[发明专利]用于提升位相差异波前传感性能的系统

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种用于提升位相差异波前传感性能的系统。

背景技术

自适应光学系统通常由三个部分组成：波前传感器，波前矫正器和波前控制器。其中，波前传感器肩负着获取系统光学波前畸变的重任，是整个自适应光学系统的输入端。时至今日，常用的波前传感技术包括：剪切干涉仪、曲率传感器、四棱锥镜传感器以及夏克-哈特曼传感器。这些技术均与需要引入特殊的硬件，而且有些只能针对点光源实施波前反演计算，因此在应用的广度方面就受到了一定的限制。目前，一种基于图像处理的新型波前传感技术成为了国内外的研究热点，这就是著名的位相差异PD（phase diversity）波前传感技术。这种技术只需要同一场景（目标无关）的两幅正焦和离焦影像，并据此构建以系统波前泽尼克系数为变量的目标函数，之后以全局优化算法比如模拟退火或者遗传算法进行最小化寻优，从而能够反演得到波前的泽尼克系数。简要的数学描述如下：

任何一个非相干光学成像系统的成像过程在频率域均可表示为式（1），

G(u,v)=F(u,v)·OTF(u,v)   （1）

其中，u和v分别代表归一化后的空间频率。F代表理想目标图像频谱，而G则代表实际接收到的图像频谱。OTF表示成像系统的光学传递函数，可以由光学系统广义光瞳函数通过自相关运算来获得，其中x和y分别表示光瞳面上的归一化坐标。φ是系统中的未知波像差，可以由泽尼克多项式进行拟合，而各阶泽尼克多项式的系数就是系统波像差的直接表征，也是PD算法所要反演的物理量。代表在正焦和离焦光路中引入的离焦像差。

由式（1）可知，正焦光路和离焦光路对应的成像过程分别表示如下，

G_I(u,v)=F(u,v)·OTF_I(u,v)   （2）

G_D(u,v)=F(u,v)·OTF_D(u,v)   （3）

其中I代表in-focus，而D代表defocus。

假如要由实际测量结果对理想目标图像频谱F，正焦光学传递函数OTF_I和离焦光学传递函数OTF_D同时进行估计，那么就可以构建如下目标函数，

E=ΣuΣv|GI-F~·OT~FI|2+|GD-F~·OT~FD|2---(4)]]>

其中“～”代表估计。

令式（4）对理想目标图像的频谱F求偏导，并令其为零，能够得到目标图像频谱的估计为式（5），