[发明专利]改善扩展目标成像像质的波前校正方法和波前校正系统

说明书

技术领域

本发明涉及波前校正领域，尤其涉及一种基于随机并行梯度下降算法的 波前校正方法和系统。

背景技术

传统用于天文观测的自适应光学系统(例如采用Shack-Hartmann波前传 感器的自适应光学系统)在进行波前误差校正时，通常都是针对轴上视场的 光波像差进行校正的，这是因为天文观测中观测星体可以看成点目标观测， 而点目标的视场位于轴上，所以传统的自适应光学系统在设计时仅仅考虑对 轴上视场的像差进行校正，而轴外视场的波像差不能够被完全校正，轴外视 场的像质会随着视场角的增大而逐渐下降，传统自适应光学系统的视场角通 常只有角秒量级。

但在观测成像的一般场合，目标物通常被看成扩展目标，而用于扩展目 标的波前误差校正不仅需要对轴上的像差进行校正，还需要对轴外视场的波 前误差进行校正，所以利用传统的自适应光学系统无法提高轴外视场的像质。 为了扩大自适应光学系统的视场范围(即实现宽视场)，人们提出了多种解决 方案，包括采用多个并行的自适应光学系统以及采用基于多层共轭校正的自 适应光学系统等。其中，采用多个并行的自适应光学系统无疑使整个系统变 得更加复杂，而且所取得的效果与付出的代价是不相称的；多层共轭校正的 基本思想是将湍流大气分成若干层，在每层的共轭位置上设置一块变形镜以 校正该层大气引起的波前畸变，多层共轭校正虽然可以有效扩大自适应光学 系统视场角，但在很多情况下，大气湍流并不是要校正的主要误差源，例如 大气湍流对空间对地遥感系统的像质影响就很小，这时多层共轭校正不适合 用来扩大视场角。

另外，传统的自适应光学系统中不仅包含复杂的波前传感系统，还需要 寻找到一个位于光轴上的合适的信标(通常是自然星)用来产生参考光波。 总之，传统的自适应光学系统结构较复杂。

1974年Muller等提出一种像清晰化自适应光学系统的概念，该系统中采 用像清晰度函数评价成像质量，当消除了波前误差时，像清晰度函数达到极 值。具体的工作方法是使波前校正器的每一个自由度按一定方式产生扰动， 计算哪些扰动趋向于使像清晰度函数达到极值，保持使像清晰度函数达到极 值的扰动，逐步消除波前误差。但现有技术中对图像进行优化时，都是只能 对整幅图像进行优化，而实际应用中往往只对图像中的某一个区域感兴趣， 例如整幅图像中大部分区域为沙漠，而只有很小区域是沙漠里的汽车，在考 虑到计算时间的成本，显然只需要优化汽车所在区域，提升该区域的像质。

总之现有技术中对波前进行校正的系统复杂，进一步地不能够对特定区 域进行校正。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种改善扩展目标成像像质的波前校正方法和波 前校正系统，不需要复杂的波前传感器和信标，系统结构简单，并且可以实 现宽视场波前校正。

为实现上述目的，本发明提供一种改善扩展目标成像像质的波前校正方 法，该方法包括：

A.计算施加控制电压扰动信号前采集的图像的选定区域的像清晰度函数 值；

B.对波前校正器中的各个致动器产生服从伯努利分布的控制电压扰动信 号，并与施加到各个致动器上的当前控制电压信号相加，并将相加得到的控 制电压信号分别作用到各个致动器上，计算施加控制电压扰动信号后的采集 图像的选定区域的像清晰度函数值；

C.计算施加控制电压扰动信号后的图像的选定区域的像清晰度函数值与 施加控制电压扰动信号前的图像的选定区域的像清晰度函数值的差，得到图 像的选定区域的像清晰度函数值的扰动值；

D.撤销施加到各个致动器上的控制电压扰动信号，将对各个致动器施加 控制电压扰动信号前的控制电压信号减迭代步长值与步骤C中获得的像清晰 度函数值的扰动值和步骤B中产生的控制电压扰动信号的乘积，得到本次迭 代施加到各个致动器上的控制电压信号；

E.将所述本次迭代施加到各个致动器上的控制电压信号施加到相应的致 动器上，计算施加所述本次迭代施加到各个致动器上的控制电压信号以后采 集图像的所述选定区域的像清晰度函数值；

F.当本次和上次迭代采集图像的选定区域的像清晰度函数值的差值的大 小小于预定的阈值时，停止迭代过程，否则继续执行下一次迭代。

另一方面，本发明还提供一种波前校正系统，包括设置在成像光路中的 波前校正器，以及控制器，所述控制器用于执行多次迭代过程，所述每次迭 代过程包括：