔径数、子孔径像素数、衍射光斑所占像素数等,噪声的种类任意选择组合背景与噪声的均值和方差可调,光强可调;（3）可进行光斑定位与波前复原,该仿真平台中集成了多种光斑定位算法与波前复原算法,各种算法中涉及的参数可根据实际系统需求进行调整,可进行光斑定位误差与波前复原误差分析。2.强湍流的干扰、观测目标暗弱、光路被遮挡等情况会导致SHWFS的部分子孔径出现缺光或弱光的情况。针对这种情形,采用了子孔径斜率置零复原法与子孔径去除复原法两种处理方法。通过详细分析单子孔径缺光,连续多子子孔径缺光,非连续多子孔径缺光对波前复原误差的影响,得到的结论有:（1）对于单子孔径缺光,采用斜率置零法时,波前复原误差呈现随子孔径位置相对全口径中心的半径增大而增大的规律;（2）单子孔径缺光,采用子孔径去除法时,波前复原误差在全孔径上分布较为均匀且误差值较小;（3）连续和非连续多子孔径缺光时,缺光子孔径去除复原法计算量大,占用存储空间多,但波前复原误差比子孔径斜率置零法小。基于复原矩阵的误差传递系数与微透镜阵列数和光斑的近似艾里斑宽度相关,分析了空间采样率和光斑宽度对波前复原的影响。3.通过数值仿真分析,对比研究了几种实时性较好的光斑定位算法在不同信噪比条件下的波前复原误差,提出了光斑定位算法在不同信噪比条件下的优选策略,同时也给出了各光斑定位算法的最优参数、适用范围、稳定性以及加窗预处理图像对这些算法的影响。两类图像预处理算法（阈值法和加窗法）与光斑定位算法结合后的参数设置规律是:当只采用阈值法预处理图像时,阈值的设置规律是随着信噪比的降低,阈值随之适当增大;当同时采取阈值法和加窗法预处理图像时,阈值和窗口宽度的设置规律是随着信噪比的降低,窗口宽度与阈值均随之逐渐减小。加权质心法的权函数采用sinc2函数相比与常用的高斯函数在低信噪比阶段具有较好的抗噪性能。不同信噪比阶段光斑定位算法的选择策略为:均值信噪比低于2时,互相关算法（Cross-correlation,CORR）最好,其次可采用阈值加权质心法（thresholding weighted center of gravity,T-WCOG）;均值信噪比在2到10之间时,T-WCOG算法最好,阈值幂指数质心法（thresholding intensity weighted centroiding,T-IWC）与阈值质心法（Thresholding center of gravity,T-COG）其次;均值信噪比高于10时,T-COG算法简单而有效。4.为了验证光斑定位算法的参数设置规律与在不同信噪比阶段光斑定位方法的选择策略,搭建了一套实验系统。实验中通过调节激光器的光功率,光路衰减倍数以及曝光时间得到不同信噪比的光斑阵列图像。通过对实验数据中暗场图像与光斑阵列图像的分析证明了仿真平台中模拟光斑与噪声的正确性。通过实验中对各光斑定位算法的参数优化结果的分析与光斑定位算法在不

关键词：夏克-哈特曼波前传感器光斑阵列图像光斑定位算法波前复原算法

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微加工薄膜变形镜自适应光学技术研究

微加工薄膜变形镜自适应光学技术研究

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作者：李恩德中国科学院光电技术研究所

学位级别：博士

自适应光学系统能够实时测量并补偿受各种静态和动态扰动所造成的波前畸变，使光学系统具备自动适应外界条件变化，保持最佳工作状态的能力。其中波前校正器是自适应光学系统的核心器件。\n 近年来，随着自适应光学应用领域的扩展，... 详细信息

自适应光学系统能够实时测量并补偿受各种静态和动态扰动所造成的波前畸变，使光学系统具备自动适应外界条件变化，保持最佳工作状态的能力。其中波前校正器是自适应光学系统的核心器件。\n 近年来，随着自适应光学应用领域的扩展，具有批量生产能力的低成本微小型波前校正器成为自适应光学技术研究的热点。微加工薄膜变形镜具有价格低、重量轻、尺寸小、功耗低、单元数多、行程大和可以批量生产的优点，常用作低成本、小型化自适应光学系统的波前校正器。\n 文中分别对微加工薄膜变形镜的时间、空间特性、电压和位移关系、面形影响函数、像差校正能力、系统控制算法进行研究。并利用微加工薄膜变形镜作为波前校正器构成自适应光学闭环系统校正波前像差。\n 本文具体内容如下：\n 通过测量微加工薄膜变形镜的面形影响函数，首先用高斯函数拟合，计算高斯指数、高斯宽度和交连值，据此展开分析交连值对变形镜的拟合能力的影响；其次用Zernike多项式对其正交分解，据此展开分析该变形镜对Zernike多项式的拟合能力及校正，并实验验证。介绍了变形镜本征模的原理、构造方法以及特性，借助微加工薄膜变形镜的面形影响函数，利用变形镜本征模的方法，分析微加工薄膜变形镜的本征模式。\n 搭建以微加工薄膜变形镜为波前校正器、Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器以及位移法、直接斜率法、模式法以及变形镜本征模为波前控制算法的自适应光学系统，并成功进行一系列室内闭环实验。\n 通过本文的研究，对微加工薄膜变形镜在自适应光学系统应用方面，得到如下结论：\n 微加工薄膜变形镜对低级像差有比较好的校正能力，但对高阶像差的校正能力相对较差。\n 针对微加工薄膜变形镜的控制算法没有特别的限制，直接斜率法、模式法、变形镜本征模等基于斜率探测探测的算法可以作为微加工薄膜变形镜自适应光学系统的波前控制算法。\n 受其损伤阈值、谐振频率和拟合能力的的限制，微加工薄膜变形镜主要的应用领域为天文、人眼等弱光、民用、像差变化缓慢的自适应光学系统中，构建小型化的、低成本的民用自适应光学系统。

关键词：薄膜变形镜波前复原算法自适应光学波前畸变波前校正器

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直接斜率法复原矩阵误差分析及改进方法

直接斜率法复原矩阵误差分析及改进方法

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第八届全国激光科学技术青年学术交流会

作者：陈善球胡诗杰杨平许冰中国科学院光电技术研究所 610209 中国科学院研究生院 100039 中国科学院光电技术研究所 610209

在自适应光学系统中,直接斜率法的复原矩阵误差主要由探测器的探测噪声而引起的,基于直接斜率法分析了探测噪声对传函的影响,在此基础上,基于误差向量最小的准则,提出了减小传递矩阵误差的充分条件.应用这种方法对弱光61单元自适应光学... 详细信息

在自适应光学系统中,直接斜率法的复原矩阵误差主要由探测器的探测噪声而引起的,基于直接斜率法分析了探测噪声对传函的影响,在此基础上,基于误差向量最小的准则,提出了减小传递矩阵误差的充分条件.应用这种方法对弱光61单元自适应光学系统的传递矩阵误差对常规模式和hadamard模式进行了仿真对比分析.

关键词：自适应光学系统直接斜率法传递矩阵波前复原算法

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一种扫描型哈特曼波前检测法

一种扫描型哈特曼波前检测法

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作者：彭隆祥周敢 350015 福建省福州市马尾科技园区珍珠路2号(自贸试验区内)

本发明公开了一种扫描型哈特曼波前检测法，包括：将待测光通过微透镜阵列聚焦在阵列探测装置的端面上，通过二维电动平移台将阵列探测装置的端面在微透镜阵列的聚焦面上进行扫描；阵列探测装置通过光电转化记录每个探测点的光强值，扫... 详细信息

标准号: CN116067510A

本发明公开了一种扫描型哈特曼波前检测法，包括：将待测光通过微透镜阵列聚焦在阵列探测装置的端面上，通过二维电动平移台将阵列探测装置的端面在微透镜阵列的聚焦面上进行扫描；阵列探测装置通过光电转化记录每个探测点的光强值，扫描整个探测面后记录每个探测点光强最强时的二维电动平移台的位置坐标；根据位置坐标，利用波前复原算法计算获得波前相位。本发明探测精度和灵敏度高，可以设置不同的扫描参数来适应不同精度的检测。

关键词：阵列探测装置二维电动平移台微透镜阵列位置坐标探测点光强扫描聚焦波前复原算法波前相位光电转化扫描参数灵敏度哈特曼检测法扫描型探测面测光记录探测检测

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一种基于神经网络的缺光子孔径质心位移估计方法

一种基于神经网络的缺光子孔径质心位移估计方法

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作者：赵孟孟赵旺王帅杨平杨康建曾凤娇孔令曦 610209 四川省成都市双流350信箱

本发明公开了一种基于神经网络的缺光子孔径质心位移估计方法，该方法通过神经网络建立夏克‑哈特曼波前传感器局部与全口径子孔径质心位移之间的非线性关系，根据可探测的子孔径质心位移估计缺光子孔径质心位移，本发明可有效降低子孔... 详细信息

标准号: CN113654670B

本发明公开了一种基于神经网络的缺光子孔径质心位移估计方法，该方法通过神经网络建立夏克‑哈特曼波前传感器局部与全口径子孔径质心位移之间的非线性关系，根据可探测的子孔径质心位移估计缺光子孔径质心位移，本发明可有效降低子孔径缺光对波前传感器探测精度和波前复原算法鲁棒性的影响，提高传感器对光束近场强度非均匀分布的适应能力，增强子孔径存在缺光情况下的波前探测稳定性，有望用于近场光强分布不均匀、光强闪烁等情况下的高精度、高鲁棒性波前测量。

关键词：质心子孔径神经网络位移估计光子探测哈特曼波前传感器波前复原算法波前传感器非均匀分布非线性关系波前测量高鲁棒性光束近场不均匀近场光可探测鲁棒性全口径增强子传感器光强闪烁

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