专利名称：一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法。
背景技术：
波前相差会使入射光束的波前发生畸变，从而大大降低光学成像系统的分辨力以及成像质量。自上世纪50年代，人们提出了自适应光学技术(Adaptive Optics，A0)，有效改善了光学成像系统，尤其是地基式望远镜的成像质量。但受限于波前传感器的探测精度，变形镜的有限校正能力，以及控制回路的有限带宽，AO系统对波前畸变的校正是部分的，其校正后的结果依然受到残余相差的影响，服务于AO系统成像结果的事后处理方法一直是该领域的研究热点。相位差波前传感器(PhaseDiversity Wavefront Sensor, PD WFS)通过同时米集同一目标经过不同光学通道的一组或多组图像(通常为焦面和离焦面图像)，来计算入射光波的波前畸变，并恢复出退化目标的真实像。因此ro WFs既作为一种波前探测技术，又提供了一种图像事后处理方法，受到国内外广泛研究和关注美国亚里桑那光学中心、波音公司下属实验室、洛克希德-马丁公司下属实验室、通用动力高级信息系统公司下属实验室等多家研究机构相继搭建了实验平台，以验证ro WFs的可行性和实用性(王欣，赵达尊，毛珩等，相位变更方法发展简述[J].光学技术，2009,35 (3) :454 460)。根据ro WFS的工作原理，需要同时采集同一目标的焦面和离焦面两幅图像，并要求尽可能精确地知道离焦面图像的离焦量大小，这使系统离焦量测量准确与否，成为roWFS成败的关键因数(杨磊，刘忠，金振宇等，离焦量误差对相位差法波前重构的影响[J].天文研究与技术，2009,6 (1):43^50 ;李斐,饶长辉,相位差法波前传感系统自身误差的分析及消除方法[J].强激光与粒子束，2011,23 (3) :599 605)。目前，用于H) WFS的离焦量
测量技术求解离焦波面树Aj)可通过如下公式实现
权利要求
1.一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法，其特征在于采用平面光波测量传感器系统离焦量；平行光源发出的平面光波入射相位差波前传感器(PD WFS)，相位差波前传感器采集离焦面光斑图像，并传输给算法处理系统，算法处理系统利用离焦面远场光斑图像计算系统离焦量；所述离焦量求解算法从获取离焦面远场光斑图像D (u，V)开始，u,v为图像函数定义域坐标，步骤如下 (1)设置循环变量k= O、广义光瞳函数p (X，y) = I、初始离焦波面#(17)，炉°(x,义)可为任意随机数，根据以上参数构建光瞳面复振幅函数/KuOxocpt/Ytu)] >X，y为波面函数定义域坐标，i为虚数单位■vQ; (2)对光瞳面复振幅函数/4..r,j)xexp[￥A(x,_v)]运用傅里叶变换FT，得到成像面复振幅，并用采集的离焦面远场光强分布彳万(《,v)替换uk(u，v)，获得离焦面远场光斑图像所对应的成像面复振幅函数D(il+ V) Xexp[/#* (if,v)J ； (3)对成像面复振幅函数」D(i“v)Xexp[//-( ,I,)]运用傅里叶逆变换IFT，得到光瞳面复振幅函数^ (X, V) X exp[^s (.T3 >’)]，其中qk (X，y)为估算的光瞳面光强分布，^(x, j)·为估算的光瞳面相位分布；根据离焦面仅包含离焦相差和Zernike多项式的正交性对ip%v,y)加以约束，即仅提取波面(x,y)中的离焦分量Z =......，07_v) = ZxR5G(x,j)，其中Wfd(x，y)为Zernike多项式中的理想离焦波面，Z为波面#(;r,> )中离焦分量对应的Zernike系数； (4)计算当前离焦波面与上一次离焦波面之间的差异￡= !(.v. V)- Vr(.v, r)| 并与指定阈值M比较，如果E < M不成立，利用^Jtll(XhV)和广义光瞳函数p (X，y)构建新的光瞳面复振幅函数y)Xexp[Hx, V')]，并置k = k+1,进入下一次迭代；如果E<M成立，即为所求离焦波面，离焦波面的符号通过离焦面光电探测器C⑶位于成像系统焦面前后来判断，如果离焦面光电探测器CCD位于系统焦面前，所求离焦量为负f {x，妁=-，如果离焦面光电探测器CCD位于系统焦面后，所求离焦量为正
全文摘要
一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法，通过平行光源入射相位差波前传感器(PD WFS)，处理算法利用离焦面远场光斑图像，在传统GS迭代运算的基础上，根据离焦面仅包含离焦相差和Zernike多项式的正交性对求解过程加以约束，实现精确测量系统离焦量。相对于目前用于相位差波前传感器的各种离焦量测量方法，本发明结构简单稳定，求解过程快速可靠，不需要在光路中移动光电探测器CCD位置、不借助于其它测量工具；并在迭代过程中充分利用各种先验信息增加了约束条件，解决了传统GS算法由于约束条件不足无法获得正确结果的缺陷，具有更高的离焦量测量精度和稳定性，为相位差波前传感器在实际工程中准确测量波前相差以及复原退化图像奠定基础。
文档编号G01J9/00GK102721477SQ20121018008
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者李梅, 饶长辉, 鲍华 申请人:中国科学院光电技术研究所