[發明專利]一種基于點擴散函數的智能光學主動裝調方法

有效

• 申請號: 202110637363.6
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113468802B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 吳之旭;李正陽;張一鳴;唐榮欣;袁祥巖
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F17/18;G06F17/16;G06F17/15;G06F17/11
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

本發明公開了一種基于點擴散函數的智能光學主動裝調方法，包括以下步驟：S1：測試并確定系統失調量范圍；S2：獲取并記錄當前裝調狀態下的點擴散函數；S3：根據點擴散函數橢率計算算法確定點擴散函數在不同視場下的橢率變化；S4：獲得當前橢率及其參數的Zernike系數，并與當前失調量組成具有對應關系的輸入輸出數據對；S5：根據神經網絡算法構建Zernike系數與失調量所組成的數據集，獲得符合標準正態分布的待訓練數據集；S6：搭建雙層人工神經網絡，按照神經網絡各超參數的靈敏度確定神經網絡各超參數范圍。本發明利用焦面點擴散函數計算器件失調與主鏡變形的方法，降低系統硬件復雜度并提高系統失調量/主鏡變形量的計算精度，輔助光學系統裝調過程。

技術領域

本發明涉及光學系統裝調領域，特別涉及一種基于焦面點擴散函數的人工智能計算機輔助裝調與主動光學校正方法。

背景技術

為了同時提升光學系統的視場與高分辨成像質量，光學系統采用了越來越復雜化的光學設計。如同軸三反射系統、離軸反射式系統、含自由光學曲面系統等。復雜化光學系統使得傳統裝調/被動光學越來越難以達到面形精度和位置精度的嚴格要求，如三反射系統的快焦比主鏡使得副鏡定位和姿態靈敏度大大提高；離軸反射式系統的加工基準可能與設計基準和裝調基準有較大的偏差、多失調自由度導致像差表征更復雜，完全按照加工基準、僅憑經驗判斷失調自由度的裝調方式會產生較大誤差；含有自由曲面的系統失調后的像差場分布則更加復雜，基于矢量像差理論，很難完全解析出系統失調誤差與波像差之間的關系。

計算機輔助裝調技術及主動光學校正技術是大視場巡天望遠鏡實現及維持高分辨率成像的關鍵技術。目前計算機輔助裝調技術及主動光學的過程為：首先，運用波前傳感器系統采樣測量多個視場的波像差；然后，利用靈敏度矩陣法、矢量像差法等逆算出各光學元件的失調量及主鏡面型的變化量；最后，利用計算機自動控制各光學元件的姿態和位置，并對鏡面面型進行主動校正。這種方法存在的問題有：(1)為了緩解非線性病態問題，需要多個不同視場的波前傳感器，如shack-hartmann波前傳感器或者曲率波前傳感器。波前傳感系統的復雜性隨單個波前傳感器的復雜度與視場數呈幾何關系倍增，不利于設備的穩定運行；(2)波前傳感與副鏡失調/主鏡變形求解過程分立，導致波前傳感誤差與副鏡失調/主鏡變形求解誤差相互放大，降低求解精度。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于點擴散函數的智能光學主動裝調方法，以取消使用波前傳感器的情況下，直接利用焦面點擴散函數計算器件失調與主鏡變形的方法，降低系統硬件復雜度并提高系統失調量/主鏡變形量的計算精度，用以輔助光學系統的裝調過程。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于點擴散函數的智能光學主動裝調方法，包括以下步驟：

S1：依據待裝調光學系統各失調自由度的靈敏度，測試并確定系統失調量范圍；

S2：隨機生成失調量參數，并通過MATLAB與ZEMAX的DDE編程設置隨機視場分布，將當前失調量參數輸入至待裝調光學系統模型中，對模型進行光線追跡，獲取并記錄當前裝調狀態下的點擴散函數PSF；

S3：根據點擴散函數橢率計算算法確定點擴散函數在不同視場下的橢率變化，并獲得當前橢率的幾何參數，包括半徑、相位角；

S4：通過對隨機目標星源的橢率變化及其參數進行Zernike多項式擬合，獲得當前橢率及其參數的Zernike系數，并與當前失調量組成具有對應關系的輸入輸出數據對；

S5：根據神經網絡算法構建Zernike系數與失調量所組成的數據集，并將當前數據集進行標準化處理，獲得符合標準正態分布的待訓練數據集；

S6：搭建雙層人工神經網絡，按照神經網絡各超參數的靈敏度確定神經網絡各超參數范圍；