【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自适应光学，具体涉及一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法。
技术介绍
1、高对比度、高分辨力成像望远镜设备广泛用于地面天文学中，探索系外行星以及星体周围环境，观测恒星天体结构等；地基天文望远镜为了获取清晰的图像，一般都会搭载自适应光学(adaptive optics，ao)系统以探测大气湍流引起的波前畸变，控制波前校正器对探测到的波前畸变进行实时补偿。对于地面观测，由大气湍流引起的连续变化的动态波前像差影响着成像性能，静态像差也是图像像质下降的重要因素。自适应光学技术的日趋成熟减弱了大气湍流效应对大型地基天文望远镜成像性能的影响，然而随着大幅度动态湍流像差被ao系统实时校正补偿,成像图像仍然受到波前探测器无法探测的静态、准静态像差的较大影响，在波前探测器与远场成像相机之间存在非共光路静态像差(non-commonpathaberrations，ncpa)；
2、目前主流的静态像差检测校正方法主要有相位差法、像清晰化无波前控制校正以及神经网络方法。传统的基于图像的静态像差检测大多依赖相位差方法(phasediversity，pd)，最有代表性的工作是(j.-f.sauvage,t.fusco,g.rousset,c.petit.calibration andprecompensation ofnoncommon path aberrations forextreme adaptive optics[j].j.opt.soc.am.a,2007,24(8):2334-2346)sauvage等人
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，不改变既有光路结构，使之可以快速高精度唯一确定成像光路静态像差，以实现后续对非共光路静态像差的补偿。针对多波段成像系统成像光路静态像差检测问题，提出一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、所述方法通过获取波前传感器残余像差数据联合离线随机并行梯度下降(spgd)算法，最终得到系统各个波段的成像光路静态像差，该方法包括如下步骤：
4、步骤(1)：通过自适应光学系统中的波前传感器获取湍流的部分校正后的波前残余像差数据φ0(x，y)，随后获取待检测波段成像ccd相机畸变图像以及相机成像采样率参数、暗场图像，获取多组数据备用；
5、步骤(2)：将步骤(1)获取的残余像差数据转换成像差zernike模式并获得zernike系数向量表示：其中βn为zernike系数向量，并将获取的ccd相机畸变图像做预处理；
6、步骤(3)：将多组残余像差zernike模式数据以及zernike系数向量与ccd相机畸变图像分别输入离线随机并行梯度下降迭代算法检测程序中，迭代计算处理每组数据，得到多组该波段成像光路的静态像差值；
7、步骤(4)：将步骤(3)多组该波段成像光路的静态像差值取平均值作为检测值，输出该波段的静态像差检测值ξ。
8、进一步，步骤(1)中，通过多波段大口径地基天文望远镜配备的自适应光学系统中的波前传感器获取的部分校正后的残余像差数据，然后获取所测量波段的ccd相机畸变图像。
9、进一步，步骤(2)中，待测波段成像光路的ccd相机畸变图像为im(u，v)，其中u，v是远场图像坐标，将残余像差数据转换成zernike模式表示，初始zernike相位为φ0(x，y)，其中x，y为近场图像坐标，初始zernike系数向量为a0＝βn。
10、进一步，步骤(3)中的离线随机并行梯度下降迭代算法具体为：
11、步骤1)、初始化设置离线随机并行梯度下降迭代算法的扰动向量和更新系数向量的增益参数，设置总迭代次数k，第1次迭代的扰动向量为δa1，扰动向量随机生成且随迭代次数自适应衰减，第1次迭代的系数向量a1通过式(5)计算得到，由正向扰动下的系数向量a1+拟合正向扰动点目标图像；
12、a1+＝a0+δδa1 (1)
13、
14、
15、其中，ψ1+正向扰动相位，a0为初始zernike系数向量，n为zernike系数的最高阶数，zn为zernike多项式基底，i为虚数单位，f为傅里叶变换算子，a(x，y)为模拟光瞳可由相机采样率参数计算，参数δ为扰动向量的增益参数；
16、计算正向扰动此时的目标评价函数
17、
18、同上公式(1)，用初始zernike系数向量a0减去第1次扰动向量δa1形成a1-，通过式(3)，拟合负向扰动点目标图像，再通过式(4)计算负向扰动此时的目标评价函数
19、步骤2)、根据第1次的zernike系数向量的扰动向量和两次扰动目标评价函数值由下式(5)更新第1次迭代得到的zernike系数向量,评价函数变化量其中γ为更新系数向量的增益系数：
20、
21、计算此时的波前相位ψ1及模拟成像图像
22、
23、计算此次迭代的目标评价函数并记录数值：
24、
25、步骤3)、进入第2次迭代，以第1次迭代更新的zernike系数向量为基础，生成新的随机扰动向量δa2，迭代过程同第1次，观察迭代拟合的实时的畸变图像以及目标评价函数曲线，逐步缩小拟合的畸变图像与真实畸变图像之间差距，设：
26、σk＝mk-mk-1，(k≥2) (8)
27、当进入第k次迭代时，继续更新当不满足终止条件时，更新k继续循环迭代；当满足终止条件σk≈0时，迭代终止，输出此时迭代出的zernike系数向量，利用迭代出的zernike系数向量减去初始的系数向量a0即为检测出的该波段成像光路的静态像差值。
28、进一步，步骤(2)中的ccd畸变图像做预处理，具体包括减去相机暗场图像、以图像质心为中心裁剪、取log变换等。
29、本专利技术所述步骤(1)中，需要获取ao系统部分校正闭环后波前传感器的残余像差信息，以及所用相机成像的相关参数，以备后续拟合点源畸变图像；步骤(2)中，需要利用所测量的ao系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(1)中，通过多波段大口径地基天文望远镜配备的自适应光学系统中的波前传感器获取的部分校正后的残余像差数据，然后获取所测量波段的CCD相机畸变图像。
3.根据权利要求2所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(2)中，待测波段成像光路的CCD相机畸变图像为Im(u，v)，其中u，v是远场图像坐标，将残余像差数据转换成Zernike模式表示，初始Zernike相位为φ0(x，y)，其中x，y为近场图像坐标，初始Zernike系数向量为a0＝βn。
4.根据权利要求3所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(3)中的离线随机并行梯度下降迭代算法具体为：
5.根据权利要求1所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(2)中的CCD畸变图像做预处理，具体包括减去相机暗场图像、
...【技术特征摘要】
1.一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(1)中，通过多波段大口径地基天文望远镜配备的自适应光学系统中的波前传感器获取的部分校正后的残余像差数据，然后获取所测量波段的ccd相机畸变图像。
3.根据权利要求2所述的一种波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法，其特征在于，步骤(2)中，待测波段成像光路的ccd相机畸变图像为im(u，v)，其中u，v是...
【专利技术属性】
技术研发人员：张赐宝，钟立波，饶长辉，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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