位相差异波前传感及其在空间目标成像中的应用研究
发布时间：2021-08-30 19:24
位相差异波前传感技术（Phase Diversity Wave-front Sensing Technique,PD）是位相恢复波前传感技术的一种,该技术能够从同一目标场景的至少两幅图像中提取出关于目标和波前位相的信息,而两幅图像之间只需要存在一个已知的位相差异即可。对比之下,PD技术不依赖于大气统计特性,也不需要参考目标,用于波前传感的光学成像系统简单,所需附加硬件少,故减小了所引入系统的误差,每个光子都可以被用于正常成像和波前误差的估计,波前计算与图像内容无关且适用于点目标及扩展目标。PD技术的这些优势使得在轨监测空间相机的波前状态成为可能,并为空间相机进行空间目标探测成像提供了有力的技术支持。本文基于PD的技术优势进行了理论仿真、算法改进和外场实验验证,并取得了一定的研究成果。论文的研究内容和研究成果主要包括如下:第一,针对PD技术对误差因素的敏感性问题展开适应性分析。基于Matlab完成PD在理想情况和噪声情况下的代价函数的编写,并在代价函数中引入正则项,提高算法的收敛速度;然后,编写BFGS寻优算法,实现高精度的波前复原和高质量的图像重构。随后,对影响PD适用性范围的五类误差...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成像系统的普遍模型
位相差异波前传感及其在空间目标成像中的应用研究10式（2.15）中，W,η表示实际出射波面与理想波面间的光程偏差，它被称之波前畸变。2.3泽尼克多项式介绍对于空间相机光学系统的像差，一般可以用光学波前来定量描述。而在各种近似表示中，由于泽尼克多项式中的每一项的像差表示意义明确，因此它目前被广泛应用于各种商业数字干涉仪和光学设计软件用于表征光学成像系统中的波前畸变[45][46]。泽尼克多项式既可以用极坐标系表示也可以用笛卡尔坐标系表示。在极坐标系中，其具有径向和角向两个分量，如图2.2所示：图2.2泽尼克多项式径向和角向分量Figure2.2Zernikepolynomialradialandangularcomponents泽尼克多项式的表示为下式所示：eveni2(n1),(r)cos(m)mnZ（）=Rrm0oddi2(n1),(r)sin(m)mnZ（）=Rrm0…(2.16)0in1,(r)nrZ（）=Rm0
位相差异波前传感及其在空间目标成像中的应用研究12上表2.1给出了n从0到4对应的标准泽尼克多项式在极坐标系中的表达式以及其对应的光学波前畸变的物理意义。下图2.3给出了前15项（共五阶）泽尼克多项式对应的波面图。图2.3前15项泽尼克多项式对应波面图Figure2.3Thefirst15Zernikepolynomialwavediagrams2.4位相差异波前传感技术位相差异波前传感技术的原理示意图如下图2.4所示。来自待探测目标的入射光经大气湍流和含波前畸变的光学成像系统退化后，经分束镜分为两束光波，一束光波被正焦位置的成像CCD接收并采集成像、另外一束被引入已知像差的成像CCD接收并采集图像。在本原理示意图中，选择离焦作为引入的像差类型，因为一方面是离焦的图像容易获得，另一方面在于可以准确地控制引入的离焦量的大小Z。
【参考文献】：
期刊论文
[1]位相差异波前传感技术在大型空间光学相机中的应用[J]. 赵惠,易红伟,樊学武,李创,邹刚毅,庞志海,任国瑞,赵燕,李爱玲,魏静萱,解晓蓬. 光子学报. 2017(01)
[2]基于非局部贝叶斯的泊松图像去噪算法[J]. 张芳,郭春生. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]基于遗传算法的相位差法波前检测piston误差[J]. 曹芳,赵继勇,吴桢. 天文研究与技术. 2011(04)
[4]空间光学成像系统波像差的位相差异估计方法[J]. 易红伟,李英才,马臻,李旭阳. 光子学报. 2009(10)
[5]相位变更方法发展简述[J]. 王欣,赵达尊,毛珩,王潇. 光学技术. 2009(03)
[6]曲率波前传感器探测高斯光束时的信号误差[J]. 沈洪斌,孙玉杰,张雏,沈学举,黄富瑜,李刚. 应用光学. 2009(03)
[7]利用四棱锥传感器检测光学拼接镜的法向光程差[J]. 朱能鸿,陈欣扬,周丹,曹建军. 传感技术学报. 2009(03)
[8]径向剪切干涉仪[J]. 冯胜,吴健,郑春燕. 红外与激光工程. 2008(S3)
[9]基于相位差法的光学综合孔径望远镜失调检测技术[J]. 曹芳,吴桢,朱永田. 天文研究与技术. 2008(03)
[10]自适应光学系统中的波前曲率传感技术[J]. 沈洪斌,张雏,沈学举,黄富瑜,阎宗群,吴健,国涛. 光机电信息. 2008(07)
博士论文
[1]基于波前编码的光学成像系统像差钝化技术研究[D]. 史要涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]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]. 岳丹.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]波前编码技术中的图像复原研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[4]用于景深延拓的非旋转对称相位板特性研究与新的设计[D]. 赵惠.浙江大学 2009
硕士论文
[1]稀疏模型在波前编码成像系统中的应用[D]. 兰顺.浙江大学 2017
[2]TMA空间相机连接可靠性设计[D]. 邓平.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]相位差法扩展目标波前探测技术的研究[D]. 高越.哈尔滨工业大学 2012
[4]图像高斯噪声及椒盐噪声去噪算法研究[D]. 孙海英.复旦大学 2012
[5]图像去噪的非局部方法研究[D]. 许娟.南京理工大学 2009
本文编号：3373362
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成像系统的普遍模型
位相差异波前传感及其在空间目标成像中的应用研究10式（2.15）中，W,η表示实际出射波面与理想波面间的光程偏差，它被称之波前畸变。2.3泽尼克多项式介绍对于空间相机光学系统的像差，一般可以用光学波前来定量描述。而在各种近似表示中，由于泽尼克多项式中的每一项的像差表示意义明确，因此它目前被广泛应用于各种商业数字干涉仪和光学设计软件用于表征光学成像系统中的波前畸变[45][46]。泽尼克多项式既可以用极坐标系表示也可以用笛卡尔坐标系表示。在极坐标系中，其具有径向和角向两个分量，如图2.2所示：图2.2泽尼克多项式径向和角向分量Figure2.2Zernikepolynomialradialandangularcomponents泽尼克多项式的表示为下式所示：eveni2(n1),(r)cos(m)mnZ（）=Rrm0oddi2(n1),(r)sin(m)mnZ（）=Rrm0…(2.16)0in1,(r)nrZ（）=Rm0
位相差异波前传感及其在空间目标成像中的应用研究12上表2.1给出了n从0到4对应的标准泽尼克多项式在极坐标系中的表达式以及其对应的光学波前畸变的物理意义。下图2.3给出了前15项（共五阶）泽尼克多项式对应的波面图。图2.3前15项泽尼克多项式对应波面图Figure2.3Thefirst15Zernikepolynomialwavediagrams2.4位相差异波前传感技术位相差异波前传感技术的原理示意图如下图2.4所示。来自待探测目标的入射光经大气湍流和含波前畸变的光学成像系统退化后，经分束镜分为两束光波，一束光波被正焦位置的成像CCD接收并采集成像、另外一束被引入已知像差的成像CCD接收并采集图像。在本原理示意图中，选择离焦作为引入的像差类型，因为一方面是离焦的图像容易获得，另一方面在于可以准确地控制引入的离焦量的大小Z。
【参考文献】：
期刊论文
[1]位相差异波前传感技术在大型空间光学相机中的应用[J]. 赵惠,易红伟,樊学武,李创,邹刚毅,庞志海,任国瑞,赵燕,李爱玲,魏静萱,解晓蓬. 光子学报. 2017(01)
[2]基于非局部贝叶斯的泊松图像去噪算法[J]. 张芳,郭春生. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]基于遗传算法的相位差法波前检测piston误差[J]. 曹芳,赵继勇,吴桢. 天文研究与技术. 2011(04)
[4]空间光学成像系统波像差的位相差异估计方法[J]. 易红伟,李英才,马臻,李旭阳. 光子学报. 2009(10)
[5]相位变更方法发展简述[J]. 王欣,赵达尊,毛珩,王潇. 光学技术. 2009(03)
[6]曲率波前传感器探测高斯光束时的信号误差[J]. 沈洪斌,孙玉杰,张雏,沈学举,黄富瑜,李刚. 应用光学. 2009(03)
[7]利用四棱锥传感器检测光学拼接镜的法向光程差[J]. 朱能鸿,陈欣扬,周丹,曹建军. 传感技术学报. 2009(03)
[8]径向剪切干涉仪[J]. 冯胜,吴健,郑春燕. 红外与激光工程. 2008(S3)
[9]基于相位差法的光学综合孔径望远镜失调检测技术[J]. 曹芳,吴桢,朱永田. 天文研究与技术. 2008(03)
[10]自适应光学系统中的波前曲率传感技术[J]. 沈洪斌,张雏,沈学举,黄富瑜,阎宗群,吴健,国涛. 光机电信息. 2008(07)
博士论文
[1]基于波前编码的光学成像系统像差钝化技术研究[D]. 史要涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]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]. 岳丹.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]波前编码技术中的图像复原研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[4]用于景深延拓的非旋转对称相位板特性研究与新的设计[D]. 赵惠.浙江大学 2009
硕士论文
[1]稀疏模型在波前编码成像系统中的应用[D]. 兰顺.浙江大学 2017
[2]TMA空间相机连接可靠性设计[D]. 邓平.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]相位差法扩展目标波前探测技术的研究[D]. 高越.哈尔滨工业大学 2012
[4]图像高斯噪声及椒盐噪声去噪算法研究[D]. 孙海英.复旦大学 2012
[5]图像去噪的非局部方法研究[D]. 许娟.南京理工大学 2009
本文编号：3373362
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3373362.html
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