[发明专利]一种Poisson noise模型下对扩展目标成像时的相位恢复方法

说明书

本发明涉及一种Poisson noise模型下对扩展目标成像时的相位恢复方法，将PD技术中的盲解算方法引入到PDPR技术中并结合PDPR对Poisson noise model的处理方式，提高扩展未知物体成像时的位相恢复精度，为将来我国更大口径望远镜光学系统在轨检测提供理论依据，以解决我国在大口径望远镜光学系统像差检测中遇到的困难，从而达到改善大口径望远镜光学系统成像性能的目的。本发明的相位恢复方法使扩展未知物体的位相恢复测量精度达到衍射极限水平。

技术领域

本发明涉及一种相位恢复方法，特别涉及一种Poisson noise模型下对扩展目标成像时的相位恢复方法。

背景技术

当今世界，随着现代光学技术的发展，大口径望远镜在天文、军事、航空航天等领域都具有不可或缺的作用，人们对望远镜的性能要求越来越高，对望远镜口径的要求越来越大，这就给大口径望远镜光学系统的加工和检测带来较大的挑战。首先，在加工的过程中，需要在位及时检测出高阶面形误差并修正；然后，在光学系统装调过程中，需要在线检测像差变化；最后，在光学系统使用过程中，需要动态检测出系统的波像差。然而，现有的传统测量方法在很多方面还不能满足大型光学镜面高精度、高分辨率以及定量化可在位的检测需求，这已经成为制约光学生产能力进一步提高的瓶颈。所以，拼接式主镜面成为现代望远镜的主要发展趋势，大口径望远镜光学元件的检测已成为当今研究的前沿课题。

目前，有效的检测方法按照波前探测器(WFS,wave-front sensing)所处光学系统位置可以分为两类：一类是基于光瞳面的波前探测器方法，另一类是基于焦平面的波前探测器方法。基于光瞳面的WFS方法如刀口仪、干涉仪、横向剪切干涉仪(SI,ShearingInterferometer)、哈特曼波前探测器(HWFS,Hartmann wave-front sensing)、波前曲率探测器(CS,Curvature sensing)、金字塔(Pyramid)技术等。刀口仪是利用阴影法原理来检查光学零件波前误差的简易检测工具，其检测结果不能定量，检测精度低。干涉仪具有测量精度高、采样率高等优点，其检测灵敏度可达到波长量级。由于对环境因素有较高要求，对振动和空气扰动比较敏感，振动和温度变化等因素对测量精度影响很大。另外，利用干涉仪进行检测需要将光学元件从工位上卸下，无法实现对光学元件的在位检测和对光学系统的动态测量。SI是用适当的光学系统把经过被测器件的波面分裂成两个波面，并使它们彼此相互错开，在两波面重叠部分产生干涉图形，通过分析干涉条纹得到波前信息。它剪切后形成的干涉图形判读比较困难，光能利用率低，需要点光源作为参考目标，在不存在点目标的情况下，对扩展目标无法完成波前探测功能，所以被随后的干涉仪替代。HWFS抗振动能力强，对被测光的相干性没有要求，可用于加工现场的在位检测，但检测需要用到补偿镜、微透镜阵列和高帧频的探测器阵列，制作精度要求高，并受到透镜阵列的限制，测量的横向分辨率低。HWFS需要点光源做参考，对于扩展目标的波前探测可以通过相关计算的方法实现，但它的准确性与HWFS的微透镜数量和每个微透镜对应的探测器像元数有关。同时，微透镜数量与成像光束能量之间也存在矛盾，微透镜的数量增加会使每个微透镜分得的能量降低，影响其探测能力。HWFS本身比较复杂，价格较高。另外，夏克-哈特曼波前探测器(SHWFS,Shack-Hartmann wave-front sensing)以波前斜率测量为基础，检测时要用补偿镜和微透镜阵列，制造困难，精度要求高，由于受透镜阵列的限制，横向分辨率较低。

WFCS的信号可直接用于变形镜的控制，但WFCS仅适用于低阶像差模式，它对高阶像差的测量精度较低，从而限制了它的应用。Pyramid波前传感相比于SHWFS，具有灵敏度高，子孔径数目可调的优点。Pyramid WFS主要工作模式有调制与非调制两种。相比于调制模式，非调制模式具有更高的灵敏度，并且系统结构更简化；相对于非调制模式而言，Pyramid棱镜锐利棱边带来的衍射效应影响严重，造成光瞳平面光强分布不均匀，在一定程度上影响了像差测量精度。由于Pyramid WFS在光路中使用了透射式金字塔棱镜，色散是一个难以回避的问题，导致Pyramid WFS在实际应用中存在一定的限制。