PD法激光波前探测适应性问题的分析与消除

发布时间：2020-09-19 13:32

　　 为了探究激光的特性,激光波前探测是方法之一。基于PD法的激光波前探测具有系统简单,能检测连续变化和非连续变化的波前畸变等优点,然而在波前探测的过程中会受到诸多因素干扰,导致探测结果出现误差甚至错误,因此对PD法激光波前探测的适应性问题进行分析和消除有着重要意义。本文对波前探测过程中主要的误差因素进行适应性分析并给出了对应的误差消除方法,主要研究内容如下:(1)对PD法激光波前探测理论展开研究,在其理论基础上确定基于PD法激光波前探测的基本数学模型。采用无约束最优化方法求解未知的波前图像。(2)对PD法激光波前探测进行离焦量误差、图像噪声误差、图像配准误差和图像采样适应性分析和消除。针对离焦量误差问题,优化目标函数,并根据几何光学的知识直接求解离焦量;针对图像噪声误差问题,通过减去图像噪声基线的方式对图像进行预处理,并引入迭代参量对目标函数进行优化;针对图像配准误差问题,先对图像进行粗配准,之后使用基于最小二乘的曲面拟合与梯度结合的方法对图像进行精配准;针对图像采样问题,给出了Q_(min)≥2的采样条件。(3)进行波前探测仿真实验,验证本文误差消除算法的可行性。实验数据表明:对于离焦量误差,将优化目标函数法与计算离焦法相结合对离焦误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了0.06λ;对于图像噪声误差,将优化目标函数法与图像预处理法相结合对图像噪声误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了0.23λ;对于图像配准误差,将曲面拟合法与梯度法相结合对配准误差的消除效果最好,相比于未误差处理的波前残差RMS值平均优化了1.00λ。综合法波前探测的精度达到0.03λ,为激光波前探测的工程应用提供了技术支持。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN249
【部分图文】：

4图 1.1 论文主要内容结构图第 1 章：绪论。首先阐述对 PD 法激光波前探测适应性问题的分析与消除的研究背景和意义，然后论述 PD 法波前探测相关的误差消除方法的研究现状，最后对本文的研究内容做出具体的安排。

计算子光斑质心偏移的多少来实现的。随着夏克-哈特曼波前探测器的发可以对非相干成像系统也适用的相关哈特曼波前传感器。它的工作原理光斑的质心偏移来对波前进行探测，但不同的是它通过计算随机选定的像与在每个子孔径内被扩展的目标图像之间的相关程度来实现的。夏克-测器应用广泛的原因是具备了计算速度快、系统结构简单、能量利用率技术成熟等优点。但是，夏克-哈特曼波前探测器具有很多优点的同时也，比如在复原波前的结果中会存在采样误差以及截断误差，因此该类波测目标光强闪烁、空间频率较大的非连续像差时会受到一些局限性[16-18]

图 2.3 相位恢复法波前探测器原理图2.1.4 相位差法波前探测器PD 技术的基本原理是采集包含已知相位差异信息的一对图像，要求该对图曝光并且同时采集，之后用于迭代的优化模型要通过极大似然估计理论构建，合恢复目标图像和对波前相位信息进行探测。已知的相位差信息通常由焦面和之间的离焦量产生的光程差转换而得。图 2.4 为相位差法波前探测器原理图，CD1 和 CCD2 分别是焦面和离焦面的两个采像通道，采集图像的通道数量可以际的工程情况进行增加。目标发出的光束进入成像系统后，经分光棱镜在两个道上同时成像，将采集下来的一组离焦图像和已测得的离焦量作为已知条件结束最优化方法即可估计出波前的相位信息[24-25]。相位差法波前探测器的很多优点是其他波前探测器所没有的，比如它不存在路误差并且对目标没有太高要求，它既可以对点源目标进行波前探测也可以对标进行波前探测，除此之外它还具有光学系统简单，元件成本低廉等优点。与前探测器相同的是相位差法波前探测器也具有一些缺点，例如算法的复杂度高

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 毛巍;兰恒友;;无约束优化算法比较及其极值点研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2015年04期

2 郭广妍;樊仲维;余锦;葛文琦;康治军;唐熊忻;貊泽强;王昊成;石朝辉;;基于Shark-Hartmann理论的波前探测技术研究[J];应用光学;2014年05期

3 蒋华杰;;BFGS算法的最优化问题及在MATLAB中的实现[J];科技创新导报;2014年19期

4 刘敏时;王晓曼;景文博;王斌;;用于激光光束检测的夏克-哈特曼传感器参量设计[J];光学学报;2013年03期

5 吴顺秋;;BFGS和DFP法的最优化问题求解及在MATLAB中的实现[J];长沙大学学报;2012年05期

6 夏爱利;马彩文;;提高波前探测精度的高阶矩方法[J];红外与激光工程;2012年02期

7 杨慧珍;龚成龙;;一种基于瞳面相位差的波前传感器相位恢复[J];光学学报;2011年11期

8 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年03期

9 谢苏隆;;Zernike多项式拟合曲面中拟合精度与采样点数目研究[J];应用光学;2010年06期

10 杨佳文;黄巧林;韩友民;;Zernike多项式在拟合光学表面面形中的应用及仿真[J];航天返回与遥感;2010年05期

相关博士学位论文 前7条

1 徐梓浩;基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年

2 岳丹;基于相位差算法的拼接镜共相误差探测与图像复原的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

3 马鑫雪;基于焦面图像信息的波前探测技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

4 程强;基于PD方法的空间相机位相信息反演技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

5 罗群;相位差波前探测技术及其在拼接镜共相检测中的应用研究[D];国防科学技术大学;2012年

6 张楠;基于相位差异的地基望远镜图像恢复算法与GPU高速实现[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

7 李斐;相位差波前探测技术及其在图像恢复中的应用研究[D];国防科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前5条

1 苗璐;基于双数字相机的焦面图像复原技术研究[D];长春理工大学;2018年

2 张飞;基于新拟牛顿方程改进的一类BFGS算法及其收敛性分析[D];西安建筑科技大学;2017年

3 陈志伟;基于角谱传播的管道超声导波成像检测研究[D];江苏大学;2016年

4 李洋;基于光强传感的相位恢复方法与实验研究[D];西安电子科技大学;2014年

5 高越;相位差法扩展目标波前探测技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

本文编号：2822565