帧频2900Hz的高速实时波前处理机

波前处理机是自适应光学系统波前处理运算的中心 ,其运算延时直接影响系统的控制带宽。在 6 1单元自适应光学系统中 ,我们根据采样频率 2 90 0 Hz的Hartmann波前传感器输出信号的特点 ,采用流水和并行处理技术 ,用 1 2片TMS32 0 C5 0和 5片 TMS32 0 C31处理器 ,研制了我国首台峰值运算速度达 8.5亿次/秒的专用高速实时数字波前处理机 ,满足了系统的实时性要求。     

基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理机设计

针对自适应光学系统对波前处理机高计算量、高实时性的要求,本文提出了一种基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理方法.该方法将脉动阵列的概念引入波前处理机设计,完成了波前斜率计算、复原运算和控制运算向脉动阵列的映射,合理地建立了数据的深度流水线,同时分析了以FPGA技术实现时系统的计算延时.对于48个子孔径,61单元的自适应光学系统,以一片Xilinx Virex-Ⅱ XC2V3000芯片实现了基于脉动阵列的实时波前处理机,实验测得计算延时仅8.6μs,结果表明该方法能极大地提高系统的实时性,集成度、通用性和扩展性.     

基于控制流的实时波前复原脉动阵列

波前复原算法是自适应光学波前信号处理的中枢部分.针对波前复原算法计算量大、算法简单规则的特点,本文研究了波前复原部分的并行算法以及复原矩阵的子孔径行系数簇变换和循环矩阵分解法,同时建立了基于控制流的波前复原脉动阵列.针对一套128单元自适应光学系统,进行了基于控制流波前复原脉动阵列和传统复原脉动阵列的实验研究,实验结果表明基于控制流的波前复原脉动阵列在实时性上略逊于传统脉动复原阵列,资源占用仅为传统脉动复原阵列的几十到几百分之一.     

37单元自适应光学系统实时波前处理

讨论了３７单元自适应光学系统中子孔径排布、ＣＣＤ相机的图象输出方式及波前处理算法的特点，并介绍了针对系统中帧频为３８０／秒的波前探测器研制的用５片ＴＭＳ３２０Ｃ２５并行处理的、峰值运算速度达１亿次／秒的高速数字处理器－波前处理机的原理和实现。该机对一帧图象的采集和处理延时为３．４ｍｓ。     

基于B样条函数的快速波前复原

从斜率复原波前是夏克-哈特曼波前传感器这一类斜率采样探测器的核心流程.传统的复原算法中,区域法对局部波前的复原效果好,但易受斜率噪声的影响,同时空间分辨率较低;模式法抗噪能力强,但没有精确复原局部波前的能力.本文提出了基于B样条函数的快速复原算法,将波前展开为B样条曲面的线性组合,并将复原问题从斜率最小二乘问题转化为泊...     

超声全息图的复原和一实验系统

本文叙述了超声波全息成像的数学模型、超声远场波分布的记录方法,以及从数字图像复原和增强的观点,给出了复原起声图像的最佳估计模型与算法。文中还例举了一个小型超声全息记录成像系统,分析了其主要参数的作用。实验过程中得到了很好的原始数据与复原的图象,并给出了处理的图片。     

基于FPGA技术的波前斜率处理方法

以61单元自适应光学系统中的高速实时波前处理机为例，分析了传统基于DSP的波前斜率处理方法的优缺点，提出了一种基于FPGA技术，采用单像素控制的新型波前斜率处理方法，该方法可以使得波前斜率处理机的实时性更强，体积更小，并能适用于不同子孔径布局和不同子孔径数的自适应光学系统。     

浅谈低分辨率图像的核回归复原处理的运用体会

刑事图像检验工作中,图像或图像内目标低分辨率问题是普遍存在的,而简单的插值处理放大后得不到较好图像或图像轮廓。核回归复原处理可以较好解决这一问题,但在实际应用中存在运算速度慢和处理效果非万能的问题,并需要配合多种增强方式处理才能取得较好效果。本文简单介绍笔者的一些体会,希望核回归复原处理能被刑事图像检验工作者广泛运用。     

基于VxWorks的软件无线电硬件平台的设计

通过对软件无线电体系结构中的实时操作系统的分析，选用了性能可靠、实时性好的VxWorks作为系统的实时操作系统．然后构建了基于多DSP处理器4通道软件无线电硬件平台．使软件无线电的运算能力达到12 000 MFLOPS，很好地满足了系统的运算速度的要求．整个系统具有处理数据量大、传输速度快、实时性好、可扩展性好等诸多优点．     

基于相位差异的图像复原方法

相位差异法利用焦面和离焦通道图像存在的固定离焦相位差为先验信息,联合估计波前相位和目标.本文设计了相位差异图像复原实验,利用变形镜模拟大气湍流扰动,通过Offner反射镜搭建反射式成像系统,消除了色差影响和简化了实验光路.实验结果表明,恢复后图像的分辨率提高了12%,验证了相位差异法提高图像分辨率和解算波前相位的能力.因此该方法是大口径光电成像系统克服波前畸变较为理想的图像恢复技术.     

基于哈特曼波前探测的流场层析重建系统仿真

基于哈特曼波前探测的流场层析重建技术结合了光学波前探测技术和计算机层析技术。重建系统由哈特曼传感器探测平行光束穿过流场后的投影波前,采用计算机层析技术重建流场物理量的空间分布。在介绍哈特曼流场层析重建原理的基础上,对流场重建的整个过程进行了计算机仿真,重建的RMS误差为0.0726。结果表明,该技术可以很好地实现流场的层析重建,在材料、流场研究等工程实际测量中具有良好的应用前景。     

基于绝对差分算法的相关HS波前处理机设计

在太阳自适应光学系统中,通常采用绝对差分或者互相关因子算法进行哈特曼波前探测.本文给出了一种基于绝对差分算法的相关HS(Hartmann-Shack)波前处理机的设计结果.针对子孔径阵列呈6×6方形排布,单个子孔径大小为32 pixels×32 pixels,参考模板大小为16 pixels×16 pixels的相关HS渡前传感器,采用绝对差分算法在单片FPGA内实现了对波前的实时处理.实验结果表明,该处理机峰值运算量超过230亿次/s,系统延时120μs,能够满足1 000 Hz的CCD采样要求.本设计在单片FPGA内实现,具有成本低、易维护、集成度高的特点.     

基于条纹反射的镜面测量及三维重建算法分析

本文详细介绍了依据条纹反射术测量镜面,类镜面的原理和方法,分析了经由梯度数据重建三维面形的主要算法和关键问题.通过计算机模拟和波面实际测量,对十字路径积分法、傅里叶变换积分法和区域波前重构法三种主要算法的重建精度进行了对比研究.研究表明:区域波前重构法不但对高频噪声有较强的抑制作用,同时也可以处理复杂的连通区域和非等间距分布梯度数据的复杂情况,因此更适用于基于条纹反射术的波面测量.     

网格投影式立体视觉三维表面重建系统

提出了一种基于立体视觉的三维表面重建的新方法。该方法以立体视觉为基础,结合网格投影,把被动的立体视觉与主动的非结构光网格投影相结合,采用一种算法简单的由粗到精网格图像立体匹配方法,有效地解决了常用的立体视觉系统中存在的算法复杂、处理时间长、容易产生误匹配等问题。基于该方法的三维表面重建系统具有结构简单、操作方便、数据采集速度快、实时性强等优点。实验结果表明该系统能够有效地对三维表面,特别是对无明显特征的光滑自由三维曲面进行重建。     

Large-scale wave-front reconstruction for adaptive optics systems by use of a recursive filtering algorithm

We propose a new recursive filtering algorithm for wave-front reconstruction in a large-scale adaptive optics system. An embedding step is used in this recursive filtering algorithm to permit fast methods to be used for wave-front reconstruction on an annular aperture. This embedding step can be used alone with a direct residual error updating procedure or used with the preconditioned conjugate-gradient method as a preconditioning step. We derive the Hudgin and Fried filters for spectral-domain filtering, using the eigenvalue decomposition method. Using Monte Carlo simulations, we compare the performance of discrete Fourier transform domain filtering, discrete cosine transform domain filtering, multigrid, and alternative-direction-implicit methods in the embedding step of the recursive filtering algorithm. We also simulate the performance of this recursive filtering in a closed-loop adaptive optics system.     

Multilevel quality-guided phase unwrapping algorithm for real-time three-dimensional shape reconstruction

A multilevel quality-guided phase unwrapping algorithm for real-time 3D shape measurement is presented. The quality map is generated from the gradient of the phase map. Multilevel thresholds are used to unwrap the phase level by level. Within the data points in each level, a fast scan-line algorithm is employed. The processing time of this algorithm is approximately 18.3 ms for an image size of 640x480 pixels in an ordinary computer. We demonstrate that this algorithm can be implemented into our real-time 3D shape measurement system for real-time 3D reconstruction. Experiments show that this algorithm improves the previous scan-line phase unwrapping algorithm significantly although it reduces its processing speed slightly.     

Adaptive optics with advanced phase-contrast techniques. II. High-resolution wave-front control

A wave-front control paradigm based on gradient-flow optimization is analyzed. In adaptive systems with gradient-flow dynamics, the output of the wave-front sensor is used to directly control high-resolution wavefront correctors without the need for wave-front phase reconstruction (direct-control systems). Here, adaptive direct-control systems with advanced phase-contrast wave-front sensors are analyzed theoretically, through numerical simulations, and experimentally. Adaptive system performance is studied for atmospheric-turbulence-induced phase distortions in the presence of input field intensity scintillations. The results demonstrate the effectiveness of this approach for high-resolution adaptive optics.     

基于DSP技术的钢管内直径及内表面检测

提出了一种新的检测钢管内直径及内表面质量的方法。该方法采用高分辨力面阵CCD成像, 通过数字信号处理(DSP)系统进行图像采集,图像处理及计算。该方法速度快,精度高,实时性好,可以有效地检测钢管内表面的各种缺陷及钢管内直径。采用像素细分技术,测量精度可达0.05mm。     

Adaptive optics with four laser guide stars: correction of the cone effect in large telescopes

We study the performance of an adaptive optics (AO) system with four laser guide stars (LGSs) and a natural guide star (NGS). The residual cone effect with four LGSs is obtained by a numerical simulation. This method allows the adaptive optics system to be extended toward the visible part of the spectrum without tomographic reconstruction of three-dimensional atmospheric perturbations, resolving the cone effect in the visible. Diffraction-limited images are obtained with 17-arc ms precision in median atmospheric conditions at wavelengths longer than 600 nm. The gain achievable with such a system operated on an existing AO system is studied. For comparison, performance in terms of achievable Strehl ratio is also computed for a reasonable system composed of a 40 x 40 Shack-Hartmann wave-front sensor optimized for the I band. Typical errors of a NGS wave front are computed by use of analytical formulas. With the NGS errors and the cone effect, the Strehl ratio can reach 0.45 at 1.25 microm under good-seeing conditions with the Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS; a 14 x 14 subpupil wave-front sensor) at the Very Large Telescope and 0.8 with a 40 x 40 Shack-Hartmann wave-front sensor.