[发明专利]基于实时相位差异技术的无波前探测自适应光学系统

权利要求书

1.基于实时相位差异技术的无波前探测自适应光学系统，其特征是，其由成像系统(1)、线性相位差异算法模块(2)、波前校正器驱动控制电路模块(3)及变形镜(4)构成；其中成像系统(1)由分光棱镜(5)、成像透镜一(6)、成像透镜二(7)、CCD相机一(8)和CCD相机二(9)构成；

待校正波前像差经过变形镜(4)补偿后的残余波前入射到分光棱镜(5)上，经分光棱镜(5)分为两束光线，分别由成像透镜一(6)和成像透镜二(7)将其会聚至对应的CCD相机一(8)和CCD相机二(9)上，得到焦面和离焦面模糊像斑；将采集的图像信息作为已知输入量，利用线性相位差异算法模块(2)直接求得对应的驱动控制电压，通过波前校正器驱动控制电路模块(3)施加到变形镜(4)上，使变形镜(4)产生去除波前畸变的补偿量，然后再利用成像系统(1)采集校正后系统对应的焦面及离焦面图像，再次计算此时对应的校正电压并驱动变形镜(4)实时校正波前，如此反复迭代，直至波前误差得到完全校正，获得理想的成像效果。

2.基于实时相位差异技术的无波前探测自适应光学系统的波前像差校正方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

步骤一，基于变形镜(4)的影响函数，构建波前像差与施加电压的关系模型，即有：

ΔΦ＝S·Δu

其中，Δu表示驱动电压矩阵，S表示变形镜的驱动影响函数矩阵，ΔΦ表示像差变化矩阵；

步骤二，将变形镜(4)的初始驱动校正电压矩阵u₀＝{u₁,u₂,…u_n}设置为0，由其工作原理可知，此时对应初始像差也为0；

步骤三，依据泰勒展开原理，将系统点扩散函数进行线性展开，即有：

psf(α)＝psf₀+psf₁·α+O||α||²

其中，O||α||²二阶拉格朗日余项；再分别求出焦面处及离焦面处的点扩散函数在驱动电压矩阵为0时的对应值psf_1,0|_u＝0、psf_2,0|_u＝0及其一阶导数值psf_1,1|_u＝0、psf_2,1|_u＝0，作为已知矩阵保存；

步骤四，由成像系统(1)的焦面CCD相机一(8)及离焦面CCD相机二(9)实时采集经过大气湍流后的畸变像斑i₁和i₂；

步骤五，利用实际采集光斑与步骤三中线性近似后的光斑之间的差异构建评价函数：

E=||psf1-i1||22+||psf2-i2||22+λ||Liα||22]]>

其中，i₁、i₂分别为采集到的焦面及离焦面光斑图像，psf₁、psf₂为线性近似后的光斑图像，为引入的Tikhonov正则化参数项；

通过求目标函数最小值，基于最小二乘原理，并结合步骤一中变形镜(4)的波前像差与施加电压的关系模型，可直接求出当次变形镜(4)对应的驱动控制电压：

Δu=D·[i1T,i2T]]]>

其中，为成像系统(1)实时采集的光斑图像，D为线性相位差异算法模块(2)构建的图像-电压矩阵，Δu即为求解的驱动校正电压；

步骤六，根据求出的校正电压值驱动变形镜(4)产生补偿波前u(r)对原始波前进行实时校正，校正后的残余波前为再重复步骤四，即通过成像系统(1)实时采集此次校正后的焦面及离焦面光斑图像，作为新的远场图像，重复步骤五，求出新的校正电压驱动变形镜(4)反复进行像差校正，直至求出的驱动电压趋近于零，表示此时像差已实现完全闭环校正，取得理想的成像效果。