一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，包括以下步骤：将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度作为输入，所述垂直检测装置同时测量的波前Zernike系数作为输出，构建神经网络；将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度输入到神经网络，得到镜面视宁度。本发明专利技术的基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，通过将镜面视宁度的测量位置从光轴方向转移到水平方向，可以在不影响望远镜观测的前提下实现镜面视宁度的实时测量；不需要长测量装置，且不需要望远镜额外地给测量装置分光，从而帮助望远镜实现低对比度目标的有效探测。望远镜实现低对比度目标的有效探测。望远镜实现低对比度目标的有效探测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法


[0001]本专利技术涉及光学测量
，特别涉及一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法。

技术介绍

[0002]望远镜的分辨能力与集光能力和其口径成正比，随着对深空探测、暗天体探测与系外行星探测的需求不断增加，望远镜的口径也在逐渐的增加。目前，光学望远镜的口径已经达到了30米级别，GMT、TMT与E
‑
ELT三个30米级别的巨型望远镜已经处于建造中了。然而，随着望远镜口径不断的增加，视宁度的影响也相应地变得越来越大。视宁度是评价湍流对于目标成像等影响大小的物理量，主要包括大气视宁度、圆顶视宁度与镜面视宁度，差的视宁度会导致后端成像漂移、弥散，对于高精度加工检测等应用也会引入额外的误差。大气视宁度与圆顶视宁度经过长期的发展已经能够得到很好的解决。相比于前两种视宁度来说，镜面视宁度对于成像等影响较小，但在前两者得到较好的解决后，其对于成像等应用的重要性也逐渐凸显了出来。
[0003]镜面视宁度主要是指由于镜面湍流的存在所导致的成像与检测效果变差，传统的镜面视宁度测量包括温度场法、干涉仪法与闪烁仪法。温度场法通过在望远镜镜面安装温度传感器等方法得到整个镜面的温度分布，利用温度与折射率之间的联系来得到镜面折射率的分布，从而得到镜面视宁度。干涉仪法通过在望远镜的焦面放置干涉仪，利用干涉仪的条纹得到镜面湍流对于入射波前的影响，从而计算出镜面视宁度。闪烁仪法则是利用光子的涨落来得到镜面视宁度。
[0004]温度场法需要在望远镜镜面上安装温度传感器，想要实现的镜面视宁度测量精度越高，需要安装的温度传感器数量就越大，这对望远镜的镜面支撑系统设计提出更高的要求。干涉仪法与闪烁法需要与望远镜的观测设备共光路且只能在观测间隔进行测量，这不仅会影响望远镜本身的观测，自身也不能做到实时的测量，难以对后续的相关改进进行指导。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决现有技术中的技术问题，在不影响望远镜观测的前提下实现实时的镜面视宁度测量，提供一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0007]一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，该方法适用的检测装置包括：水平检测装置和垂直检测装置；所述水平检测装置用来在水平方向上测量多路波前Zernike系数与多路温度；所述垂直检测装置用来在垂直方向上测量波前Zernike系数；
[0008]该方法包括以下步骤：
[0009]将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度作为输入，所述垂直检测装置同时测量的波前Zernike系数作为输出，构建神经网络；
[0010]将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度输入到神经网络，得到镜面视宁度。
[0011]在上述技术方案中，所述水平检测装置包括：波前传感器，镜面，夹持器，温度传感器和光纤激光器；
[0012]所述垂直检测装置包括：干涉仪；
[0013]所述光纤激光器放置在所述镜面开孔处的下方，从所述光纤激光器中输出测量光路，用来实现整个所述镜面的湍流测量；
[0014]所述光纤激光器输出的测量光路接入所述夹持器上相对应的位置，并通过所述夹持器上的耦合装置实现测量光的扩束与准直；
[0015]所述波前传感器放置在待测镜面区域的左方，用来接收经过待测区域后的畸变波前，需要将所述波前传感器与所述夹持器上输出端进行对准；
[0016]所述温度传感器用来测量所述镜面上的多路温度数值；
[0017]所述干涉仪放置在使其焦点和所述镜面焦点重合的位置处，所述干涉仪与水平方向上的测量光路共同测量。
[0018]在上述技术方案中，该方法包括以下步骤：
[0019]步骤i：利用所述波前传感器测量所述镜面上方的待测湍流对于入射波前的畸变；
[0020]步骤ii：通过在水平测量的同时，在光轴方向上测量待测湍流对于垂直入射波前的影响；
[0021]步骤iii：将水平方向上测量的多路波前Zernike系数与多路温度作为输入，所述干涉仪同时测量的波前Zernike系数作为输出，构建神经网络；
[0022]步骤iv：将所述干涉仪移除，将水平方向上测量的多路测量的Zernike系数与多路温度输入到神经网络，得到镜面视宁度。
[0023]在上述技术方案中，所述光纤激光器输出的测量光路的数量为12路。
[0024]在上述技术方案中，所述温度传感器的数量和测量路数相匹配，所述温度传感器放置在每一路光路所对应的镜面的下方。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术的基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，通过将镜面视宁度的测量位置从光轴方向转移到水平方向，可以在不影响望远镜观测的前提下实现镜面视宁度的实时测量。同时，将测量光路放置在水平方向上不需要长测量装置，且这种与望远镜非共路的测量方法不需要望远镜额外地给测量装置分光，从而帮助望远镜实现低对比度目标的有效探测。
附图说明
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0028]图1为本专利技术的基于神经网络的镜面视宁度测量的方法的水平方向上多路测量示意图。
[0029]图2为神经网络训练垂直方向与水平方向测量装置示意图。
[0030]图3为镜面视宁度测量流程框图。
[0031]图中的附图标记表示为：
[0032]1‑
波前传感器；2
‑
镜面；3
‑
夹持器；4
‑
温度传感器；5
‑
光纤激光器；6
‑
干涉仪。
具体实施方式
[0033]本专利技术的专利技术思想为：本专利技术的基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，立足于“泰勒冻结湍流”假设，在水平方向上利用波前传感器测量路径上的镜面湍流对于波前的影响，同时增加测量的路数来得到整个镜面不同区域处镜面湍流对于入射波前的影响。在得到水平方向上整个镜面湍流对于多路波前的影响之后，基于各种同性假设，根据水平入射波前与垂直入射波前具有的内在联系，构建神经网络，以多路测量波前的Zernike系数为输入，垂直方向上干涉仪测量的波前Zernike系数为输出，同时在输入上增加多路的温度测量值来对结果进行约束。在实际的应用中，只需要将水平方向上的波前Zernike系数与温度值输入到神经网络中就能够得到光轴方向上镜面湍流对于垂直镜面的入射波前影响。
[0034]本专利技术所涉及的一种基于神经网络的镜面视宁度检测适用的装置，主要包括水平检测装置与垂直检测装置。水平检测装置由波前传感器，镜面，夹持器，温度传感器和光纤激光器组成。光纤激光器放置在镜面开孔的下方，其发出的多路测量输出端固定在放置于略高于镜面位置处的夹持器上，在每一个光路经过待测湍流后的合适位置处放置波前传感器。温度传感器放置在每路光路下方的镜面背面。通过多路光路来遍历整个镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，其特征在于，该方法适用的检测装置包括：水平检测装置和垂直检测装置；所述水平检测装置用来在水平方向上测量多路波前Zernike系数与多路温度；所述垂直检测装置用来在垂直方向上测量波前Zernike系数；该方法包括以下步骤：将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度作为输入，所述垂直检测装置同时测量的波前Zernike系数作为输出，构建神经网络；将所述水平检测装置测量的多路波前Zernike系数与多路温度输入到神经网络，得到镜面视宁度。2.根据权利要求1所述的基于神经网络的镜面视宁度测量的方法，其特征在于，所述水平检测装置包括：波前传感器(1)，镜面(2)，夹持器(3)，温度传感器(4)和光纤激光器(5)；所述垂直检测装置包括：干涉仪(6)；所述光纤激光器(5)放置在所述镜面(2)开孔处的下方，从所述光纤激光器(5)中输出测量光路，用来实现整个所述镜面(2)的湍流测量；所述光纤激光器(5)输出的测量光路接入所述夹持器(3)上相对应的位置，并通过所述夹持器(3)上的耦合装置实现测量光的扩束与准直；所述波前传感器(1)放置在待测镜面(2)区域的左方，用来接收经过待测区域后的畸变波前，需要将所述波...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，朱嘉康，霍银龙，刘沅果，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：