[发明专利]一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法

权利要求书

1.一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于，通过以下步骤实现：

步骤1：设计基于离焦光栅调制的波前传感器；

步骤2：验证步骤1设计的传感器是否可以在短焦距透镜的焦面上同时获得正负离焦以及焦面远场光强分布；

步骤3：若步骤2可以实现，则根据步骤1收集离焦光栅调制的远场光斑与近场波前数据，并将CCD测量的焦面远场图像和近场波前对应的Zernike模式系数分别作为数据集中的样本和标签，若步骤2无法实现，则重复执行步骤1再次设计传感器，直至实现步骤2；

步骤4：配置深度学习环境，搭建卷积神经网络(CNN)；

步骤5：任意抽取数据集中80％的样本作为训练集，供网络学习远场光斑与近场波前的映射关系；从数据集剩下的20％样本中任意抽取一半样本做为验证集，用于调整网络超参数并验证算法有效性，最后剩余的10％样本作为测试集用于进行无偏估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于：所述步骤1中离焦光栅可看成离轴的Fresnel波带片，它存在对称分布的±1级衍射光轴且±1级上存在一对共轭的焦距，离焦光栅与短焦距透镜密切接触使用，短焦距透镜的焦距应远远小于离焦光栅的焦距。

3.根据权利要求1所述的一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于：所述步骤2中当离焦光栅与短焦距透镜密接使用时，离焦光栅对透镜聚焦能力进行微调，此时±1级衍射光的焦距分别稍短和稍长于透镜焦距，短焦距透镜的焦平面在±1级衍射光上的截面是前后对称的离焦面，因此，当CCD置于短焦距透镜焦平面处时，CCD可同时测量入射波前在焦面与前后对称的离焦面上对应的远场光强分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于：所述步骤3中数据集的样本数应至少为一万组，即应在样本空间进行充分采样。

5.根据权利要求1所述的一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于：所述步骤4中的深度学习网络可以是CNN，也可以是其他深度学习网络。

6.根据权利要求1所述的一种基于光栅调制的单帧焦面光强图像深度学习相位差法，其特征在于：所述步骤5中训练集、验证集与测试集的划分方式可根据数据集的大小适当改变。