[发明专利]一种基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法

说明书

技术领域

本发明属于光学成像领域，涉及到一种扩展目标光学成像校正方法，特别是一种不需要波前探测器的快速自适应光学校正方法。

背景技术

大气湍流的动态扰动不仅使望远镜观测到的扩展目标不断抖动，而且还严重影响扩展目标的成像质量。自适应光学技术是改善光学成像系统的分辨能力和激光系统的光束质量的有力手段。常规自适应光学系统由波前探测器、波前控制器和波前校正器三个部分组成，目前已成功应用于天文点目标成像等领域。但用于扩展目标成像时，常规自适应光学技术实现起来非常困难。因为对于观察者来说，很少有场景能够提供类似于点目标应用中那样的参考信息。如果没有这些信息，即使是通过一个非常薄的湍流相位屏也难以对扩展目标成像进行识别并除去波前分量中所包含的相位畸变。波前探测问题成为将常规自适应光学技术用于扩展目标成像校正的瓶颈。另外该类方法结构相对复杂，成本高昂。

公开号为CN101694545B的中国专利公开了一种用于改善扩展目标成像像质的波前校正方法和系统。该方法避开了波前探测环节，为扩展目标成像校正提供了一种可能，但使用的方法却是收敛速度非常缓慢的无模型优化方法-随机并行梯度下降(SPGD-StochasticParallelGradientDescent)，该方法仅能够校正静态或准静态变化的波前畸变(Optics&LaserTechnology,2011,43(3):630～635)。众所周知，大气湍流的变化是动态的，而且SPGD方法随着湍流的动态性增强，收敛速度更会大大变慢。授权号为CN102865931A的中国专利公开了一种用于运动扩展目标的波前检测方法，该方法依然基于复杂的常规自适应光学技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，访方法改善扩展目标成像质量的波前校正方法，不需要波前探测环节，可使系统收敛速度大大加快，收敛速度仅取决于系统中所使用的波前校正器的单元数，完全适用于动态波前畸变的校正。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，其特点是：首先测量波前校正器的各个驱动器的影响函数；每一次迭代中，先采集待测波前对应的扩展目标成像信息，进行切趾运算；再将波前校正器的影响函数面形逐个叠加待校正波前，并采集对应的扩展目标成像信息，完成切趾运算；计算得到当前迭代次数的变形镜驱动信号；将驱动信号放大施加到变形镜各驱动器，改变变形镜的表面形状，产生相应的相位补偿量，完成当前迭代；当算法满足迭代结束条件时，畸变波前校正完成，从而实现基于图像信息的快速扩展目标成像校正。

本发明所述的基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，进一步优选的技术方案是：该方法步骤如下：

(1)利用波前传感器，测量变形镜各个驱动器影响函数，依据测得的影响函数，计算变形镜影响函数的平均梯度平方矩阵；

(2)采集待校正畸变波前对应的扩展目标成像，对采集到的图像信息进行切趾运算；

(3)对波前校正器各个驱动器逐个施加单位控制信号，变形镜生成的影响函数面形叠加到待校正畸变波前；逐个采集调制后的畸变波前对应的扩展目标成像信息，并逐个撤销所添加的控制信号；

(4)对采集到的等于波前校正器单元数的扩展目标成像信息，逐个进行切趾运算；

(5)利用步聚(2)和(4)中得到的图像信息计算待校正波前对应的波前校正器驱动信号，并同时施加到变形镜各驱动器，使之变形，完成一次迭代；

(6)将校正之后的残余波前作为待校正波前，重复步骤(2)-(5)直到算法满足预先设定的终止条件。

本发明所述的基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，进一步优选的技术方案是：步骤(1)中，所述的波前传感器为哈特曼波前传感器或者干涉仪。

本发明所述的基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，进一步优选的技术方案是：步骤(6)中，所述的预先设定的终止条件为一定的迭代次数或残余波前对应的远场光斑光强之和大于一个阈值。

本发明所述的基于图像信息的快速扩展目标成像校正方法，进一步优选的技术方案是：其具体步骤如下：

(1)利用波前测量设备，测量变形镜各个驱动器影响函数，依据测得的影响函数，计算变形镜影响函数的平均梯度平方矩阵，其具体步骤如下：

A.给每一个驱动施加单位电压，用哈特曼或干涉仪测量其影响函数，记为E_i(x,y)，即第i个驱动器的影响函数，如果变形镜有N个单元，则i的最大值为N；