基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法

针对目前相位差法收敛速度慢以及需要CCD在焦面以及离焦面多次测量的问题,提出了基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法。该算法用离焦光栅对入射波前进行调制,可同时在透镜焦平面上获得正负离焦以及焦面远场光强分布;此外算法引入卷积神经网络替代原有的多次扰动寻优过程,波前复原算法耗时大大降低。仿真结果表明:算法可根据单帧透镜焦面远场光强分布实现高精度快速波前复原,残差波前的均方根为入射波前均方根的6.7%,算法进行一次波前复原所需时间可小于0.6 ms。     

点源离焦图像位相复原方法

为了实现利用点源传递函数测试仪器在测量可见光镜头光学传递函数的同时测出镜头出瞳的波前,采用了一种基于点源目标离焦图像的位相复原算法.该方法无需改变点源传递函数测试仪器的硬件设置,直接利用在传递函数测试过程中,通过改变位于镜头后焦面附近的显微镜与CCD的位置所采集的多幅离焦图像及改进的GS算法实现离焦面与镜头出瞳面光场的...     

基于神经网络和维纳滤波的半盲离焦图像复原

本文提出了一种基于小波神经网络和维纳(Wiener)滤波的半盲离焦图像复原算法,首先提取训练图像的小波域特点参数向量,将该参数用来训练小波神经网络,利用训练好的网络估计图像离焦模糊参数.由离焦模糊参数获得点扩展函数,然后用Wiener滤波完成图像的复原.实验结果表明:该方法能有效地估计离焦模糊参数和复原模糊图像.     

相位差异的三反光学系统波前传感技术

分析了基于相位差异（Phase Diversity,PD）的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法（Genetic Algorithm,GA）的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov 正则项,提高了算法的稳定性和收敛效率;对光学系统利用PD 技术波前检测的噪声适应性进行了仿真分析;模拟了不同波前离焦量对检测精度的影响,获得最优的波前离焦相位值并应用于检测实验;利用PD 技术分别对离轴三反光学系统的中心视场和边缘视场进行波前检测,并将解算得到的Zernike 系数和波前图分别与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明:相位差异技术与干涉检验的偏差小于0.013（RMS）,其检测精度满足工程需求。     

星向多层共轭自适应光学大气湍流三维波前模式复原算法分析

大气湍流三维波前复原是星向多层共轭自适应光学中的关键技术。分析了星向多层共轭自适应光学系统中的大气湍流三维波前模式复原算法,并对该算法进行了数值仿真验证和误差分析。分析结果表明:当对2层大气湍流进行三维波前复原时,若采用自然导星,因平移像差不能被探测,导致平移和倾斜两种模式不能被准确复原;若采用激光导星,因平移和倾斜像差不能被直接探测,导致平移、倾斜、离焦和像散几种模式不能被准确复原;当对3层大气湍流进行三维波前复原时,模式混淆总是存在,无法消除,各层大气湍流波前不能被准确复原;当观测目标在探测高度的波前被自然导星光束完全覆盖时,其波前可以被准确复原。     

基于波前编码的大焦深弹载双色红外探测系统

波前编码技术通过在光学系统光瞳位置加入特殊的相位掩模板,对目标信号光波进行编码调制,并在图像处理端对该编码信号进行解码而恢复原图像,由于被编码调制后的波前对离焦等像差的不敏感度扩大了十数倍,能显著扩大光学系统焦深。因此,波前编码技术能在编码与解码之间解决恶劣力热条件或多色制导体制对弹载红外探测系统带来的离焦和对准误差。文中基于波前编码扩大焦深基本原理,对一长长双色红外光学系统进行了10倍焦深扩大的波前编码像差钝化设计。集成样机后,进行了波前编码成像实验。以小孔点靶编码像作为PSF解码10倍离焦位置处的十字靶和四条靶图像,十字靶和四条靶解码图像清晰可辨,证明波前编码技术对于系统像差或离焦像差的抑制是有效的。最后,对波前编码成像效果进行了分析:解码图像的水波纹是由于空间采样PSF不足导致的,可提取不同视场位置PSF,使用空间变化解码算法实现条纹消除;由于解码图像会在放大信号的同时放大噪声,因此,解码算法需要进一步研究噪声抑制算法,以期满足弹载高能量、高信噪比应用的要求。     

波前编码技术在同轴三反系统的应用及其分析

在轨运行的空间相机受到温差或运动振动等影响导致像面离焦, 成像质量下降。波前编码技术可以在保持光学系统整体参数不变的情况下扩展系统的焦深, 使调制传递函数对离焦不敏感。将波前编码技术应用于空间同轴三反系统, 提出在系统的出瞳面上加置掩模板, 并对掩模板的面型进行优化, 对原系统和应用波前编码技术的新系统的成像特性进行了分析和对比。讨论了波前编码掩模板的相位因子对系统的焦深延拓以及对像质的影响。理论及仿真结果表明: 将波前编码技术应用于同轴三反系统, 使系统对离焦不敏感, 可以很好地扩大系统的焦深, 对解决空间光学系统像面离焦问题具有很高的实用价值。     

应用波前编码技术的离轴三反系统的设计及其分析

波前编码技术是一种新兴的"光学一数字"一体化成像技术,可以在保持光学系统相对孔径不变的情况下扩展其焦深,并控制与离焦有关的像差.这一特性使得该技术在空间相机上的应用有着广阔的前景.讨论了波前编码技术在空间用离轴三反光学系统上的应用,通过建立以次镜为波前编码元件的过渡模型给出了光学设计的结果,并以调制传递函数(MTF)为评价尺度对传统系统和应用波前编码技术的新系统的成像特性进行了对比;同时讨论了焦深扩展因子对系统焦深扩展程度以及成像质量的影响.分析结果证明了波前编码技术在空间光学系统上的巨大应用价值.     

抑制零级串扰的光栅横向剪切干涉测量

为降低传统光栅横向剪切干涉仪中双方孔空间滤波器带来的加工和装调难度,设计了一种基于9步式零级相位误差标定的光栅横向剪切干涉测量方法,只需采用可变空间滤波器即可抑制零级串扰对相移相位复原的影响。针对数值孔径为0.125的投影光刻物镜,完成了参数设计和原理验证系统的搭建。通过剪切相位复原和波前重构,实现了该物镜的波像差检测。结果表明:其波像差小于20.32nm。最后对该光栅横向剪切干涉仪进行重复精度实验,其重复精度的方均根值为0.1303nm,系统性能良好。     

基于垂直声强流的水中目标深度分类方法

现有的基于声场干涉结构特征的目标深度分类方法的频率适用范围有限,仅适用于目标线谱频率激发前2阶简正波的情况。针对上述问题,该文提出基于匹配场处理的目标深度分类算法,该算法将垂直复声强无功分量作为匹配量进行目标深度的匹配估计,利用目标深度的粗略估计结果辅助进行目标深度的二元分类。算法适用于线谱频率激发前3阶简正波的情况,有效拓展了算法的频率适用范围。仿真结果验证了算法的可行性和稳健性。该文分析了环境失配情况对算法性能的影响。所提算法具有较高的准确性和稳健性。     

基于垂直声强流的水中目标深度分类方法

现有的基于声场干涉结构特征的目标深度分类方法的频率适用范围有限,仅适用于目标线谱频率激发前2阶简正波的情况.针对上述问题,该文提出基于匹配场处理的目标深度分类算法,该算法将垂直复声强无功分量作为匹配量进行目标深度的匹配估计,利用目标深度的粗略估计结果辅助进行目标深度的二元分类.算法适用于线谱频率激发前3阶简正波的情况,有效拓展了算法的频率适用范围.仿真结果验证了算法的可行性和稳健性.该文分析了环境失配情况对算法性能的影响.所提算法具有较高的准确性和稳健性.     

利用相位差异技术检测离轴三反光学系统的波前误差

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数变量多、非线性程度高等特点,提出了基于遗传算法的相位差异技术。开展了利用相位差异技术实现离轴三反光学系统在不同装调阶段的波前检测,结合干涉检验方法设计了针对扩展目标的相位差异高分辨率成像和相位估计对比实验。通过定量移动高精密平台获得焦面和离焦图像,并将解算的波前图与干涉仪的检测结果进行定量比对,验证了相位差异技术提高成像质量和正确解算波前相位信息的能力。实验结果表明,对于粗装调的光学系统,估算的波前和干涉检验结果偏差的均方根(RMS)值仅为0.0329λ;对于装调完成后的系统,相位差异技术的检测偏差RMS值小于0.013λ。     

基于微机械连续膜变形镜的闭环实时模式复原

提出了一种基于奇异值分解的波前闭环实时模式复原算法。针对微机械薄膜变形镜（MMDM）控制电极之间交连值大、高阶模式像差校正能力低等不利因素，对闭环实时模式复原算法增加模式复原控制参数g1和g2，分别优化基于变形镜波前模式复原的收敛速度和复原精度，并且通过对变形镜影响函数进行统计分析，针对微机械薄膜变形镜的波前复原校正能力剔除了其中难以校正的模式组合，从而提高了波前复原校正的稳定性和准确度，该方法在自适应光学应用及研究领域具有一定价值。     

波前曲率传感器的测量软件设计

波前曲率传感器是一类重要的波前测量装置。针对波前曲率传感器,在Visual Studio 2013平台下,基于OpenCV库函数和MFC库函数,利用C++语言开发了通用性较强的波前测量软件,实现了基于拉普拉斯算子本征模式法的波前在线测量和离线数据处理等功能。在此基础上,搭建了光栅型波前曲率传感器实验装置对该软件模块进行测试。通过与MATLAB波前复原结果进行对比,验证了该波前复原软件模块的准确性。模块化设计方法使得该软件模块具有良好的通用性和拓展性。     

基于动态区域提取的模式复原算法北大核心CSCD

追踪了由远场光电探测器采样宽度限制引入的量化噪声在算法实现过程中的传递,分析了其对算法在波前像差校正中的效果和收敛速度产生影响的原因。根据斯特列尔比值(SR)的变化,提出了一种基于动态区域提取的模式复原算法,并利用18阶和33阶Zernike多项式模拟得到的符合Kolmogrove大气湍流功率谱的波前对该算法进行数值计算。计算结果表明:采用动态区域提取的复原算法校正波前像差,在12位相机采样宽度和33阶初始像差情况下,算法经31次迭代后收敛,波前复原残差均方根为0.058λ(λ为波长),SR达0.9以上。该算法减小了量化噪声的影响,无波前传感自适应光学系统的收敛速度和校正效果得到显著提高。     

基于波前编码的红外无热化光学系统相位掩模板热效应特性分析

分析了基于波前编码技术的无热化光学系统中相位掩模板的自身热效应,得到了不同温度下光瞳处相位板相位函数的变化.分析了由相位板热效应引起的波前编码系统成像特性的变化.通过数值及图像仿真证明了相位板热效应对波前编码无热化光学系统性能产生的影响.结果表明,相位板热效应对系统MTF(调制传递函数)的离焦不变特性和编码图像的可复原性产生严重的影响.     

基于模拟退火的连续膜变形镜最优模式复原

为了改善小形变量、镜面控制耦合及其影响函数受到光学系统误差等多种因素的影响的连续膜变形反射镜容易出现波前复原控制电压往往超出了可行域范围的问题,提出采用一种基于模拟退火的波前模式复原算法,其原理通过遍历整个可行域搜索域内最佳的模式控制电压组合,使得目标函数以一定概率达到全局最优,从而得到将入射畸变波前像差的影响降到最小的结果。为了验证和比较模拟退火算法的可行性和准确度,采用了任一人眼波前畸变像差作为自适应光学系统的入射畸变波前,得到的残余波前像差小于直接法、闭环迭代算法的复原误差。结果表明,基于模拟退火的波前模式复原算法具有良好的波前复原性能,并且可结合影响函数的非线性特征描述,为连续膜波前复原控制问题提供一种新的解决途径。     

离焦模糊数字图像的Wiener滤波频域复原

离焦模糊图像的退化模型可用均匀分布的圆盘函数表示 ,其对应的圆盘半径是需辨识的退化模型参数 (即模糊半径 )。利用模糊图像的频率域中的零点位置来估计模糊半径 ,采用简化Wiener滤波对模糊图像进行复原。实验结果表明该方法能够以较少的运算时间代价获取较好的复原效果 ,适用于信噪比高的离焦模糊图像的快速复原     

采用Hough变换的离焦模糊参数的估计

在离焦模糊图像的复原过程中,点扩散函数(PSF)常常是未知的,须事先估计其参数。通过分析离焦模糊点扩散函数的频谱特性,提出了一种估计离焦模糊点扩散函数半径的新方法。该方法采用Hough变换原理检测频谱同心圆,进而估计点扩散函数的半径,在一定程度上有效地解决了传统方法估计精度不高的问题。同时,在算法中引入合适的阈值,对阈值变换后的二值频谱图做聚类分析,剔除噪声所带来的奇异点,并充分利用Bessel函数多零点的特点提高抗噪性能。实验结果表明:该方法具有估计精度和稳定性高的优点,能有效地用于图像复原过程中的事先参数估计中。     

基于先验信息和正则化技术的图像复原算法的研究

在湍流退化图像复原研究中,为了消除大气湍流的影响,提出了一种基于先验信息和正则化技术的盲解卷积图像复原算法.该算法是以极大似然估计为基本原理,将目标图像和点扩展函数的先验信息以惩罚项的形式引入到极大似然函数中,同时利用正则化技术优化目标图像和点扩展函数的估计过程,以增加极大似然估计算法的收敛性和稳定性.通过退化图像的复原实验结果表明,该算法在退化模型完全未知的情况下,可以有效的实现对湍流退化图像的盲复原.