根据远场光班确定夏克-哈特曼传感器采样率的一种方法

提出了一种利用夏克-哈特曼波前传感器测量未知波前时确定其子孔径数目的新方法.首先将被测波前相位用傅里叶级数展开表示,然后对展开表达式的复振幅进行贝塞尔展开,并对它进行傅里叶变换计算出其远场光斑分布.分析表明,波前相位频谱分量与远场光斑形态存在某种相互对应的关系.可根据采样定理通过远场光斑的分布界限确定出夏克-哈特曼波前传感器的采样率.该方法为夏克-哈特曼传感器对未知波前进行测量时其子合理孔径数目的确定提供了理论依据.有效避免了夏克-哈特曼传感器由于采样率不足而造成精度下降的问题,结束了在确定夏克-哈特曼波前传感器的子孔径数目时只依靠经验的状态.     

一种提高HWS采样率的透镜式微扫描方法

为改善传统哈特曼-夏克波前传感器对待测波前采样不足的缺点,对哈特曼-夏克波前传感器和微扫描进行了分析,提出一种提高哈特曼-夏克波前传感器采样率的透镜式微扫描方法。通过在微透镜阵列之前加入由PZT驱动的透镜扫描装置,对CCD采集的光斑分布情况进行高分辨率微扫描图像重建,通过对重建后的光斑分布进行波前重构,提高了哈特曼波前传感器对待测波前的采样率。通过对比实验验证,波前复原精度提高了41%,可以有效提高哈特曼传感器对波前探测的精度。     

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。     

基于哈特曼法球差自动测量系统的图像处理

从基于哈特曼法自动测量球差所需解决的CCD图像传感和数字图像处理技术出发，提出将哈特曼光阑图像用于存储器中的目标识别与测量时，图像映像区搜索算法和哈特曼光阑图像中测量光斑距离的中心重叠算法，解决了在一维图像存储器中准确寻找二维图像目标，随后进行相关目标计算的技术。其中利用所有光斑的质心求解哈特曼光阑图像的中心,再由光斑质心关于光阑图像中心的对称性确定光斑质心距离的中心重叠算法可减少计算次数，大大降低了算法的时间复杂度和计算复杂度。     

相关哈特曼-夏克波前传感器波前重构新方法

对相关哈特曼-夏克波前传感器的波前重构方法进行了研究,提出了一种基于相邻子图像间相对平移量的波前重构新方法。与常用的基于单一参考子图像的波前重构方法相比,新方法的动态范围有了很大提高。在8×8去4角的子孔径划分下,测量离焦波面时,新方法的动态范围可提高约16倍,子孔径数目越多,动态范围提高的倍数也越高。精度分析表明,两种波前重构方法在8×8去4角的子孔径划分下精度相近,在子孔径数目更多时,相邻子图像处理法的波前重构精度低于单一参考子图像法。     

基于方形域内标准正交矢量多项式的波前重建

获得了一组方形域内标准正交的矢量多项式集,可以用于方形域内图像畸变映射及波前梯度等矢量数据的拟合。这组矢量多项式是用Gram-Schmidt方法将泽尼克梯度多项式标准正交化后得到的。由该矢量函数拟合被测波前斜率,拟合系数经过简单的线性变换就可以直接得到用泽尼克多项式描述的波前,获得被测波前的相位信息。实验结果表明,该矢量集可以对夏克哈特曼传感器测得的方形孔径内的斜率进行很好的拟合。这种矢量拟合重构方法能获得很好的被测波前,具有与Southwell区域法相同的精度。     

一种可用于人眼像差哈特曼-夏克测量仪的自动离焦补偿方法

针对目前人眼像差哈特曼-夏克测量仪不能自动补偿人眼离焦的不足,通过分析不同调焦状态下连续采集的哈特曼-夏克光斑图像序列,构造了离焦补偿评价函数,在现有像差测量仪平台上实现了人眼像差自动离焦补偿。算法根据调焦过程中哈特曼-夏克光斑的形态变化,定义了通过光斑图像评估离焦补偿结果的评价标准,并依据评价函数确定最佳光斑图像对应的离焦补偿量,从而确保哈特曼-夏克波前传感器能准确测得离焦补偿后剩余的人眼像差。实验结果表明,本方法对杂散光噪声具有较强的稳健性,可以准确实现调焦系统的自动离焦补偿,为后续像差测量仪精密测量人眼高阶像差提供了十分重要的方法。     

点源信标相关哈特曼-夏克波前传感器光斑偏移测量误差分析

在基于哈特曼-夏克波前传感器(SH-WFS)的自适应光学系统中,通常采用质心算法探测点源信标的子孔径光斑偏移量.然而质心算法探测精度受到诸如减阈值等因素的影响,在低信噪比(SNR )时不能准确估计光斑质心位置,而相关哈特曼算法不需要减阈值,具有更好的鲁棒性.本文在介绍相关SH-WFS基本原理的基础上,通过建立基于点源信标探测的相关SH-WFS算法的随机噪声模型,推导了光斑偏移测量误差表达式,系统分析了光子噪声、CCD读出噪声、背景光子噪声等因素对相关SH-WFS测量误差的影响.并进行了数值仿真及实验,仿真 关键词： 相关哈特曼-夏克波前传感器 相关哈特曼算法 质心算法 测量误差     

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。     

哈特曼波前传感器中采样点数的分析

随着哈特曼传感器测量口径的增大,采样点数对被测波前的空间分辨率、测量精度及动态范围的影响也随之增大,因此通过计算机仿真波前径向斜率拟合过程,分析出采样点数和斜率探测误差对测量精度和测量范围的影响。计算机仿真的波前斜率拟合所用泽尼克多项式达到121项,测量口径2m,测量精度要求λ/50,径向(半径)和切向最少采样点数分别为10点和21点。当径向和切向采样点数分别为40点和250点,斜率测量误差为0.045″时,所测波前的P-V值范围是0-4λ。     

快速傅里叶算法在哈特曼夏克传感器波前重构算法中的应用

提出了一种应用快速傅里叶变换算法提高哈特曼－夏克波前传感器波前重构实时性的快速算法，在根据波前斜率值应用最小二乘法估计波前相位的过程中，应用快速傅里叶变换算法进行方程的对角化和相位值的解耗，算法精站度，稳定，空间分辨率越高，算法实时性的优越性就越显著。     

Iterative wave-front reconstruction for open-loop metrology applications: Shack-Hartmann and shearing interferometer wave-front sensing using Fourier or Multigrid reconstructors

Numerous techniques exist to reconstruct the wave-front in Shack-Hartmann and shearing interferometer wave-front sensors. Two of these techniques involve solving the least-squares wave-front reconstruction via Fourier transform or Multigrid methods. These two techniques operate on a square grid and are sensitive to both nonlinearities and to the methods used to extend the gradients beyond the aperture to the edges of the square grid. Both of these sensitivities can lead to large residual wave-front errors when reconstructing large aberrations. In this article we introduce an iterative computational loop in the reconstruction process which is designed to improve the reconstruction variances introduced by these parameters. This technique allows for accurate reconstruction of large phases which can arise in applications such as open-loop compensation of atmospheric turbulence, aberrometers and metrology. In this article, it is demonstrated that large aberrations can be accurately reconstructed utilizing this iterative method with Fourier or Multigrid reconstructors.     

远距离多源图像融合系统实时配准设计

为了实现全天候多波段远距离实时图像监控,设计了具有微光、红外和可见光融合的光学前端,对多源图像进行实时配准研究。在平行光轴的基础上,通过计算不同视场图像的成像视差,计算仿射变换需要的参数,采用双线性内插算法弥补红外在成像方面与可见光图像的差别,将红外图像的变换制作成查找表存储在图像处理器DM642中,系统通过硬件查找表可以快速实现不同图像的配准变换,实现同步视频的实时配准与融合。实验表明:该设计能够准确地实现多源图像的实时配准,系统经过图像配准、图像融合和伪彩变换处理后的时间约为24.3 ms,系统探测距离大于3 km。     

基于灰度相关的图像匹配算法的改进

针对目前图像匹配算法中存在的匹配精度不高和匹配速度慢的缺点，对基于灰度相关的2类匹配算法——最小误差法和相关系数法进行了改进。最小误差法采用新的ML距离法，提出动态调整阈值的方法，既保证了匹配精度，又避免了局部噪声的影响；相关系数法对相关系数的计算公式进行了简化，并采用三步搜索策略进行匹配，以达到减少计算量和搜索位置的目的。实验证明：改进后的算法，在保证一定匹配精度的条件下，匹配速度大大提高，能够满足实际应用中的实时性要求。     

一种基于数字图像的多目标检测方法

为使武器系统具备同时对多个目标进行精确打击的能力,在光电系统中可采用多目标视频跟踪器辅助激光照射器、伺服稳定平台实现多个潜在目标同时捕获跟踪并打击。研究了一种运行于多目标视频跟踪器的目标检测方法,针对数字图像分辨率高、数据量大及难以在嵌入式系统中实时运行的难点,基于TMS320C6455 DSP处理器,提出基于小波金字塔的全局运动光流估计算法图像配准实现运动图像的背景补偿以获取差分图像,相比传统的块匹配、灰度投影配准及基于特征点的配准算法,具有配准精度高与可嵌入式系统实时处理等优点,在差分图像中采用区域生长结合管道滤波算法提取图像中多个运动目标。经实验验证,该方法在复杂地面场景对汽车、自行车及行人目标检出率可达95%,计算时间仅为25 ms,具有良好的实时性和检测效果。     

多模自适应电子稳像算法研究

电子稳像算法的主要目的是解决摄像机随机运动导致的图像序列的帧间抖动问题。根据摄像机成像模型,推导了摄像机平移振动和旋转运动对图像运动的影响,阐明了电子稳像算法中各种图像运动模型的物理成因,指出了模型之间的内在联系。提出了一种多模自适应电子稳像算法,根据摄像机工作时图像序列抖动的剧烈程度,自适应地选择适当的图像运动模型和相应的运动估计方法。实验结果表明,该算法在各种情况下都能实现对图像序列的高精度稳定,有效地提高了电子稳像算法的适用性。     

复杂地物条件下基于线特征的异源景象匹配

为了寻求应用于复杂地物条件下异源景象匹配的算法,使其满足尺度和旋转不变性,受视觉成像系统的启发,利用初始简图可以表征图像大部分信息的特点,提出了一种新的基于线段对的异源图像匹配算法。首先,提取并筛选图像中能够表征图像信息的线段;然后,利用线段自身信息及线段的相对位置关系构建线段对特征;接着,通过线段对之间的相似性对图像进行粗匹配;最后,利用线段之间的拓扑关系进行精匹配。实验表明,本文方法对具有旋转、缩放和平移变换的异源图像的匹配正确率达到了75%以上,运算时间是传统匹配算法的1/5左右,基本满足了异源景象匹配应用对算法实时性和准确性的要求。     

Translation, rotation, and scale invariant image registration technique using angular and radial difference functions

An algorithm is proposed for registering images related by translation, rotation, and scale based on angular and radial difference functions. In frequency domain, the spatial translation parameters are computed via phase correlation method. The magnitudes of images are represented in log-polar grid, and the angular and radial difference functions are given and applied to measure shifts in both angular and radial dimensions for rotation and scale estimation. Experimental results show that this method achieves the same accurate level as classic fast Fourier transform （FFT） based method with invariance to illumination change and lower computation costs.     

Hartmann wave-front scanner

A wave-front sensor is described that uses a programmable moving aperture to scan an incoming wave front. The position of the diffraction spot is recorded behind an objective lens with a two-dimensional sensor and gives an estimate of the local slope at the aperture position. Then the wave front is reconstructed by processing of the slope data. The device is basically a programmable Hartmann wave-front sensor. Compared with a microlens Shack-Hartmann wave-front sensor, its much longer focal length provides higher resolution, although real-time operation is lost. A practical implementation of the new scanner with a liquid-crystal television as the programmable aperture is presented.     

Measuring the power-law exponent of an atmospheric turbulence phase power spectrum with a Shack Hartmann wave-front sensor

For non-Kolmogorov turbulence we develop a differential angle-of-arrival fluctuation coefficient, which is the ratio between the transverse and longitudinal differential angle-of-arrival variances, and a slope structure-correlation coefficient, which is the ratio between the transverse and longitudinal differences of the slope correlation function and the slope structure function, to measure the power-law exponent of a phase power spectrum with a Shack-Hartmann wave-front sensor: The differential arrival-of-angle fluctuation coefficient and the slope structure-correlation coefficient are both related to power-law exponent beta and are independent of strength parameter rho(0) of the turbulence. We compare the methods developed and use them to evaluate beta in recently completed horizontal atmospheric experiments for 1000-m laser beam propagation.