[发明专利]一种基于优化策略的高速高精度区域分块波前重构方法

说明书

本发明公开了一种基于优化策略的高速高精度区域分块波前重构方法，依据一定的优化策略，将通过区域分块拼接的方式，在保证重构精度的前提下，降低高采样率自适应光学系统的计算总量，提高波前重构速度，提升自适应光学系统带宽。

技术领域

本发明属于自适应光学的技术领域，具体涉及一种基于优化策略的高速高精度区域分块波前重构方法。

背景技术

区域波前重构方法最早的研究者是Fried，其所提出的Fried模型为快速、精确重构波前及消除病态解问题打下了良好基础，后来Hudgin与Southwell等人又提出了Hudgin模型与Southwell模型。基于以上三种模型，现有方法注重于重构模型及重构方法的改进与优化，以提高方法的重构精度、扩大方法适用范围。如2014年，Biswajit Pathak等人基于Southwell模型，通过引入倾斜方向上的四个数据点，对模型进行改进。改进模型如图1所示。

改进模型与原始Southwell模型相比，每个数学关系式中多了两个待求相位重构点与两个斜率数据。仿结果表明，改进模型具有更高的重构精度。

又如2015年，李萌阳等人通过在重构模型中引入权重因子并对重构模型进行改进，实现了任意形状光瞳及非方形孔径的区域法波前重构。并通过仿真实验对算法进行验证，实验结果表明，改进模型对非方形域的重构效果要高于传统的Southwell模型算法。

又如2016年，Sylvain Bonnefond等人研究了非连通域情况下的区域法波前重构，得出在非连通域情况下，最小方差法具有最高的复原效果的结论。

又如2017年，LEI HUANG等人根据全微分思想，对区域法模型进行改进，使区域法能够应用于任意四边形孔径情况下的波前重构。如图2所示。

通过实验验证，融入全微分思想的改进模型对于非正方形孔径的重构误差要远低于普通Southwell模型与插值模型。

然而，现有方法在求解速度上的研究近几年几乎处于空白状态，鲜有文章发表。而随着自适应光学系统应用领域的扩展，对于重构方法精度与速度的要求变得越来越高。虽然早在上世纪90年代，北京理工大学的王映波就提出使用分块降低计算量的方法，但需事先知道采样点的总数，并计算逆矩阵并进行存储，存在通用性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于优化策略的高速高精度区域分块波前重构方法，能够在保证重构精度的前提下，降低高采样率自适应光学系统的计算总量，提高波前重构速度，提升自适应光学系统带宽。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于优化策略的高速高精度区域分块波前重构方法，包括以下步骤：

步骤一、针对欲重构的光波相位点矩阵进行区域分割，将所得子区域根据相位点的分布情况分为三类：连通子块、半连通子块及非连通子块；

对连通子块和半连通子块进行波前重构；

将非连通子块分解为多个半连通子块，利用所述多个半连通子块的公共区域找到所述多个半连通子块的真实相位高度，并取并集得到非连通子块的相位分布，实现非连通子块的波前重构；

步骤二、调整连通子块和半连通子块的相位高度，使得公共区域内的各个相位点和与其对应的相位点的相位差的绝对值总和最小；

步骤三、针对调整后相邻两个子块区域的公共区域内的相位进行均值平滑处理；

步骤四、根据平滑处理后的公共区域内的相位，令由非连通子块分解所得的半连通子块的公共区域内各个相位点和与其对应的相位点的相位差的绝对值之和最小，得到由非连通子块分解所得的半连通子块的平移量，从而将非连通子块平移填充进其在波前对应的位置；