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。     

H-S波前传感器在大尺寸测量中的应用研究

针对目前激光大尺寸测量系统中的空气扰动问题,提出一种采用波前探测和图像恢复技术相结合的解决方法。该方法采用Hartman—Shack波前探测器,直接应用Zemike多项式来波前重构,然后运用图像解卷积运算进行图像恢复,以减小和消除测量激光束因大气扰动而产生的抖动、变形,从而提高测量精度。     

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。     

基于Hartmann-Shack波前检测原理的微透镜阵列焦距测量

基于哈特曼波前传感器检测原理,结合图像清晰度定焦技术,提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法,介绍了测量系统的组成和原理.首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像,利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像.然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量,计算相应的微透镜阵列子单元的焦距.最后,基于图像清晰度定焦技术,通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性.测量结果表明,该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3％;同时,一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定.相对于传统的检测方法,该方法具有较高的检测精度和效率.     

相位差异散斑法图像复原技术

为了克服大气湍流和光学成像系统像差引起的波前相位畸变,提出利用相位差异散斑法同时采集焦面和离焦面通道的单帧短曝光图像来估算波前相位畸变.结合夏克哈特曼波前探测器设计了针对扩展目标的相位差异散斑法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移台获得焦面和离焦面图像,并将解算的波前面形与夏克哈特曼波前探测器实测的波...     

基于FPGA的自适应光学波前处理算法

针对自适应光学系统对波前处理计算量和实时性要求的提高,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的自适应光学系统波前处理算法。该算法利用核心处理模块重复利用的方式完成波前斜率计算,利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算。在像素时钟的同步下,完成整个波前处理,给出促动器所需的促动量。以一片Virtex-4LX80FPGA作为主核心处理芯片进行了实验验证,结果表明:该算法可降低50%的硬件资源,提高了系统波前处理能力;另外,算法可实现在当前帧结束前完成整个波前处理运算,提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制带宽。在室内的Shack-Hartmann波前传感器的的自适应光学系统上进行了激光光源的校正实验,结果显示光源能力集中度有了明显的提高。     

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。     

剪切干涉测量中基于Zernike多项式的自适应波前重建

提出一种剪切干涉测量中被测波前重建的新方法，该方法基于Zernike多项式最小二乘拟合的基本原理，通过自适应的方式来确定波前重建表达式。推导出剪切相位Zernike多项式系数与被测波前Zernike多项式系数的直接转换矩阵，提出了自适应确定多项式级次的新算法，给出了相应的波前重建数学模型。对算法进行了计算机模拟，并应用于实际剪切干涉测量，结果证明该方法具有可靠的波前重建精度。     

波前像差测量中的人眼定位误差分析

在描述Hartmann-Shack波前传感器原理的基础之上,研究了在测量波前像差过程中人眼定位误差所引起的测量误差,给出了光学系统下与人眼视度相关的误差数学表达式,分析了在满足眼镜镜片国家标准(GB 10810-1996)的条件下人眼定位可允许的误差范围,这对于改善和提高Hartmann-Shack测量人眼波前像差的精...     

大型望远系统波前检测中的波前误差修正

在大型望远系统的波前检测中,固定着五角棱镜的运动平台沿并非严格平面的导轨平台移动时,五角棱镜会发生微偏转产生扫描激光束转向的波前误差。用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,计算扫描激光束入射望远系统子孔径时的波前误差,修正此波前误差得到子孔径范围内望远系统自身的波前。     

以太网与CAN异构通信网络实时性的研究

目前以太网在工业控制领域中取得了广泛的应用,并且正在逐渐呈现出取代现场总线“一网到底”的趋势．但目前的实际应用中,以太网多用于管理级和监控级的信息系统中,满足上层大量汇集数据传输的实时性以及实现与上层网络的软件接口的兼容;而控制器局域网络（ControllerAreaNetwork,CAN）总线多用在现场设备级控制系统中,满足控制系统可靠性、稳定性、适应性的要求．因此将以太网与CAN总线联合组织异构通信网络,以太网工作于上层,CAN总线工作于底层,扬长避短,各取优势,综合性能优异,具有广阔的应用前景和显著的经济效益．     

一种基于局部图像复原的天文图像增强算法

大气湍流、光子和电子噪声等降低了地基观测天文图像的质量,影响了空间目标的检测,针对这种情况,提出一种基于局部图像复原的天文图像增强算法。首先利用已知的观测设备系统参数和图像建立初始点扩散函数的模型,然后将图像分割成N×N个区域,对满足条件的子区域进行基于盲反卷积的图像复原,最后采用改进的中值滤波器对复原图像进行去噪,实现天文图像的增强。采用实际天文图像进行算法验证,实验结果表明,该算法有效的抑制了大气湍流和噪声的影响,提高了图像的分辨率和空间目标背景的对比度,在保证图像增强效果的前提下减少了大约30%的运算量。     

大气激光通信光斑图像的快速复原与实时检测

针对大气湍流对激光通信中对信标光的捕获、跟踪与对准(ATP)的影响,提出了基于盲解卷积的快速复原与实时检测算法。采用一维点扩散函数重新构造方位退化模型,取代了原有经典二维退化模型;改进了约束共轭梯度算法中的约束算子,并通过改进的共轭梯度迭代算法求得对原始图像的估计;最后通过连通域计算提取估计结果中的光斑中心位置。采用现场可编程门阵列和数字信号处理器实现所提出的共轭梯度算法并提取光斑中心位置,满足了系统实时性要求。实验表明,所提出的快速复原算法能够实时复原分辨率为200pixel×200piexl,帧频为100 Hz的光斑图像,所提取的信标光光斑中心位置与事后计算结果的误差小于1pixel,能够满足激光通信系统对信标光的实时跟踪要求。     

正交基函数多项式实时拟合 在轴角编码器测速中的应用

提出了一种基于正交基函数的多项式实时拟合方法,并应用于轴角编码器测速,解决了常规算法中拟合多项式阶数大于3阶时法方程组容易出现病态,进而使测速精度降低的问题。光电跟踪测量设备地面目标跟踪实验表明,该算法通过对拟合处理后的角度值进行微分运算得到角速率,能有效地降低编码器角度输出中随机误差对测速的影响。在典型实验条件下,与采用同阶拟合多项式的常规方法进行了比对,前者的测速误差标准偏差为0.013 43°/s,后者为0.028 15°/s,采用本算法提高了编码器的测速精度,适合在工程上应用。     

利用阶跃响应的4f光学系统图像复原

4f系统的输出图像存在带限低通、随机噪声和相干噪声并存的特点,对其进行复原处理时不仅要注重保护细节,而且还要处理高频随机噪声和低频相干条纹。为了提高其图像质量,针对这些特点提出了一套图像处理方案。首先,利用4f系统的阶跃响应获取相干噪声的位置和强度的先验信息;然后,对阶跃响应图像和待复原的图像分别进行同样过程和侧重保护图像细节的随机噪声去除,利用4f系统的线性特性将两幅去除随机噪声后的图像进行点除以消去相干噪声来完成复原。实验表明,该方案对峰峰信噪比和结构相似度指数都有很好的复原效果,其分别提高了5db和6%左右;从视觉效果上看,该方法很好地保护了图像细节,符合4f系统的要求。     

基于热膨胀的点焊实时控制系统的研制

提出了一种在恒流点焊控制器基础上加入电极热膨胀位移控制规则的方法。利用激光位移传感器及其外围电路，建立了热膨胀的微机点焊控制系统，并使用屏蔽电路实现恒流控制与热膨胀控制的相互切换。实验结果表明，该系统具有自适应特性，能够实时的实现点焊过程中的质量监控。     

基于超分辨图像复原的显微圆孔孔径测量方法

为提高圆孔的光学显微测量准确性,研究了基于超分辨图像复原的显微圆孔孔径测量方法。该方法通过超分辨图像复原处理圆孔显微图像,提高了传统光学显微系统对圆孔成像的分辨率,确定了以超分辨复原图像灰度值为0.399作为圆孔物理边缘判据,实现对圆孔边缘的准确探测。理论分析表明该方法可准确测量微米级及以上直径圆孔。核孔膜孔径测量实验中,由二值化图像得到孔径测量结果为6.35μm(测量不确定度为0.08μm),与扫描电镜测量结果6.268μm(测量不确定度为0.083μm)相符,测量误差仅0.08μm。该技术有助于实现对圆孔形状的快速、准确在线测量。     

实时图像仿射变换系统的研究与实现

讨论了仿射变换原理,阐述了仿射变换系统的方案设计,给出了系统的功能框图并详细介绍主要模块的功能以及实现方法;最后给出该系统在医疗装备中的运用结果。结果表明,系统能够很好地满足图像仿射变换的实时性要求,图像质量好。     

基于PCI总线控制器的高速大容量实时数据采集

介绍了PCI总线控制器专用芯片S5933的组成、Mailboxes、FIFO和Pass-Thru的基本概念,以及性能和使用方法,并针对高分辨率成像光谱仪数据采集的指标要求,提出了以PCI总线控制器S5933为核心的双路高速、大容量、实时数据采集与实时存储的实现方法,在该方法中通过利用PCI总线控制器的FIFO工作模式以及“双路并行复用”技术,实现了双路数据的实时采集与存储,实验表明数据实时采集与存储速率可达8MB/s,完全满足指标要求,而且具有电路简洁,数据采集速率高和容易扩展等特点.