专利名称：高速波前测量和波前处理一体化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自适应光学系统领域，具体涉及自适应光学系统中对波前信息采集、测量、处理和输出的设备。
背景技术：
传统自适应光学系统中的哈特曼夏克波前传感器主要由微透镜阵列和高性能的CCD相机组成，实现对波前信息的采集和测量。采集所得的数据并不能直接为用户所使用，需经过波前处理器的处理。由于自适应光学系统中波前处理数据量大，实时性要求高，故大多数自适应光学系统需要配置一台专用的高性能波前处理器进行数据处理。故使得整个自适应光学系统实现起来结构庞大，不便于维护和使用，智能化程度低，价格昂贵。

发明内容
本发明为解决现有自适应光学系统中对波前信息的处理需要配置专用的波前处理器进行数据处理，导致系统结构庞大，智能化程度低的问题，提供一种高速波前测量和波前处理一体化系统。高速波前测量和波前处理一体化系统包括微透镜阵列、成像模块、采集模块、处理模块、存储模块和D/A转换模块；所述处理模块发送图像采集命令至采集模块，采集模块对成像在成像模块上的参考波前进行图像数据采集，处理模块对采集到的参考波前进行参考点位置计算并将该位置信息传送至存储模块，同时计算控制矩阵存储在SDRAM中；产生畸变的波前通过微透镜阵列成像在成像模块的CXD传感器上；经采集模块的FIFO芯片传送到处理模块，处理模块采用脉动波前处理算法利用存储在存储模块中的参考点坐标和控制矩阵对采集到的畸变波前进行图像预处理、波前斜率计算、波前拟合计算、波前控制计算后经D/A转换模块转换为模拟输出量。

本发明的工作原理:本发明所述的高速波前测量和波前处理一体化系统主要包括基于哈特曼-夏克波前传感器的波前测量和基于FPGA的快速波前处理。本发明通过在透镜阵列的焦面上测出畸变波前所成像斑的质心坐标(Xislrot, yispJ与参考波前质心坐标(xiref, yiref)之差(Axi, Ayi),从而可以求出畸变波前上被各透镜阵列分割的子孔径范围内波前的平均斜率K，继而计算出全孔径波前的光程差或相位分布。波前处理的主要流程包括图像处理、子孔径斜率计算、波前复原、控制运算和D/A转换五大部分。其中图像处理主要包括减背景和阈值分割两大部分；子孔径斜率计算主要完成计算各子孔径质心，第i个子孔径的质心计算公式为:》isPot -1j(I)
i i式中Ii是子孔径内坐标(Xi，Yi)处的像素灰度值，(Xi，Yi)分别是像素在子孔径i的X和y方向上的坐标。计算得到的子孔径质心与参考值做差，得到子孔径斜率。
波前复原即由波前斜率向量K乘以波前校正矩阵的广义逆矩阵D+，得到波面误差E:E=D+XK (2)式中波前校正矩阵D+为nX 2m矩阵，K为2mX I斜率向量。其中η为所需有效促动器数，m为有效子孔径数。控制运算采用传统的PI控制运算。经过控制运算计算所得的控制量再由D/A转换电路转换成模拟输出量。整个波前处理过程中的主要计算量集中在波前斜率计算和波前复原计算。本发明采用的基于FPGA的波前斜率计算和波前复原计算。波前斜率计算实现如下:像素数据Ii首先同时进入两个乘法器，分别算出XiIi和
YiIi ;计算出的XiI^yiIi和当前像素灰度值Ii同时进入三个累加器，计算出
权利要求
1.高速波前测量和波前处理一体化系统，包括微透镜阵列、成像模块、采集模块、处理模块、存储模块和D/A转换模块；其特征是，所述处理模块发送图像采集命令至采集模块，采集模块对成像在成像模块上的参考波前进行图像数据采集，处理模块对采集到的参考波前进行参考点位置计算并将该位置信息传送至存储模块，同时计算控制矩阵存储在SDRAM中；产生畸变的波前通过微透镜阵列成像在成像模块的CXD上；经采集模块的FIFO芯片传送到处理模块，处理模块采用脉动波前处理算法利用存储在存储模块中的参考点坐标和控制矩阵对采集到的畸变波前进行图像预处理、波前斜率计算、波前拟合计算、波前控制计算后经D/A转换模块转换为模拟输出量。
2.根据权利要求1所述的高速波前测量和波前处理一体化系统，其特征在于，还包括通信模块，用户通过通信模块实现数据的交互。
3.根据权利要求1所述的高速波前测量和波前处理一体化系统，其特征在于，所述的通信模块包括以太网接口、串口和USB接口。
4.根据权利要求1所述的高速波前测量和波前处理一体化系统，其特征在于，所述采集模块还包括FIFO芯片，FIFO芯片实现处理模块对图像数据读取缓冲的作用。
5.根据权利要求1所述的高速波前测量和波前处理一体化系统，其特征在于，所述成像模块包括CXD芯片和CXD驱动电路，CXD驱动电路向CXD芯片提供驱动信号。
6.根据权利要求1所述的高速波前测量和波前处理一体化系统，其特征在于，所述的处理模块为FPGA。
全文摘要
高速波前测量和波前处理一体化系统，涉及自适应光学系统领域，解决现有自适应光学系统中对波前信息的处理需要配置专用的波前处理器进行数据处理，导致系统结构庞大，智能化程度低的问题，成像模块对波前信息的成像。采集模块针对处理模块发出的采集信号进行图像数据的采集，将采集到的图像数据传送送至处理模块进行波前处理。对波前信息进行处理转换成后端放大器的模拟输入量通信模块完成系统与外部的数据交互，存储模块用于存储系统运行的程序以及实时处理过程中的配置数据和故障诊断过程的诊断数据；D/A转换模块将结果转换成后端放大器的模拟输入量。本发明充分利用图像数据的读出时间。缩短了波前处理延时，提高了系统的闭环控制带宽。
文档编号G01J9/00GK103217224SQ20131010320
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者贾建禄, 王建立, 赵金宇, 刘欣悦, 王亮 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所