CCD视频信号处理与数据采集系统设计

为了满足自适应光学波前处理机实时性的要求，本文设计了一种有效的ＣＣＤ视频信号处理与采集系统，这个系统具有模块化和可重构的特点，它不仅可以做为自适应光学波前处理机的一个子模块，完成对图象的实时采集并将数据传送给下一级进行处理，而且也 单独构成一个通用的图象采集系统。     

可扩展式自适应光学系统波前处理器的硬件设计

为满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理的需求,需设计千单元的自适应波前处理系统.为此提出了一种可扩展式的自适应光学系统波前处理器.系统由波前处理主板和波前处理子板组成,每块波前处理主板可扩展10块波前处理子板.整个系统可以完成2 000帧/s的实时波前图像的采集、子孔径斜率的计算、波前拟合和1 200...     

自适应光学技术进展

1979年我所正式开始研究自适应光学,1980年建立自适应光学研究室。十年来在自适应光学系统方面,完成下列研究: 1.动态波前误差实时校正系统。该系统用动态剪切干涉仪为波前探测器,21单元     

基于自适应光学的大气光通信波前校正实验

为了缓解大气光通信中由于大气湍流的影响而产生的波前畸变、反射等严重影响通信质量的现象,文章采用了自适应光学技术,即对畸变波前进行重构后再利用反射变形镜进行修正的方法,从理论分析、实验研究方面开展了自适应光学修正传输波前的研究工作。研究结果表明：在相同实验条件下,在保持链路误码率定量为（1×10-6）时,使用自适应光学技术比不使用时系统发射功率减小了50%。在近地大气激光通信中,自适应光学技术在增加系统增益,减小系统误码率方面效果显著。     

高速自适应光学波前处理器─—流水式多SIMD结构

自适应光学波前处理器是自适应光学系统的核心部件之一，它必须实时完成自适应光学系统中所有信号处理任务．本文在对波前复原算法分析的基础上，根据算法内在的并发性，提出一种流水式多SIMD（单指令多数据流）并行处理结构．这种结构可以使波前处理器完成对帧频为850Hz，象素点为128×128视频图像的实时处理，整个系统的处理延迟小于1／4帧周期．     

应用于低对比度扩展目标观测的大型阵列太阳自适应光学电子系统的设计与实现

自适应光学由于能够显著提高空间分辨率,在天文观测领域日益得到广泛的应用。与通常应用于恒星观测的夜天文自适应光学技术相比,对太阳表面低对比度扩展目标的观测校正一直是自适应光学中的难点。该文针对太阳观测中的低对比度扩展目标特性,采用FFT协方差相关算法,初步实现了大型阵列自适应光学电子系统。该系统采用阵列DSP和FPGA协同工作的架构,由低阶相关跟踪系统和高阶波前处理系统两部分组成。初步实验结果表明,系统能够满足预先设计的要求,并且具有较好的灵活性、通用性和扩展性。     

微小型自适应光学系统及其在星载光学遥感器上的应用

主要阐述了自适应光学系统的微小型化和集成化趋势,介绍了国内外微小型自适应光学系统的研究概况、水平和发展趋势,探讨了微小型自适应光学系统在空间光学遥感器上应用的系统构思及可行性,进行了空间光学遥感器主镜温度场变形的自适应光学闭环校正模拟实验,闭环后波前的Ｐ－Ｖ值小于λ／４,ＲＭＳ值小于λ／３０,改善了波前质量,为自适应光学技术在星载相机上的应用提供了有力的实验基础。     

基于激光钠导星的星载自适应光学系统

用于对地观测的星载光学系统受空间环境及相机内环境的影响而存在波前畸变问题,从而导致成像质量变差。为获得分辨率达到近衍射极限水平的图像,需要利用自适应光学技术对波前畸变进行自适应光学校正。提出了一种基于星外信标的自适应光学系统实现畸变波前校正的方案,并给出仿真实验,从而为星载自适应光学的进一步研究提供了依据。     

基于光场相机结构的自适应光学系统仿真研究

在自适应光学系统中,采用传统的哈特曼波前传感器只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,而以光场相机作为波前探测器具有视场大、一次曝光可获得多视角方向湍流信息等特点,可以替代传统多层共轭自适应光学（MCAO）系统中的多个波前探测器,达到简化系统,节约成本的效果。文中采用自主研发的光学系统仿真软件Seelight中的光场相机模块,结合光场数字重聚焦技术、模式法大气层析技术,复原了大视场完整波前,并搭建了自适应光学仿真系统,模拟与89单元变形镜配合实现在闭环工作模式下对大视场的大气湍流引起波前畸变的有效校正。     

自适应光学系统光学部分的计算机模拟

利用相位屏（PS）方法通过软件模拟大气湍流,进而研究了自适应光学（AO）系统中哈特曼一夏克（H—S）波前传感器的计算机模拟技术。使用基于Zernike多项式的模式法重构波前,验证了模拟方法的可行性,完成了AO系统光学部分的计算机模拟。     

MEMS微变形反射镜校正波前静态畸变实验

微变形反射镜(MEMS-DMs)是用于自适应光学中波前校正的重要元件.对微变形镜波前校正原理进行了分析,设计了基于自适应光学系统的测试系统,通过闭环控制技术成功地利用一种分离式MEMS-DMs校正了实验系统中位相板引入的波前畸变,实验结果显示离焦项Zernike系数相对最大,是造成整个波面畸变的最重要的原因.MEMS-DMs对低阶波前畸变校正较好,高阶波前畸变校正时残余误差比较大,增加控制电极数量可以更好地校正高阶模式的波前畸变.基于自适应光学系统的MEMS-DMs波前畸变校正实验系统,可以为今后全面优化设计微变形反射镜及其更适应自适应光学系统的需要提供实验数据与理论支持.     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀）

涡旋光束携带了与其螺旋波前结构相关的轨道角动量,由于其在通信系统不增加带宽情形下可极大增加系统容量和频谱效率,引起了广泛关注。然而,自由空间中的湍流将导致涡旋光束的螺旋波前发生畸变,产生模间串扰,降低接收功率,从而削弱链路性能。自适应光学波前校正技术是克服干扰的有效手段之一。综述了涡旋光束的自适应光学波前校正技术的发展,阐述了Shack-Hartmann、随机并行梯度下降、Gerchberg-Saxton三种算法的校正原理,分析了深度学习在波前校正技术中的应用,并介绍了笔者课题组对水下湍流环境中波前校正技术的研究工作。     

远场光斑反演波前相位的深度学习方法

自适应光学系统中,波前传感器的准确性和鲁棒性极大地影响像差探测能力和闭环校正效果。在波前振幅分布不均匀或信标光能量不足的情况下,哈特曼波前传感器由于存在子孔径缺光现象会导致传感精度下降,而基于远场光斑反演波前相位的无波前传感自适应系统实时性难以满足实用需求。基于深度学习复原波前的方法是通过输入远场光强图像直接求取像差,可以作为自适应光学系统的有效补充。文中通过数值模拟,证明了深度残差神经网络能够通过远场光斑直接预测波前相位的Zernike系数。实验验证了输入与重构波前相位之间校正后残差RMS为0.08λ,GPU加速后的平均计算耗时小于2 ms。该方法能较准确地预测入射波前畸变的Zernike系数,具有一定像差校正能力,适合在传统自适应光学技术中,用于测量并校正波前畸变的主要成分,或为优化式自适应光学提供良好的初始波前估计。     

自适应光学波前处理器的故障诊断系统设计

为了及时发现及定位基于FPGA(Field Programmable Gate Arrays)的自适应波前处理器执行过程中发生的问题, 提出一种针对该波前处理器的故障诊断系统以解决这一问题。根据调试及操作的需求, 该系统能够向上位机实时反馈当前波前处理各部分的执行结果及运行状态, 定位故障并分析数据误差。该系统在137单元波前处理器实验平台上进行了实验, 实验结果表明: 在处理器实时校正过程中, 监控系统反馈的数据及相关信息与相应理论值能够很好地匹配, 能及时发现故障并定位。该系统应用于大型地基高分辨率成像望远镜的自适应光学系统, 直观反映自适应光学波前处理器的运行过程及相应结果, 如发生故障, 可以及时发现并定位故障来源, 较大地提高了硬件及软件的调试效率。同时, 通过各阶段运行结果的分析, 有利于进一步提高各部分运算速度及精度。     

非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测,结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH),从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理,并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置,分别记录待观测物体与引导星的全息图,利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正,从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响,在系统各光学元件给定的情形下,明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围,实现了良好的波前校正效果。     

Zernike矩提高哈特曼波前传感器的鲁棒性

哈特曼波前传感器是自适应光学(AO)系统中常用的波前传感器件,噪声、器件装配误差常常影响其探测波前的能力和精度,进而影响整个系统对波前的实时校正。通过实验证明,引入数字图像处理中的矩技术,无需在硬件上对自适应光学系统进行修改,利用Zernike矩噪声不敏感、旋转不变等特性,对波前传感器CCD数据进行预处理,能够降低系统对噪声的敏感性,减小对器件装配精度的要求。     

自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展

大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题.常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证.强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案.随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法.     

固体激光器波前畸变自适应校正技术及研究进展

自适应光学(AO)作为一种主动光学补偿技术,由于具有结构简单、校正效果好、可闭环运行等优势,被大量用于校正激光波前畸变,并于近年逐渐应用于高能激光器系统中。综述了AO系统工作的基本原理,系统论述了近年来国内外在AO系统校正固体激光畸变方面的研究进展。按照校正固体激光器波前畸变的AO系统中有无采用波前传感器,将其分为无波前探测和有波前探测的AO校正技术进行介绍,分析了各个研究工作的关键性技术。最后总结了目前存在的技术难题,并对AO技术在固体激光器中的应用前景进行了展望。     

自适应光学在眼科医疗中的应用

自适应光学(Optics Adaptive,AO)系统实时校正动态波前误差,使光学系统具有适应外界环境变化,始终保持最优工作状况的能力。其在眼科医疗中的应用,为从细胞水平上研究视网膜提供了全新的手段。本文着重介绍了自适应光学技术在视网膜细胞成像和光学相干断层扫描领域的应用发展和现状。     

自适应光学技术在惯性约束聚变领域应用的新进展

在惯性约束聚变(ICF)领域,采用自适应光学(AO)技术进行波前控制是解决ICF激光系统中光束质量问题的重要手段.报道了"神光Ⅲ"原型装置中8套工程化自适应光学系统、未来ICF系统发展所需的大口径可拆卸变形镜(DM)样镜研制以及ICF自适应光学波前控制技术的最新研究进展.8套工程化自适应光学系统在"神光Ⅲ"原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正,改善了靶点焦斑能量分布,验证了校正对打靶时X射线分布的改善效果.所研制的17单元大口径可拆卸变形镜的口径为284 mm×284 mm,行程大于±6μm,谐振频率大于500 Hz.在ICF自适应光学波前控制技术中,采用了基于哈特曼传感器近场相位测量的控制方法和基于靶室远场的随机并行梯度下降(SPGD)控制方法均能取得良好的校正性能.