[發(fā)明專利]一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310641009.X
• 申請日: 2023-06-01
• 公開（公告）號: CN116465503A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 官泓利;趙旺;王帥;劉生虎;趙孟孟;趙晨思
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孔偉

1.一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法，其特征在于，在單個子孔徑內(nèi)引入相位調(diào)制片對相應子波前進行相位調(diào)制，可打破近場像差的旋轉(zhuǎn)對稱性，利用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡準確預測單個子孔徑內(nèi)的波前斜率和二次曲率信息，并根據(jù)復原矩陣和所有子孔徑內(nèi)的波前信息復原波前，所述方法包括以下步驟：

步驟1：隨機生成滿足大氣湍流統(tǒng)計特性的待測波前；

步驟2：待測波前經(jīng)過子孔徑分割、子孔徑相位調(diào)制并聚焦形成光斑陣列圖像；

步驟3：依次收集單個子孔徑內(nèi)的波前相位信息及對應的遠場調(diào)制光斑，單個子孔徑內(nèi)的波前表示為：

Φ_sub＝c₁x+c₂y+c₃x²+c₄y²+c₅xy

其中，x,y,x²,y²,xy為表示波前的基，x,y基的系數(shù)為波前斜率信息，x²,y²,xy基的系數(shù)為波前二次曲率信息；

將光電探測器探測的單個子孔徑對應的光斑光強信息作為樣本，數(shù)值求解的波前系數(shù)c₁,c₂,c₃,c₄,c₅作為標簽；

單個子孔徑內(nèi)的光斑光強信息I作為樣本，其表示為：

表示傅里葉變換，A為振幅，Φ_m為單個子孔徑中的相位調(diào)制；

步驟4：重復步驟1、2、3，生成數(shù)據(jù)集；

步驟5：配置深度學習環(huán)境，搭建神經(jīng)網(wǎng)絡，利用步驟4中的數(shù)據(jù)集訓練神經(jīng)網(wǎng)絡并保存；

步驟6：利用步驟5中的網(wǎng)絡求解各子孔徑內(nèi)波前斜率和二次曲率信息，使用波前復原算法重構波前。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法，其特征在于，步驟1的具體實現(xiàn)方式為：

隨機生成滿足大氣湍流統(tǒng)計特性的Zernike系數(shù)，用Z_q、a_q分別表示第q階Zernike多項式及系數(shù)，則隨機波前Φ為：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法，其特征在于，步驟2的具體實現(xiàn)方式為：

采用6×6微透鏡陣列的夏克-哈特曼波前傳感器探測待測波前，基于四象限相位調(diào)制片陣列對子孔徑內(nèi)的波前進行相位調(diào)制，四象限相位調(diào)制片將方形區(qū)域分成四個象限，一、三象限的相位差為π/2，二、四象限的相位差為0，相位調(diào)制函數(shù)Φ_m(x,y)滿足如下關系式：

設第j個子孔徑內(nèi)的波前Φ_subj(x,y)，調(diào)制后的波前Φ_subj'(x,y)為：

Φ_subj'(x,y)＝Φ_subj(x,y)+Φ_m(x,y)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法，其特征在于，步驟3的具體實現(xiàn)方式為：

將步驟1中的隨機波前輸入夏克-哈特曼波前傳感器中，采集光電探測器上子孔徑對應的調(diào)制光斑光強信息和波前數(shù)據(jù)，第j個子孔徑內(nèi)的波前表示為：

Φ_subj(x,y)＝c_j,1x+c_j,2y+c_j,3x²+c_j,4y²+c_j,5xy

其中，x,y,x²,y²,xy為表示波前的基，x,y基的系數(shù)為波前斜率信息，x²,y²,xy基的系數(shù)為波前二次曲率信息。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于子孔徑曲面信息提取的高空間分辨率波前復原方法，其特征在于，步驟4中，子孔徑對應的調(diào)制光斑光強信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，對應子波前的系數(shù)作為網(wǎng)絡的輸出，樣本輸入輸出一一對應。