基于相位差法的高精度和大动态范围像差测量研究

发布时间：2022-02-21 09:50

　　光学成像系统是人民生产生活中信息获取手段中最重要的手段之一。在遥感、图像处理等多个领域内蓬勃发展。光学系统是光学成像仪器的核心部分,其性能优劣直接决定成像质量。其中像差是光学系统仪器的内在特性,因此精确的像差测量是光学成像系统的重要环节。相位差法是一种应用广泛的像差测量方法,其光路简单易于搭建。采集数据较少,仅通过采集光学系统的一幅焦平面图像和一幅已知离焦距离的离焦面图像,来重建系统像差,和恢复目标物体的像。本文对已有的相位差法进行研究,通过对相位差法模型分析,提出了一种基于相位差法的大动态像差测量方法。该改进方法通过向相位差法的模型添加点状光源先验信息的正则化项,来对评价函数模型进行约束,在保证测量精度的前提下,提高了大动态像差测量的鲁棒性。在此基础上,本文阐述了该大动态像差测量方法的离散化实现方案和实现细节,并使用对该方法的模块化程序实现方案进行阐述。并且,针对待测像差动态范围较大等特点,提出了一种基于k均值聚类的稀疏迭代初始点的选择方法。该方法可以使得迭代初始点的分布更加稀疏与均匀,可以提高算法的求解效率。本论文对提出的改进像差测量方法进行数值仿真,并仿真在各类采集误差和噪声的影... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 相位差法的研究背景和意义
    1.2 相位差的发展与研究现状
    1.3 本文主要工作与内容概述
第二章 相位差法基本原理
    2.1 光学基本原理
        2.1.1 线性不变性质
        2.1.2 成像系统的像差模型
        2.1.3 光强分布模型
    2.2 相位差法基本原理
        2.2.1 相位差法介绍
        2.2.2 相位差法评价函数的推导
        2.2.3 相位差法的模型求解
    2.3 相位差法的求解方法
        2.3.1 基于梯度的优化算法
        2.3.2 全局优化方法
        2.3.3 迭代步长的线性搜索方法
        2.3.4 小结
    2.4 小结
第三章 基于改进相位差法的像差测量实现
    3.1 基于点目标先验信息的相位差模型改进
        3.1.1 相位差法模型的正则化改进方法介绍
        3.1.2 基于点目标先验信息的正则化改进
    3.2 基于改进相位差法的大动态范围像差测量实现
        3.2.1 改进相位差法离散化实现
        3.2.2 基于k-means聚类的迭代初始点的稀疏方案
        3.2.3 改进相位差法的程序实现
    3.3 小结
第四章 改进相位差法的仿真实验
    4.1 仿真和实验参数设置
        4.1.1 待测像差的仿真参数
        4.1.2 退化图像的仿真方法
        4.1.3 相位差异的引入量分析
    4.2 改进相位差法像差测量仿真方案分析
        4.2.1 误差与噪声的衡量标准
        4.2.2 误差、噪声模型分析
        4.2.3 误差与噪声的仿真方案
    4.3 改进相位差法的误差与噪声仿真实验
        4.3.1 噪声仿真实验
        4.3.2 离焦量误差仿真实验
        4.3.3 配准误差实验
        4.3.4 图像曝光度对测量精度影响实验
    4.4 小结
第五章 改进相位差法的光学验证实验
    5.1 重要光学仪器介绍
        5.1.1 相机与光源介绍
        5.1.2 空间光调制器介绍
    5.2 光路搭建介绍
        5.2.1 光路图描述
        5.2.2 光路搭建过程
    5.3 实验数据采集与结果分析
        5.3.1 系统误差的消除与光强调节
        5.3.2 实验结果展示及分析
    5.4 小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Tikhonov正则化图像重建算法[J]. 温丽梅,周苗苗,李明,马敏.  计量学报. 2018(05)
[2]无约束优化之线性搜索技术研究[J]. 谢士春.  兰州文理学院学报(自然科学版). 2018(02)
[3]相位差异法探测波前的误差分析及消除方法[J]. 岳丹,徐抒岩,聂海涛,马宏财,刘南南.  光学学报. 2016(01)
[4]相位差法波前传感系统自身误差的分析及消除方法[J]. 李斐,饶长辉.  强激光与粒子束. 2011(03)
[5]基于遗传算法的改进相位差法波前误差传感技术研究[J]. 梁士通,杨建峰,薛彬.  光学学报. 2010(04)
[6]波前相位差法探测器的设计[J]. 于学刚,刘忠,金振宇,杨磊.  天文研究与技术. 2010(01)
[7]离焦量误差对相位差法波前重构的影响[J]. 杨磊,刘忠,金振宇,于学刚.  天文研究与技术. 2009(01)
[8]利用相位差法测量望远镜像差[J]. 李强,沈忙作.  光学学报. 2007(09)
[9]基于相位差法的波前检测技术[J]. 李强,沈忙作.  光电工程. 2006(11)
[10]狄拉克（Dirac）函数及其应用[J]. 陈端.  林区教学. 2003(05)

博士论文
[1]基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D]. 徐梓浩.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
[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]基于PD方法的空间相机位相信息反演技术研究[D]. 程强.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013

硕士论文
[1]相位差波前探测技术的研究及其在弱目标重建中的改进[D]. 于洪丽.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2016



本文编号：3637007