基于ADSP-TS101的实时波前处理技术研究

分析了TI和AD公司DSP的优缺点，将ADSP-TS101应用于自适应光学系统实时波前处理．搭建了实验平台。实验结果表明，ADSP-TS101可以进一步提高波前处理的实时性。     

多ADSP-TS201红外弱小目标实时 检测跟踪系统的硬件设计

介绍了红外弱小目标实时检测跟踪系统的硬件设计。重点介绍了系统中信号处理模块部分的设计,该部分采用Analog Device公司的600 MHz高性能数字信号处理器ADSP-TS201,四片ADSP-TS201以松耦方式互联,构成并行信号处理模块。该模块定点运算的峰值速度可达到19.2 GMAC(16Bit),浮点运算的峰值速度可达到14.4 GFLOPS。为完成对序列红外图像中弱小目标的实时检测跟踪处理提供了硬件平台。     

自适应光学系统波前处理技术

自适应光学是基于随机扰动理论、光波前重构理论的一个新兴光学分支,是光学、机械、微电子技术相互渗透、交叉的前沿学科。自适应光学系统核心器件之一的波前处理器研究,受到广泛重视。文章分析了自适应光学系统及波前传感技术．并对影响波前处理器性能的主要因素进行了研究。     

基于MOEMS的光学校正

研究了基于自适应光学的气动光学效应波前校正的方法;在现有自适应光学理论的基础上,构建了基于MOEMS的气动光学效应波前校正的关键技术;从理论层面上解释了该方法在高速制导系统中的可行性.     

基于液晶的波前校正器

波前校正是自适应光学的核心内容。基于液晶的波前校正器以其高分辨率,低功耗而引起越来越广泛的重视。本文主要介绍了液晶波前校正器的结构、基本原理、光学调制特性及其应用。     

机动式车载自适应光学波前处理器的设计

为满足机动式车载自适应光学系统的需求,设计了专用的波前处理器。该波前处理器采用波前处理主板、波前处理子板和DA转化板相结合的硬件架构,由光纤作为通信载体。在满足功能需求的同时提高了系统的可靠性;波前处理器是自适应光学系统闭环控制的运算中心,其运算延时直接影响系统的控制带宽。本文提出一种基于FPGA的多线流水自适应光学实时波前处理方法,实现了波前斜率计算、复原运算和控制运算。结果表明:对于两级精密跟踪,97个子孔径以及97单元变形镜的自适应光学系统,系统处理延时为506.25μs,满足系统1 500Hz的实时波前处理需求。     

行业信息与动态

自适应光学研究取得新成果中科院成都光电技术研究所经10余年潜心研究，在国家高技术863项目——自适应光学技术研究方面取得一系列具有世界领先水平的成果，使我国自适应光学技术及研究水平跃居世界前列。自适应光学是一整套对动态光学波前误差进行实时探测——控制——校正的全新技术，它也称“活光学”，能使受到外界因素（如大气湍流）干扰的光学系统（如大型天文望远镜）在工作时能自动克服瞬息万变的干扰因素，随时消除和校正由此引起的误差，从而始终清晰地“看到”目标。用技术行话就是“能实时地探测光学波前，并通过波前控制系统…     

自适应液晶透镜

一、引言自适应光学系统,尽管硬件的变化很大,但关键技术是对波前的感知能力和对波前畸变的修正能力。波前的感知能力取决于自适应判据、光电接收器灵敏度和信息处理技术,而波前畸变的修正能力则主要取决于光学波前的移相技术、可变形反射镜的灵敏度等。实验证明液晶透镜具有自适应聚焦能力。本文将描述自适应液晶透镜的基本原理、制作方法和实验分析。     

349单元自适应光学波前处理器

为了满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统校正频率和成像质量的要求,本文设计了一套349单元自适应光学波前处理系统,该系统在349单元变形镜自适应光学系统上实现了1 500Hz的波前校正频率。设计了以控制计算机、FPGA波前斜率处理器、GPU矩阵乘法处理器以及模块化数模转换机箱等作为主要部件的实时波前处理器,报道了349单元变形镜自适应光学系统对动态像差的闭环校正结果,实验中对模拟大气相干长度r_0为6cm,格林伍德频率为160Hz的大气湍流实现有效校正,自适应光学系统闭环后,波前像差的1 000帧平均均方根值由1.07λ(中心波长600nm,后同)下降至0.11λ。本文设计的349单元变形镜自适应光学系统能够在1 500Hz的波前校正频率下有较高的成像质量,波前处理延时优于235μs。功率谱分析结果表明自适应光学系统对100Hz以下的波前畸变具有明显的校正效果。     

我国自适应光学技术进入世界先进行列

<正> 中科院光电技术研究所不久前研制成功“21单元自适应光学星体目标成像补偿系统”,它使我国成为继美国、德国之后,第三个实现星体目标自适应光学校正的国家。由于大气湍流等动态干扰影响,象斑能量分散而且不断漂移,在地面上通过大型望远镜观察远方目标,分辨能力远达不到光学系统的理论值。这是困扰光学界的一个老问题。现代科技自适应光学的出现,为克服这一障碍提供了解决办法。自适应光学依靠实时波前传感器、高速     

LCOS人眼像差校正仪的系统控制实现

建立了一套基于LCOS校正器的人眼像差自适应校正系统,并为该系统编写了一套完整的控制软件。该系统采用哈特曼波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过PC计算处理后转化为灰度图,再通过PC把灰度图发送给LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过实测,系统波前误差得到大幅度降低。实测表明,该系统的控制软件算法可以实现低阶大像差情况下人眼视网膜高分辨率成像。     

Measurement of specimen-induced aberrations of biological samples using phase stepping interferometry

Confocal or multiphoton microscopes, which deliver optical sections and three‐dimensional (3D) images of thick specimens, are widely used in biology. These techniques, however, are sensitive to aberrations that may originate from the refractive index structure of the specimen itself. The aberrations cause reduced signal intensity and the 3D resolution of the instrument is compromised. It has been suggested to correct for aberrations in confocal microscopes using adaptive optics. In order to define the design specifications for such adaptive optics systems, one has to know the amount of aberrations present for typical applications such as with biological samples. We have built a phase stepping interferometer microscope that directly measures the aberration of the wavefront. The modal content of the wavefront is extracted by employing Zernike mode decomposition. Results for typical biological specimens are presented. It was found for all samples investigated that higher order Zernike modes give only a small contribution to the overall aberration. Therefore, these higher order modes can be neglected in future adaptive optics sensing and correction schemes implemented into confocal or multiphoton microscopes, leading to more efficient designs.     

人眼波前像差客观测量的研究

分析波动光学中人眼像差的产生机理和波前像差的表示方式。运用Zernike多项式表示人眼波前像差函数,研究Zernike多项式与人眼波像差的对应关系以及一些高级像差对人眼成像质量的影响。通过对自适应光学中Zernike多项式重建波前理论的研究,重点分析了应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼客观像差并用变形反射镜矫正人眼像差的解决方案。对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床价值。     

Exploration of the optimisation algorithms used in the implementation of adaptive optics in confocal and multiphoton microscopy

We report on the introduction of active optical elements into confocal and multiphoton microscopes in order to reduce the sample-induced aberration. Using a flexible membrane mirror as the active element, the beam entering the rear of the microscope objective is altered to produce the smallest point spread function once it is brought to a focus inside the sample. The conventional approach to adaptive optics, commonly used in astronomy, is to utilise a wavefront sensor to determine the required mirror shape. We have developed a technique that uses optimisation algorithms to improve the returned signal without the use of a wavefront sensor. We have investigated a number of possible optimisation methods, covering hill climbing, genetic algorithms, and more random search methods. The system has demonstrated a significant enhancement in the axial resolution of a confocal microscope when imaging at depth within a sample. We discuss the trade-offs of the various approaches adopted, comparing speed with resolution enhancement.     

Computer simulation of adaptive optics for laser systems in atmospheric applications

Software for computer simulations of adaptive optics systems for atmospheric laser applications designed on the basis of advanced parallel programming techniques is developed. The adaptive optics system model includes the emitting aperture geometry and beam propagation path scenario, vertical profiles of atmospheric parameters, fast parallel split-step Fourier algorithm for solving wave diffraction and propagation equations, time-dependent models of “frozen” atmospheric turbulence with a wide range of scales, and models of the wavefront sensor and controlled deformable mirror. The hardware system for computer simulations is an off-the-shelf desktop with a 6-core 12-thread Intel® Core? i7-970 CPU at the maximum frequency of 3.5 GHz and an NVIDIA® GeForce GTX 580 graphic accelerator with 512 universal processors operating at 1.5 GHz. Results of simulations of adaptive imaging and laser beam shaping, aimed at estimating the efficiency of adaptive optics systems on atmospheric paths are presented.     

子孔径合成光学成像系统像质评价研究

子孔径合成光学成像系统的出瞳波前是离散的,需要同时引入波象差和衍射光学理论,拟合最佳高斯参考球面,计算出瞳波前和波象差,并通过对像面的衍射积分,评估系统像质。对比了两种像质评估的方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参数拟合Zernike多项式衍射直接积分法计算像面复振幅分布,其二是对子出瞳波面衍射直接积分在像面的复振幅的叠加。设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统,在此基础上用ZYGO GPI XP干涉仪验证并对比了使用两种方法的对像质计算的特点。结果表明,子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高,但计算量大;在衍射限附近,前者的拟合精度也能满足像质的定性评估要求,且计算量较小。     

基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制

压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值,计算出PI逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。