[發(fā)明專利]一種無(wú)波前感知自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)及其成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810429403.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108646407B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文良華;程翔;程曉洪;邵菊香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宜賓學(xué)院
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種無(wú)波前感知自適應(yīng)光學(xué)成像方法，其特征在于：

所述成像方法是在成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，成像系統(tǒng)包括：波前校正單元變形反射鏡(1)、高壓放大器(2)、波前控制器(3)、遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)、和聚焦透鏡A(5)、光束分光器(6)、聚焦透鏡B(7)、目標(biāo)成像相機(jī)(8)和圖像采集計(jì)算機(jī)(9)；

波前校正單元變形反射鏡(1)用于：根據(jù)高壓放大器(2)輸出的驅(qū)動(dòng)電壓，產(chǎn)生波前畸變的共軛面形，實(shí)現(xiàn)波前像差的校正；

高壓放大器(2)用于：放大波前控制器(3)輸出的多通道控制小信號(hào)，驅(qū)動(dòng)波前校正單元變形反射鏡(1)；

波前控制器(3)用于：接收遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)的圖像信號(hào)，采用迭代尋優(yōu)算法，輸出多通道控制小信號(hào)到高壓放大器(2)；

遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)用于：探測(cè)聚焦透鏡A(5)的焦面圖像，形成反饋信號(hào)，輸出到波前控制器(3)；

聚焦透鏡A(5)用于：接收來(lái)自光束分光器(6)的遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)光束，形成遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)的輸入信號(hào)；

光束分光器(6)用于：將成像光束分成成像采集光束和遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)光束，分別作用于聚焦透鏡A(5)和聚焦透鏡B(7)；

聚焦透鏡B(7)用于：接收來(lái)自光束分光器(6)的成像采集光束，形成目標(biāo)成像相機(jī)(8)的輸入信號(hào)；

目標(biāo)成像相機(jī)(8)用于：采樣聚焦透鏡B(7)的焦面圖像，形成目標(biāo)圖像信號(hào)，輸出到圖像采集計(jì)算機(jī)(9)；

圖像采集計(jì)算機(jī)(9)用于：接收目標(biāo)成像相機(jī)(8)的圖像輸入信號(hào)，獲取目標(biāo)圖像；

所述成像方法，包括以下步驟：

步驟1：控制器產(chǎn)生K時(shí)刻服從獨(dú)立同分布的多通道隨機(jī)擾動(dòng)電壓

生成K時(shí)刻負(fù)向控制電壓信號(hào)，經(jīng)高壓放大器后作用于變形鏡，遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)對(duì)目標(biāo)局部成像，并向控制器輸入反饋信號(hào)，控制器計(jì)算K時(shí)刻反饋的目標(biāo)局部圖像優(yōu)化指標(biāo)

步驟2：控制器生成K時(shí)刻正向控制電壓信號(hào)，經(jīng)高壓放大器后作用于變形鏡，遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)對(duì)目標(biāo)局部成像，并像控制器輸入反饋信號(hào)，控制器計(jì)算K時(shí)刻反饋的目標(biāo)局部圖像優(yōu)化指標(biāo)

步驟3：獲得圖像指標(biāo)的梯度估計(jì)ΔJ^(k)；

步驟4：根據(jù)梯度估計(jì)ΔJ^(k)，實(shí)現(xiàn)K+1電壓的迭代，并根據(jù)情況調(diào)整增益γ實(shí)現(xiàn)算法的搜索步長(zhǎng)；

V^(k+1)＝V^(k)+γ.ΔJ^(k).ΔV^(k)；

步驟5：判斷目標(biāo)局部圖像指標(biāo)是否滿足優(yōu)化指標(biāo)要求，不滿足時(shí)，跳轉(zhuǎn)到步驟1至步驟4循環(huán)，繼續(xù)尋優(yōu)迭代；目標(biāo)局部圖像滿足時(shí)，對(duì)應(yīng)的波前殘差小于應(yīng)用需求停止迭代，目標(biāo)成像相機(jī)(8)獲得高分辨目標(biāo)圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于：成像系統(tǒng)波前畸變校正和圖像復(fù)原過(guò)程為：波前控制器(3)根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)接收的目標(biāo)局部成像，采用尋優(yōu)控制算法，并輸出多通道電壓控制信號(hào)于高壓放大器(2)后并驅(qū)動(dòng)波前校正單元變形反射鏡(1)，實(shí)現(xiàn)波前的校正，使圖像采集計(jì)算機(jī)(9)接收到目標(biāo)成像相機(jī)(8)的高分辨目標(biāo)圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像方法，包括以下步驟：

步驟1：控制器產(chǎn)生K時(shí)刻獨(dú)立同分布的像差模式系數(shù)隨機(jī)量Δα^(k)＝(Δα₃,Δα₄…Δα_M)，因變形鏡不對(duì)平移、X和Y方向傾斜像差校正，故像差像從第3階開(kāi)始，預(yù)設(shè)像差總項(xiàng)數(shù)為M-3；利用模式系數(shù)與變形鏡影響函數(shù)的關(guān)系矩陣C_zv，將系數(shù)隨機(jī)量Δα^(k)成多通道控制電壓擾動(dòng)量

Δv^(k)＝C_zvΔa^(k)；

步驟2：生成K時(shí)刻負(fù)向控制電壓信號(hào)，經(jīng)高壓放大器后作用于變形鏡，遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)對(duì)目標(biāo)局部成像，并向控制器輸入反饋信號(hào)，控制器計(jì)算K時(shí)刻反饋的目標(biāo)局部圖像優(yōu)化指標(biāo)

步驟3：控制器生成K時(shí)刻正向控制電壓信號(hào)，經(jīng)高壓放大器后作用于變形鏡，遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)相機(jī)(4)對(duì)目標(biāo)局部成像，并像控制器輸入反饋信號(hào)，控制器計(jì)算K時(shí)刻反饋的目標(biāo)局部圖像優(yōu)化指標(biāo)

步驟4：獲得圖像指標(biāo)的梯度估計(jì)ΔJ^(k)；

步驟5：根據(jù)梯度估計(jì)ΔJ^(k)，實(shí)現(xiàn)K+1電壓的迭代，并根據(jù)情況調(diào)整增益γ實(shí)現(xiàn)算法的搜索步長(zhǎng)；

V^(k+1)＝V^(k)+γ.ΔJ^(k).ΔV^(k)；

步驟6：判斷目標(biāo)局部圖像指標(biāo)是否滿足優(yōu)化指標(biāo)要求，不滿足時(shí)，跳轉(zhuǎn)到步驟1至步驟5循環(huán)，繼續(xù)尋優(yōu)迭代；目標(biāo)局部圖像滿足時(shí)，對(duì)應(yīng)的波前殘差小于應(yīng)用需求停止迭代，目標(biāo)成像相機(jī)(8)獲得高分辨目標(biāo)圖像。