[發(fā)明專利]一種基于交叉迭代自動(dòng)位置矯正的波前檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110460914.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113188671B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白劍;趙磊;費(fèi)文輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J9/02
• 分類號(hào): G01J9/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發(fā)明公開(kāi)一種基于交叉迭代自動(dòng)位置矯正的波前檢測(cè)方法，通過(guò)正傅里葉變換和逆傅里葉變換求解關(guān)于衍射光斑位置的解析梯度。在使用相位恢復(fù)算法進(jìn)行波前迭代重建過(guò)程前，首先對(duì)衍射光斑的位置進(jìn)行粗矯正，然后在波前重建的過(guò)程中對(duì)衍射光斑的位置不斷細(xì)矯正，克服由于計(jì)算的衍射光斑與采集到的衍射光斑不一致導(dǎo)致的光斑位置矯正不準(zhǔn)確。本發(fā)明通過(guò)交叉迭代優(yōu)化同一個(gè)目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)了衍射光斑的位置矯正和待測(cè)波前的重建，克服了計(jì)算衍射光斑與采集衍射光斑不一致帶來(lái)的位置矯正誤差和衍射光斑的位置誤差導(dǎo)致的待測(cè)波前重建精度的降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于交叉迭代自動(dòng)位置矯正的波前檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

相干衍射成像是一種簡(jiǎn)單的波前傳感方法，它直接從衍射強(qiáng)度中提取復(fù)雜相位。迭代相位恢復(fù)方法作為相干衍射成像的一種實(shí)現(xiàn)方法，具有良好的相位重建精度和魯棒性。相干衍射成像技術(shù)可以有效地降低實(shí)驗(yàn)裝置的復(fù)雜度，得到高分辨率的復(fù)振幅重建，已被應(yīng)用于超分辨率、波前傳感、無(wú)透鏡成像、光學(xué)加密等領(lǐng)域。

與單幅圖像相位恢復(fù)方法相比，多幅圖像相位恢復(fù)方法利用多幅灰度圖像加快了迭代算法的收斂速度。多種圖像相位恢復(fù)算法分為軸向相位差相位恢復(fù)和橫向平移差相位恢復(fù)。橫向平移差相位恢復(fù)需要一系列的強(qiáng)度，這些強(qiáng)度是通過(guò)橫向平移穿過(guò)感興趣區(qū)域的子孔徑照明產(chǎn)生的。軸向相位差相位恢復(fù)利用不同離焦位置采集的光強(qiáng)反演復(fù)雜波前。與橫向平移差相位恢復(fù)相比，軸向相位差相位恢復(fù)具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、精度高、粗糙度好等優(yōu)點(diǎn)，是一種有效的定量光學(xué)方法。

然而，相位恢復(fù)算法中的模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的精確匹配是實(shí)現(xiàn)精確波前重建的必要條件。軸向相位差相位恢復(fù)通常存在兩種定位誤差，即橫向定位誤差和軸向定位誤差。兩者相互影響，導(dǎo)致算法精度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于交叉迭代自動(dòng)位置矯正的波前檢測(cè)方法，以解決由于計(jì)算的離焦衍射光斑與采集到的離焦衍射光斑不一致導(dǎo)致的光斑位置矯正不準(zhǔn)確，造成的波前重建精度的降低。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種基于交叉迭代自動(dòng)位置矯正的波前檢測(cè)方法，在激光器的出射光路上依次布置有擴(kuò)束器、待測(cè)平板、會(huì)聚透鏡、圖像傳感器，該方法包括如下步驟：

S1：移動(dòng)所述圖像傳感器，在不同的離焦距離采集n幅含有所述的待測(cè)平板波前誤差的離焦衍射光斑；

S2：分別設(shè)置所述會(huì)聚透鏡的焦距s、口徑D、每一幅離焦衍射光斑的離焦位置z_k，設(shè)置光斑u方向優(yōu)化步長(zhǎng)step_u，v方向優(yōu)化步長(zhǎng)step_v，相位優(yōu)化步長(zhǎng)step_phase，振幅優(yōu)化步長(zhǎng)step_amp，波前檢測(cè)的迭代總數(shù)N，離焦衍射光斑位置矯正優(yōu)化迭代總數(shù)N_I，迭代判斷閾值M，波前檢測(cè)的初始迭代計(jì)數(shù)i＝1,待測(cè)波前初始估計(jì)值g¹(x,y)，(x,y)為待待測(cè)平板的坐標(biāo)；

S3：使用S1采集到的離焦衍射光斑與待測(cè)波前的估計(jì)值的衍射傳播計(jì)算值U_k構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

其中，(u,v)是離焦衍射光斑處的坐標(biāo)，I_k是在離焦位置z_k處采集的離焦衍射光斑，U_k是待測(cè)波前在離焦位置z_k處的衍射積分，W_k(u,v)是權(quán)重分布，用來(lái)移除圖像傳感器上信噪比低的像素點(diǎn)和壞點(diǎn)；

S4:對(duì)所有所采集的離焦衍射光斑使用離焦衍射光斑位置矯正優(yōu)化算法一優(yōu)化光斑位置；

S5：計(jì)算波前優(yōu)化的相位梯度和振幅梯度Δa