[发明专利]一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法

说明书

本发明公开一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，通过正傅里叶变换和逆傅里叶变换求解关于衍射光斑位置的解析梯度。在使用相位恢复算法进行波前迭代重建过程前，首先对衍射光斑的位置进行粗矫正，然后在波前重建的过程中对衍射光斑的位置不断细矫正，克服由于计算的衍射光斑与采集到的衍射光斑不一致导致的光斑位置矫正不准确。本发明通过交叉迭代优化同一个目标函数实现了衍射光斑的位置矫正和待测波前的重建，克服了计算衍射光斑与采集衍射光斑不一致带来的位置矫正误差和衍射光斑的位置误差导致的待测波前重建精度的降低。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法。

背景技术

相干衍射成像是一种简单的波前传感方法，它直接从衍射强度中提取复杂相位。迭代相位恢复方法作为相干衍射成像的一种实现方法，具有良好的相位重建精度和鲁棒性。相干衍射成像技术可以有效地降低实验装置的复杂度，得到高分辨率的复振幅重建，已被应用于超分辨率、波前传感、无透镜成像、光学加密等领域。

与单幅图像相位恢复方法相比，多幅图像相位恢复方法利用多幅灰度图像加快了迭代算法的收敛速度。多种图像相位恢复算法分为轴向相位差相位恢复和横向平移差相位恢复。横向平移差相位恢复需要一系列的强度，这些强度是通过横向平移穿过感兴趣区域的子孔径照明产生的。轴向相位差相位恢复利用不同离焦位置采集的光强反演复杂波前。与横向平移差相位恢复相比，轴向相位差相位恢复具有实验装置简单、精度高、粗糙度好等优点，是一种有效的定量光学方法。

然而，相位恢复算法中的模型与实际实验测量系统的精确匹配是实现精确波前重建的必要条件。轴向相位差相位恢复通常存在两种定位误差，即横向定位误差和轴向定位误差。两者相互影响，导致算法精度较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，以解决由于计算的离焦衍射光斑与采集到的离焦衍射光斑不一致导致的光斑位置矫正不准确，造成的波前重建精度的降低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，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，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衍射光斑；

S2：分别设置所述会聚透镜的焦距s、口径D、每一幅离焦衍射光斑的离焦位置z_k，设置光斑u方向优化步长step_u，v方向优化步长step_v，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，离焦衍射光斑位置矫正优化迭代总数N_I，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)，(x,y)为待待测平板的坐标；

S3：使用S1采集到的离焦衍射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)是离焦衍射光斑处的坐标，I_k是在离焦位置z_k处采集的离焦衍射光斑，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:对所有所采集的离焦衍射光斑使用离焦衍射光斑位置矫正优化算法一优化光斑位置；

S5：计算波前优化的相位梯度和振幅梯度Δa