基于MEMS技术的自适应光学系统的研究

用自适应光学系统来校正由大气湍流等产生的波前畸变,能够得到很好的效果.通过对自适应光学系统的工作原理进行研究,提出了一种基于MEMS技术的微小型自适应光学系统校正波前畸变的方法,将MEMS技术应用于变形反射镜,并构建了具体的实验平台,用来校正一种人为产生的波前畸变,且阐述了具体的实验过程.实验结果表明,基于MEMS技术的自适应光学系统能够很好地闭环校正波前畸变,且其体积小、质量轻、校正性能稳定,为自适应光学技术在星载相机上的应用提供了依据.     

随机并行梯度下降自适应光学系统中法收敛速度的仿真研究

在随机并行梯度下降(SPGD)自适应光学(AO)中,SPGD算法通过直接对系统的性能评价函数进行优化从而校正波前像差,有可能实现实时校正,具有很强的应用潜力.SPGD算法的收敛速度与控制单元的数目、性能评价函数的选取、增益系数及扰动幅度的取值等密切相关.通过仿真的方法,研究了控制单元数对SPGD AO系统在静态波前校正...     

自适应光学系统中变形镜和波前传感器共轭位置要求的分析

通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围.结果表明,波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离,大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小.一般来说,变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000时,对系统校正效果的影响可以忽略.实际应用中,应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化,从而设计波前传感器和变形镜的位置,以及选择使用4F光学系统.本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考.     

微机械薄膜变形镜的闭环校正模型

介绍了微机械薄膜变形镜(MMDM)面形影响函数的意义,并测量了Oko公司37通道MMDM的面形影响函数矩阵,实验验证了镜面形变和单个驱动电极电压平方之间的线性关系,分析了变形镜的校正能力,建立了自适应光学系统闭环校正的模型.搭建基于MMDM的自适应光学实验系统,采用人眼出射波前作为原始波前进行实验,结果表明,模型能快速有效的对动态畸变波前进行校正,为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持.     

全光路像差校正自适应光学系统中共模波前传感器标定方法研究

根据光波在介质中的传播规律,首先详细分析了全光路像差校正自适应光学系统的工作原理,然后对常规方法标定共模波前传感器后的系统校正残余误差作了分析,并从校正残余误差和操作的简易程度两个方面分析了常规方法标定共模波前传感器存在的缺点,最后针对全光路像差校正自适应光学系统的特点,提出了两种新的共模波前传感器标定方法,详细推导了两种方法标定共模波前传感器后全系统的校正残余误差.结果显示,两种方法标定共模波前传感器后,其校正残余误差只与常规方法标定共模波前传感器后系统的校正残余误差中的一种误差有关.     

基于部分岭估计的Zernike模式法人眼波前像差重建

为了提高自适应光学系统中人眼波前像差的重建精度,进而提高自适应光学图像中的点扩散函数重建精度,提出了一种基于部分岭估计的Zernike模式前重建算法。首先,基于Zernike模式波前重建模型,分析了常用的模式系数求解方法;其次,在最小均方误差意义下,将部分岭估计的概念引入到自适应光学系统的波前重建算法中,通过确定最优岭估计参数来改善最小二乘估计的奇异性,从而抑制波前探测中测量误差的进一步被放大;最后,讨论了在波前斜率误差的影响下由两种算法所产生的误差大小。仿真实验结果表明：在波前重建算法中引入部分岭估计可有效减小模式系数的均方误差,相对于奇异值分解法减小了8%~10%,在波前探测测量误差增大的情况下,部分岭估计的波前重建精度要高于最小二乘估计法,有利于自适应光学后期中基于波前探测的图像复原研究。     

BICGSTAB算法在波前重构和控制中的应用

自适应光学波前重构和控制对精度和实时性的要求很高。BICGSTAB算法可用于非正定对称的线性系统方程的求解,并且速度快、精度高,稳定性好。基于Fried网格,提出将BICGSTAB算法引入自适应光学波前重构和控制系统方程的求解,并与SVD以及几种常见的迭代算法(Jacobi,Seidel,SOR以及SSOR)作比较。仿真结果表明,对于121阶系统,BICGSTAB法达到0.01%精度仅仅需要不到70次的迭代;SVD法达到0.01%需要近300次;四种常见迭代方法即使104次也没有收敛。这说明BICGSTAB具有更高的速度和精度,能够更好地满足自适应光学系统实时性和精度的需要。     

直接斜率波前复原算法的控制效果分析

建立自适应光学系统功率谱抑制函数的概念，分析了采用直接斜率波前复原算法的自适应当光学系统的控制效果，理论分析与６１单元自适应光学系统上的实验结果表明，直接斜率波前复原算法将导致控制效果下降。     

变形镜参数变化对湍流像差校正效果的影响

利用61单元自适应光学系统湍流校正过程仿真模型,分析计算了变形镜的交连值、高斯 指数与自适应光学系统校正能力的关系。发现当交连值的稳定性变差时,引起校正效果的波动程度与高斯指数有关。高斯指数取1.9~2.1时,波前位相差的校正效果受交连值变化的影响最大,原因是校正算法的前提为各个驱动器的影响函数是线性叠加的。     

相位共轭自适应光学回波算法和多目标捕获特性

本文首次用回波算法导出相位共轭自适应光学系统的三个前提条件,论证了在大气扰动中实现波前校正的可行性,并对相位共轭自适应光学系统的多目标捕获特性进行了讨论。     

应用功率谱方法分析自适应光学系统噪声

在自适应光学系统中,系统噪声是其波前校正残余误差的主要组成部分之一。从波前探测器噪声引入着手,应用功率谱方法分析了探测器噪声在自适应光学系统闭环校正过程的传递．应用这种方法对６１单元自适应光学系统的噪声进行了理论和实验结果的对比．     

抑制微光波前传感器随机噪声的方法研究

在自适应光学系统微光波前传感器中采用像增强器后，高帧频CCD输出的图像中会产生严重的随机噪声，影响光斑质心计算精度，从而使自适应光学系统波前探测精度降低。本文根据微光波前传感器中CCD输出图像的特点对中值滤波，均值滤波，自相关，延时相关等多种方法进行了仿真和实验比较，并提出了一系列评价方法。研究表明延时相关算法是最佳选择。     

压电倾斜镜迟滞非线性建模及逆补偿控制

自适应光学系统中的压电倾斜镜通常是用来实时校正大气湍流引起的波前畸变,但压电倾斜镜的响应都有较大的非线性迟滞效应,大大降低了倾斜镜的到位精度,并且影响系统稳定性,制约了倾斜校正系统的带宽,因此需要对迟滞现象进行建模,通过建立的模型进行补偿。本文通过引入迟滞算子,使用贝叶斯正则化训练算法训练BP神经网络来构建压电倾斜镜迟滞模型,以中国科学院光电技术研究所自主研制的压电倾斜镜为对象开展了实验研究。最后的实验结果表明,通过BP神经网络构建的压电倾斜镜迟滞模型具有较准确的辨识能力,其中,X方向的迟滞大小由6.5%降低到了1.3%,Y方向的迟滞大小由7.1%降低到了1.6%。     

眼镜式虚拟显示折射/衍射塑料光学系统设计

研究了塑料透镜在3D虚拟显示头盔光学系统中的应用,设计了适用于眼镜式虚拟微显示器的全塑料(聚甲基丙烯酸甲脂-PMMA)光学系统.引入反射镜来折叠光路以缩短系统长度,引入衍射面,利用其负色散性和波面任意整形特性来消除系统色差及改善波前像差.该系统重量仅为9.8 g.目视系统中需重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.31 mm和8.8μm,最大畸变<7%.系统最小角分辨力为0.8mrad,全视场为32..     

对Hartmann-Shack波前传感器平移误差的研究

Hartmann—Shack传感器的探测精度对于评价自适应光学系统的校正能力和光学检测精度都是十分重要的。通过对传感器的平移误差的理论分析和数据仿真来对传感器的系统精度进行研究，确定平移误差的最佳范围为残余像差与理论像差的均方根比值不大于0．5％。这为Hartmann—Shack传感器的装配提供了理论依据和技术指标。     

H—S波前传感器时域采样频率对探测误差的影响

波前传感器是自适应光学系统的重要组成部分。讨论了Ｈａｒｔｍａｎｎ－０Ｓｈａｃｋ－（Ｈ－Ｓ）波前传感顺的采样频率对探测误差的影响，理论分析结果说明，时域采样频率引入的探测误差Ｈ－Ｓ波前传感器的重要误差源，其大小随时域采样频率的增大而下降。     

国外新发展的一种微位移驱动材料——弛豫型铁电体

一、前言七十年代中期以来,国际上为了发展自适应光学,对于实时校正波前畸变和补偿各路光束间的光程差所需要的压电陶瓷材料及用此材料制成的可变形或微调反射镜等执行元件开展了多方面的研究工作。     

振镜式激光扫描误差分析及几何校正算法

针对如何提高振镜式激光扫描的扫描精度,特别是当扫描区域较大时的精度问题,文中展开了对振镜式激光扫描时图形畸变原因的分析,并对每一种误差产生的原因提出了校正补偿的办法.综合各种误差补偿办法,建立了一个基于平面坐标变换几何校正算法原理的图形畸变校正模型.此模型校正算法采用VC 6.0编程,应用于快速成形粉末烧结系统,结合激光扫描边长为300cm正方形时的试验数据和畸变特性,对畸变关系式作了进一步的改进.由于此公式反映的是理想点和畸变点的地址映射关系,所以,当激光扫描时,X方向和Y方向上的扫描数据经过此校正模型后都会动态的发生变化,从而保证激光的扫描精度.     

一种基于自适应子空间跟踪与Jacobi算法的时变信道有限反馈预编码方法

提出了一种基于自适应子空间跟踪与Jacobi算法的时变信道有限反馈预编码方法.该方法针对无线信道的时变性,利用梯度算法自适应跟踪时变信道的发射预编码矩阵,同时考虑了反馈信道有限比率的反馈比特数,将Jacobi迭代算法应用于时变信道右奇异矩阵的跟踪,从而有效降低了每个反馈帧的反馈比特数.计算机仿真表明,在时变信道,该方法在降低反馈量的同时,还获得了比存在反馈延时的Grassmannian预编码方法更好的系统容量性能.     

一种针对畸变印刷品字符校正的多项式自寻优改进方法

目的针对畸变印刷品字符校正过程中无畸变先验知识、传统方法效率低且精度差的问题,提出一种以多项式自寻优改进算法为核心的字符校正方法。方法将待测字符区域视为小篇幅图像,通过初次校正确定畸变区域,以待测图像与标准图像的最小差分结果为优化目标,利用菌群算法在畸变区域中进行校正控制点的自寻优运算,从而建立校正函数对字符畸变区域进行校正,并通过Matlab仿真加以实现。结果该方法平均校正精度低于0.6像素,运行时间低于0.12 s,达到了对畸变字符快速准确校正的目的。结论该自寻优改进方法克服了人工操作的弊端,对畸变字符进行了有效校正,有助于提高后续缺陷检测的精度和效率。