基于GPU的分布式全息孔径数字共相技术研究
发布时间：2021-11-13 08:22
高分辨率是衡量成像系统最重要的性能指标之一。传统光学成像系统主要是通过增大系统口径来提高成像分辨率,但是受限于光学加工、制造费用、体积重量、支撑结构等因素,单口径成像系统很难进一步增大口径。分布式孔径成像系统利用多个紧密或者稀疏排布的小孔径,通过共相技术将各个小孔径之间的像差控制在足够小的范围,使系统的成像分辨率等效于单一大口径系统的成像分辨率。相比单口径成像系统,分布式孔径成像系统在降低工艺难度的同时也减轻了重量、体积,但是如何实时探测和校正子孔径的共相误差极具技术挑战。在远距离分布式孔径成像系统中,大气湍流和系统装配误差等因素,使得成像系统中存在孔径内高阶泽尼克像差、孔径间的位置失配误差以及孔径间低阶泽尼克像差,这些误差会严重降低孔径综合成像质量。目前大多数分布式孔径成像系统采用光学共相技术,即利用自适应光学技术探测和校正子孔径的共相误差,在光域上实现各个子孔径信号相干叠加。它的缺陷在于不仅需要大量的中继光学系统实现不同子孔径光束的合束,还需要专门的像差测量和校正装置控制光束干涉前的共相误差。光学共相系统结构非常复杂,且易受到外界扰动的影响。随着电子信息技术的进步,数字化分布式孔径...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Keck望远镜拼接主镜示意图
第1章绪论3图像分辨率。分布式孔径望远镜的优点是避免了拼接主镜式望远镜的子镜加工精度、支撑结构、系统稳定性等问题。欧洲南方天文台建立的甚大望远镜（Verylargetelescopeinterferometer，VLTI）[15]、Lockheedmartin公司报道的Star-9望远镜[16]均采用分布式孔径成像模式。分布式孔径望远镜需要复杂的光学系统进行合束。此外针对大气湍流等带来的像差等问题，仍然需要自适应光学系统来实现波前畸变的闭环校正，从而导致成像系统结构复杂。为了解决分布式孔径望远镜的缺点，科学家们提出一种新型的分布式孔径数字成像系统。1.2分布式孔径数字成像系统1.2.1分布式孔径成像的共相技术分布式孔径成像要求各子孔径像差在十分之一波长以内。传统的分布式孔径成像系统采用的是光学共相技术，如图1.2（a）所示。图1.2不同共相方式的分布式孔径成像系统(a).光学共相(b).数字共相Figure1.2Distributedapertureimagingsystemwithdifferentcommonphasemodes(a).Opticalcommonphase(b).Digitalcommonphase光学共相技术是利用大量光学中继元件进行分布式孔径共相的一种共相技(a)(b)
第1章绪论52007年Marron等人[21]进行了室内分布式9孔径成像系统的研究，如图1.3所示，9孔径成“Y”型排布。针对大气湍流和系统装配误差引起的孔径内像差和孔径间像差，该系统采用基于图像性能指标优化的方法来校正这些像差[22-24]。此外，该团队又对室外0.5千米静态目标进行了分布式6孔径综合数字成像。实验结果表明分布式综合成像效果要优于单孔经成像效果，从而验证了基于图像性能指标优化技术的可行性。图1.3分布式9孔径望远镜Figure1.3distributed9aperturetelescope2012年Gunturk和Miller等人[25]利用图像处理领域技术，使用基于傅立叶变换和极坐标变换的多域校正方法，并进行仿真验证。具体像差校正方法如图1.4所示。图1.4多域校正方法示意图Figure1.4Schematicdiagramofmulti-domaincorrectionmethod针对孔径间位置失配误差，该方法将直角坐标系下的孔径间旋转转换为极坐标系下的角度位移，再利用图像指标优化的方法进行角度位移的校正，同理，利用傅立叶变换将时域的平移误差转换为频域的piston/tip/tilt误差，再利用图像指标优化的方法进行平移误差校正。此外，针对孔径内像差、孔径间像差，同样使
【参考文献】：
期刊论文
[1]大视场高分辨率数字全息成像技术综述[J]. 张文辉,曹良才,金国藩. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]基于C++语言与OpenCV的分布式孔径成像系统设计[J]. 孙天齐,陈波. 物联网技术. 2017(12)
[3]远距离数字离轴全息中基于图像指标优化的相位误差校正方法[J]. 杨旭,陈波,李小阳,孙天齐. 激光杂志. 2017(04)
[4]计算机图形处理器加速的光学航空影像正射校正[J]. 全吉成,王平,王宏伟. 光学精密工程. 2016(11)
[5]远距离数字离轴全息系统设计和实验分析[J]. 杨旭,陈波,李小阳,孙天齐. 激光杂志. 2016(10)
[6]相干光照明主动成像波前畸变的数字式快速校正[J]. 陈波,杨靖,李新阳,杨旭,李小阳. 红外与激光工程. 2016(07)
[7]波前曲率传感自适应光学两种闭环控制方法的对比[J]. 陈波,杨靖,李新阳,李小阳,杨旭. 光学学报. 2016(03)
[8]波前曲率传感自适应光学的模式型控制技术[J]. 陈波,杨靖,李新阳,李小阳,杨旭. 光学学报. 2016(02)
[9]非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究[J]. 郭小乐,万玉红,满天龙,刘增华. 中国激光. 2014(11)
[10]基于CUDA并行的全球海洋表面温度场等值线提取算法研究[J]. 钱宸,杜震洪,曹润洲,张丰,刘仁义. 浙江大学学报(理学版). 2014(01)
博士论文
[1]数字全息图再现像的增强及应用研究[D]. 黄晓辉.新疆大学 2018
[2]光学合成孔径成像系统的共相探测技术研究[D]. 李杨.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[3]基于计算全息的拼接式大口径光学系统检测与共相技术研究[D]. 彭建涛.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[4]光场成像技术研究[D]. 周志良.中国科学技术大学 2012
[5]激光相控阵中的优化式自适应光学研究[D]. 王小林.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]分布式孔径数字全息综合成像技术[D]. 杨旭.华北理工大学 2017
[2]数字全息图重建像的噪声抑制方法研究[D]. 赵媛媛.新疆大学 2016
[3]分布式孔径探测技术研究[D]. 张开锋.国防科学技术大学 2008
[4]高分辨率激光成像技术研究[D]. 王艳平.电子科技大学 2006
本文编号：3492683
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Keck望远镜拼接主镜示意图
第1章绪论3图像分辨率。分布式孔径望远镜的优点是避免了拼接主镜式望远镜的子镜加工精度、支撑结构、系统稳定性等问题。欧洲南方天文台建立的甚大望远镜（Verylargetelescopeinterferometer，VLTI）[15]、Lockheedmartin公司报道的Star-9望远镜[16]均采用分布式孔径成像模式。分布式孔径望远镜需要复杂的光学系统进行合束。此外针对大气湍流等带来的像差等问题，仍然需要自适应光学系统来实现波前畸变的闭环校正，从而导致成像系统结构复杂。为了解决分布式孔径望远镜的缺点，科学家们提出一种新型的分布式孔径数字成像系统。1.2分布式孔径数字成像系统1.2.1分布式孔径成像的共相技术分布式孔径成像要求各子孔径像差在十分之一波长以内。传统的分布式孔径成像系统采用的是光学共相技术，如图1.2（a）所示。图1.2不同共相方式的分布式孔径成像系统(a).光学共相(b).数字共相Figure1.2Distributedapertureimagingsystemwithdifferentcommonphasemodes(a).Opticalcommonphase(b).Digitalcommonphase光学共相技术是利用大量光学中继元件进行分布式孔径共相的一种共相技(a)(b)
第1章绪论52007年Marron等人[21]进行了室内分布式9孔径成像系统的研究，如图1.3所示，9孔径成“Y”型排布。针对大气湍流和系统装配误差引起的孔径内像差和孔径间像差，该系统采用基于图像性能指标优化的方法来校正这些像差[22-24]。此外，该团队又对室外0.5千米静态目标进行了分布式6孔径综合数字成像。实验结果表明分布式综合成像效果要优于单孔经成像效果，从而验证了基于图像性能指标优化技术的可行性。图1.3分布式9孔径望远镜Figure1.3distributed9aperturetelescope2012年Gunturk和Miller等人[25]利用图像处理领域技术，使用基于傅立叶变换和极坐标变换的多域校正方法，并进行仿真验证。具体像差校正方法如图1.4所示。图1.4多域校正方法示意图Figure1.4Schematicdiagramofmulti-domaincorrectionmethod针对孔径间位置失配误差，该方法将直角坐标系下的孔径间旋转转换为极坐标系下的角度位移，再利用图像指标优化的方法进行角度位移的校正，同理，利用傅立叶变换将时域的平移误差转换为频域的piston/tip/tilt误差，再利用图像指标优化的方法进行平移误差校正。此外，针对孔径内像差、孔径间像差，同样使
【参考文献】：
期刊论文
[1]大视场高分辨率数字全息成像技术综述[J]. 张文辉,曹良才,金国藩. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]基于C++语言与OpenCV的分布式孔径成像系统设计[J]. 孙天齐,陈波. 物联网技术. 2017(12)
[3]远距离数字离轴全息中基于图像指标优化的相位误差校正方法[J]. 杨旭,陈波,李小阳,孙天齐. 激光杂志. 2017(04)
[4]计算机图形处理器加速的光学航空影像正射校正[J]. 全吉成,王平,王宏伟. 光学精密工程. 2016(11)
[5]远距离数字离轴全息系统设计和实验分析[J]. 杨旭,陈波,李小阳,孙天齐. 激光杂志. 2016(10)
[6]相干光照明主动成像波前畸变的数字式快速校正[J]. 陈波,杨靖,李新阳,杨旭,李小阳. 红外与激光工程. 2016(07)
[7]波前曲率传感自适应光学两种闭环控制方法的对比[J]. 陈波,杨靖,李新阳,李小阳,杨旭. 光学学报. 2016(03)
[8]波前曲率传感自适应光学的模式型控制技术[J]. 陈波,杨靖,李新阳,李小阳,杨旭. 光学学报. 2016(02)
[9]非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究[J]. 郭小乐,万玉红,满天龙,刘增华. 中国激光. 2014(11)
[10]基于CUDA并行的全球海洋表面温度场等值线提取算法研究[J]. 钱宸,杜震洪,曹润洲,张丰,刘仁义. 浙江大学学报(理学版). 2014(01)
博士论文
[1]数字全息图再现像的增强及应用研究[D]. 黄晓辉.新疆大学 2018
[2]光学合成孔径成像系统的共相探测技术研究[D]. 李杨.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[3]基于计算全息的拼接式大口径光学系统检测与共相技术研究[D]. 彭建涛.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[4]光场成像技术研究[D]. 周志良.中国科学技术大学 2012
[5]激光相控阵中的优化式自适应光学研究[D]. 王小林.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]分布式孔径数字全息综合成像技术[D]. 杨旭.华北理工大学 2017
[2]数字全息图重建像的噪声抑制方法研究[D]. 赵媛媛.新疆大学 2016
[3]分布式孔径探测技术研究[D]. 张开锋.国防科学技术大学 2008
[4]高分辨率激光成像技术研究[D]. 王艳平.电子科技大学 2006
本文编号：3492683
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