[发明专利]一种基于交叉迭代自动对焦的波前检测方法

权利要求书

1.一种基于交叉迭代自动对焦的波前检测方法，在激光器的出射光路上依次布置有扩束器、待测平板、会聚透镜、图像传感器，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：移动所述图像传感器，在不同的离焦距离采集n幅含有所述的待测平板波前误差的离焦光斑；

S2：分别设置所述会聚透镜的焦距s、口径D、每一幅离焦光斑的名义离焦位置z_k、离焦位置优化步长step_z、相位优化步长step_phase、振幅优化步长step_amp、波前检测的迭代总数N、离焦优化迭代总数N_z、迭代判断阈值M、波前检测的初始迭代计数i＝1、待测波前初始估计值g¹(x,y)，其中，(x,y)为所述待测平板的坐标；

S3：使用所述离焦光斑与待测波前的估计值的衍射传播计算值U_k构建优化目标函数

其中，u,v是离焦光斑位置处的坐标，I_k是在离焦位置z_k处采集的离焦光斑，U_k是待测波前在离焦位置z_k处的衍射积分；W_k(u,v)是权重分布，用来移除图像传感器上信噪比低的像素点和坏点；

S4:当i＝1，对所有位置的衍射光斑使用离焦位置优化算法优化离焦位置，当i≠1时，则对第k幅衍射光斑使用离焦位置优化算法优化离焦位置；所述离焦位置优化算法通过如下的子步骤来实现：

S4.1：设置离焦位置初始迭代计数j＝1，输入离焦位置z_k；

S4.2：计算离焦位置优化梯度

其中，和分别代表衍射计算算子和逆衍射计算算子，代表从待测面衍射计算到图像采集面的复振幅，代表从图像采集面逆衍射计算到待测面的复振幅，*代表取复共轭，k＝2π/λ是波数，Im()代表取虚部，Δz_k代表离焦位置梯度；

S4.3：采用下式更新离焦位置

z_k＝z_k+step_zΔz_k

S4.4：如果jN_z，令j＝j+1，并返回S4.2，否则结束迭代，得到最优的离焦位置z_k；

S5：采用下式计算波前优化的相位梯度和振幅梯度

这里Re()代表取虚部，Δa代表振幅梯度，代表相位梯度；

S6：更新待测波前的振幅和相位，使用梯度优化方法得到待测平板的复振幅分布；

S7：如果mod((i+1)/M)＝k，那么返回S4；

S8：如果iN，则令k＝mod((i+1)/n)，i＝i+1，并返回S5，否则结束迭代，获得满足所有离焦光斑约束的待测波前；

S9：对S8获得的待测波前使用多项式拟合移除噪声影响，得到真实的波前误差分布。

2.根据权利要求1所述的基于交叉迭代自动对焦的波前检测方法，其特征在于，为了便于灵活采样，所述S4.2和S5中的衍射计算算子优先使用两步菲涅尔衍射。

3.根据权利要求1所述的基于交叉迭代自动对焦的波前检测方法，其特征在于，所述S6中的梯度优化方法选用梯度下降法，计算公式如下：

这里的a和分别代表振幅和相位。