用于扩展目标自适应光学校正的相关波前传感器的理论实验

研究了使用非相干、扩展光源的波前差测量技术，分析了使用强度透过率型像面掩模的扩展目标相关波前探测原理，讨论了模拟目标的选择问题，探讨了根据目标图像生成像面掩模图像、进而制作像掩模的方法，给出了所生成的像面掩模图像的典型结果，进行了以强度透过率型掩模为特征的单孔径扩展目标波前传感器的实验，比较了两种不同掩模的波前探测效果，获得了理论分析一致的实验结果。     

基于哈特曼夏克波前探测的图像解卷积:室内结果

在简要介绍哈特曼－夏克波前传感器原理和基于波前传感的目标图像解卷积恢复技术的基础上，分别给出了室内模拟点源和扩展源情况时畸变目标光斑图像解卷积处理的实验结果，结果表明，基于波前探测的图像解卷积事后处理能够有效地对畸变目标图像进行恢复。     

自适应光学中扩展信标波前探测的研究与实验

讨论了一种基于Hartmann Shack (H S)传感器的扩展信标相关波前探测方法。通过在传统H S探测光路的物平面上加入视场光阑消除了子孔径像斑的重叠问题 ,并利用一种快速相关算法计算各像斑的相对位移 ,进而得到各子孔径波前的相对斜率。光学实验研究证实了该相关波前探测方法能够较精确地测算出波前像差 ,从而使目前使用最多的H S传感器具有扩展信标波前探测能力     

用于白天自适应光学的波前探测方法分析

提出了两种视场偏移哈特曼波前传感器，用于探测白天条件下强背景中目标信号的波前信息.给出了哈特曼波前传感器子孔径中焦面上天光背景非均匀性分布特征的实验结果，详细分析了基于分光棱镜的双焦面视场偏移哈特曼波前传感器的探测误差，并通过基于倾斜镜的单焦面视场偏移哈特曼波前传感器实验给出了波前测量的结果，证明视场偏移哈特曼波前传感器能够精确、稳定的测量白天条件下目标信号的畸变波前信息，同时给出了其在白天条件下探测能力的估算结果及其受限因素，估算结果表明云南天文台的自适应光学系统在10 W/m²·sr天光背景条件下应用视场偏移哈特曼波前传感器能对5等星(可视星等值)目标进行准确的波前探测. 关键词： 自适应光学 波前传感器 白天工作 误差分析     

高精度相位差波前探测器的数值仿真和实验研究

相位差(PD)波前探测器具有光路简单、共光路测量等优点,不仅适合点目标,而且适合扩展目标.随着算法和硬件水平的不断提高,相位差法已经成为波前探测技术的一个重要发展方向.对相位差波前探测器进行了研究,成功实现了对点目标和扩展目标的波前探测,给出了数值仿真结果.针对点目标,搭建实验光路,对静态的单阶Zernike像差和随机...     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

基于目标和点扩展函数联合估计的点源目标图像近视解卷积

在传统的基于波前探测的解卷积方法中,由波前探测得到的点扩展函数被认为是精确的,并用维纳滤波进行复原,但是点扩展函数不可避免地存在误差,所以最终的复原目标图像质量不佳.为了解决该难题,提出了基于目标和点扩展函数联合估计的图像近视解卷积算法.它运用了点扩展函数和目标的先验信息,对点扩展函数和目标进行了规整和进一步约束,从而得到更优的恢复图像质量.对该方法的原理和实现过程进行了阐述,并将其运用于室内点源目标数据中.实验结果证明,与维纳滤波方法相比,该方法使图像恢复的效果得到明显改善.     

相位差波前探测与图像重建

相位差技术可以直接利用两幅或多幅图像的强度信息,重构出波前相位信息和目标清晰图像,具有光路简单、成本较低、适用于扩展目标等优点,在望远镜的系统像差检测和目标图像重建方面得到了大量应用。相位差波前探测的关键在于求解非线性代价函数的最优化问题,需要避免陷入局部极值并降低计算时间,才能满足动态变化波前实时探测的需求。同时在重建目标清晰图像时,通常需要做正则化和去噪处理,来提高重建图像的质量。本文主要介绍相位差技术的基本原理,以及近年来的研究进展,并对该技术未来的发展进行了展望。     

基于模型的无波前探测自适应光学系统

基于波前梯度的二阶矩和修正后的远场强度分布近似呈线性关系,设计了一种基于模型的无波前探测自适应光学系统快速闭环控制算法。使用61单元变形镜、CCD成像器件等建立了自适应光学系统仿真平台,并以不同湍流强度下的波前像差作为校正对象,分析了这种基于模型的无波前探测自适应光学系统的收敛速度、校正能力及对不同像差的适应性。结果表明,基于模型的无波前探测自适应光学系统在快速收敛的同时,能够获得接近波前校正器件的理想校正能力。N阶模式像差校正时,系统只需要进行N+1次远场光斑的测量。和现有的各种无波前探测自适应光学系统控制算法相比较,基于模型的无波前探测自适应光学系统所需的测量次数大大减少。     

振幅型复合计算全息模式波前传感理论及验证

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器,其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件,该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图,并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。     

增量维纳滤波法在波前探测解卷积中的应用

一个常规的自适应光学系统通常包含三个重要环节：波前探测、波前校正和波前重构。因此对系统的技术要求非常高,造成系统复杂,成本昂贵。基于哈特曼-夏克波前探测的图像解卷积处理就是“事后”处理的一种,它省去了波前校正环节,使常规的自适应光学系统得到简化,降低了系统成本。其基本原理为对瞬时波面进行短时间曝光探测,同时记录相应的短时间曝光图像,来进行解卷积处理。将增量维纳滤波法应用于基于哈特曼-夏克波前探测的解卷积中,并对室内模拟点源情况下的三组畸变光斑图像数据进行了解卷积恢复处理。结果表明,将增量维纳滤波法应用于基于波前探测的解卷积是完全可行的,在室内模拟点源情况下,恢复的图像可以达到衍射极限分辨力。与维纳滤波相比,它扩展了噪声抑制因子的选取范围,在噪声抑制因子选取不正确的情况下,仍能得到比维纳滤波更好的结果。     

Wavefront sensing with random amplitude mask and phase retrieval

A light beam with an ideal wavefront that is transmitted or reflected from an object is modified by different characteristics of the object such as shape, refractive index, density, or temperature. Wavefront sensing therefore yields valuable information about the system or the changes happening to the system. A new method for wavefront sensing using a random amplitude mask and a phase retrieval method based on the Rayleigh-Sommerfeld wave propagation equation is described. The proposed method has many potential applications ranging from phase contrast imaging and measurement of lens aberration to shape measurement of three-dimensional objects.     

波前编码显微物镜景深扩展的研究

为了解决传统显微物镜景深与分辨率的矛盾,采用波前编码的方法,设计研究了波前编码的10倍显微物镜,结合传统光学设计软件,采用基于MTF一致性的相位板参数的优化方法,实现了在像面附近一定范围内系统的点扩散函数一致性;此外,还设计了扩展三次相位编码板的10倍显微物镜,比较了采用两种不同相位板系统的焦深扩展的效果,结果显示三次相位板的焦深扩展效果较好,可以将传统10倍显微物镜的焦深扩展15倍。成像模拟仿真结果显示滤波后的编码像在±15倍焦深范围内成像清晰,从而扩大了系统的景深。     

基于位相变更的非相干数字全息自适应成像

菲涅耳非相干数字全息作为一种非扫描的三维成像技术具有其独特的优势,但其成像过程中会受到各种像差的影响,导致成像分辨率、再现像的质量降低.为了解决这一问题,可以结合适当的自适应光学技术对波前像差进行探测和校正.位相变更是一种基于两幅具有已知位相差的强度图像实现波前探测和像差校正的技术.本文发展了基于位相变更的非相干数字全息自适应成像技术,不需要引入引导星,利用全息记录过程中的两幅相移全息图,实现波前像差的探测.本文给出了所发展技术的数值仿真和实验结果,结合位相变更算法求解出系统像差的位相分布,将像差的共轭位相加载到光瞳面上,在全息图记录的同时校正像差,从而提高重建像的质量.     

An apodized cubic phase mask used in a wavefront coding system to extend the depth of field

The point spread function (PSF) caused by a wavefront coding system with a cubic phase mask has big side-lobes which leads to bad image restoration. This paper proposes a novel apodized cubic phase mask to suppress the side-lobes of the PSF. Simulated annealing algorithm is used to optimize the cubic and the truncation parameter of the phase mask. The system with the novel phase mask has better performance in the modulation transfer function (MTF) especially in low-and-medium spatial frequency region. The simulation results show that the restored images with the novel phase mask are superior to the one with the classic cubic phase mask in contrast and ringing effect. The experimental results show that the side-lobes of the PSF are suppressed by using the apodized cubic phase mask.     

Wavefront sensing with an axicon

The use of a large apex-angle axicon for common-path interferometric wavefront sensing is proposed. The approach is a variant of point-diffraction interferometry bearing similarities to pyramidal wavefront sensing. A theoretical basis for wavefront sensing with an axicon is developed, and the outcomes of numerical simulations are compared to experimental results obtained with spherical and cylindrical ophthalmic trial lenses. It is confirmed that the axicon can be used for wavefront sensing, although its refraction may ultimately complicate and limit its operational range.     

Wavefront coding technique for controlling thermal defocus aberration in an infrared imaging system

We use a wavefront coding approach to control thermal defocus aberration in an IR imaging system. The design method of athermalized system using a wavefront coding technique is discussed. An athermalized long wave IR optical system, which works at temperatures ranging from -40 °C to 60 °C, is designed by employing a cubic phase mask. Computer simulations and the first experimental demonstration are executed to verify the performance of this wavefront coded athermalized system and to clarify the issues related to its implementation.