本发明专利技术属于自适应光学技术领域，涉及大气通道光波前的探测信号到位相数字信号的数据传输与计算，是一种适用于液晶自适应光学系统的快速波前重构方法。该方法利用Zernike模式的奇偶性，将Zernike模式矩阵按照四个象限分成四个子矩阵；选择其中一个子矩阵为根矩阵存入显存，并确定根矩阵与其它三个子矩阵的变换关系；然后将显存中预存的根矩阵读取到GPU的共享内存中，并与测得的未知波前的Zernike模式系数列向量进行矩阵乘法，即可重构出与液晶波前校正器像素面阵对应的位相波前。该方法理论上可节约3/4的波前重构时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自适应光学
，涉及大气通道光波前的探测信号到位相数字信 号的数据传输与计算，特别是一种基于krnike模式重构波前的快速处理方法，适用于大 数据量的液晶自适应光学系统，具体地说是一种适用于液晶自适应光学系统的快速波前重 构方法。
技术介绍
地基望远镜上的自适应波前校正成像系统已成为保障其分辨率的重要设施。液 晶波前校正器的驱动单元(像素)数可达百万个，空间校正频率很高，很有希望应用于10 米以上口径大型望远镜的波前校正自适应光学系统中。但是校正器驱动单元数的增多，会 使波前数据处理量增加。尤其液晶波前校正器的像素与波前探测器的子单元不对应，需用 Zernike多项式拟合探测信号，即在液晶自适应光学系统的控制主机中以液晶波前校正器 的像素面阵为波前位相分布的位置坐标系，对应这个位置坐标系，并将krnike多项式每 项前面的系数(前置系数)取为1个波长，计算出Zernike多项式的每一项位相分布，称为 Zernike多项式相应项的模式波前。这些模式波前数据为预存数据，无需即时处理，但看得 出液晶波前校正器的像素越多预存数据量越大。用这些波前模式的线性组合拟合波前探测 信号，可以得出被测波前的Zernike模式系数列向量A，然后依据下式的矩阵乘法重构出被 测波前位相矩阵Φ的表达式权利要求1. 一种适用于液晶自适应光学系统的快速波前处理方法，首先在液晶自适应光学系统 的控制主机中以液晶波前校正器的像素面阵为波前位相分布的位置坐标系，将krnike多 项式每项前面的系数取为1个波长，计算出Zernike多项式的每一项即每一模式的位相分 布；这些krnike模式波前数据为预存数据，用这些波前模式的线性组合拟合波前探测信 号，得出被测波前的Zernike模式系数列向量A，然后依据下式的矩阵乘法重构出被测波前 位相矩阵Φ的表达式2.根据权利要求1所述的用于液晶自适应光学系统的快速波前处理方法，其特征是按 照如下步骤进行1)确定krnike模式数采用krnike多项式的前k+Ι项，并去掉平面波特性的第一项，共有kfkrnike模式， 即Zij中的j = 1，……，k; 2)建立krnike模式矩阵首先在液晶波前校正器的像素面阵上限定通光圆截面，圆内包含h个像素，并被分 为直角坐标系的四个象限；通光谱段的中心波长确定后，对应这个圆面上像素位置建立 Zernike阵 矩 式3.根据权利要求2所述的用于液晶自适应光学系统的快速波前处理方法，其特征是(1)采用Zernike多项式前36项，并去掉平面波特性的第一项，即j= 1，……，35，共 有；35个Zernike模式；(2)所用液晶校正器具有512X512个像素，在此像素阵列上做内切圆，限定内切圆为 通光截面，圆内包含的像素数h = 205892，每个象限中各有51473个像素，每个像素的数据 占用2个字节，所以根矩阵的数据量为51473X35X2字节；(3)使用nVidia公司生产的Geforce9800GTX GPU，具有16个统称为多处理器的核处 理器，每个多处理器中有8个流处理器，流处理器频率1688MHz，峰值计算速度216 X 109/s 乘加运算；显存频率1100MHz，显存位宽256位，显存带宽70. 4GB/s ；(4)选取通光谱段的中心波长λ为785nm，按照步骤幻所述的方法建立krnike模式全文摘要本专利技术属于自适应光学
，涉及大气通道光波前的探测信号到位相数字信号的数据传输与计算，是一种。该方法利用Zernike模式的奇偶性，将Zernike模式矩阵按照四个象限分成四个子矩阵；选择其中一个子矩阵为根矩阵存入显存，并确定根矩阵与其它三个子矩阵的变换关系；然后将显存中预存的根矩阵读取到GPU的共享内存中，并与测得的未知波前的Zernike模式系数列向量进行矩阵乘法，即可重构出与液晶波前校正器像素面阵对应的位相波前。该方法理论上可节约3/4的波前重构时间。文档编号G06F17/16GK102147530SQ20111007906公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日专利技术者刘永刚, 宣丽, 彭增辉, 曹召良, 李大禹, 穆全全, 胡立发, 鲁兴海 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适用于液晶自适应光学系统的快速波前处理方法，首先在液晶自适应光学系统的控制主机中以液晶波前校正器的像素面阵为波前位相分布的位置坐标系，将Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式每项前面的系数取为１个波长，计算出Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式的每一项即每一模式的位相分布；这些Ｚｅｒｎｉｋｅ模式波前数据为预存数据，用这些波前模式的线性组合拟合波前探测信号，得出被测波前的Ｚｅｒｎｉｋｅ模式系数列向量Ａ，然后依据下式的矩阵乘法重构出被测波前位相矩阵Φ的表达式：Φ＝Ｚ·Ａ（１）式中为上述预存的Ｚｅｒｎｉｋｅ模式波前位相矩阵，矩阵元的下角标ｋ为列的数目、对应Ｚｅｒｎｉｋｅ模式的数目，ｈ为行的数目、对应液晶波前校正器的像素数。这种适用于液晶自适应光学系统的快速波前处理方法的特征是：将Ｚｅｒｎｉｋｅ模式分成余弦模式和正弦模式，Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式的表达形式分为余弦多项式和正弦多项式，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｔｈｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｃｏｓ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ＆ｔｈｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｌｅ；（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｔｈｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｓｉｎ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ＆ｔｈｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，表达式（２）为余弦多项式，表达式（３）为正弦多项式。式中下角标ｎ为阶数，只取正整数包括０，按照从小到大依次排序。在同一阶ｎ中含有角频率数ｍ从负到正、从小到大依次排序的模式，ｍ也只取整数；而且ｎ－｜ｍ｜为正偶数包括０；在直角坐标系中余弦多项式（２）是关于ｙ的偶函数，且当ｍ分别为奇、偶数时，其多项式是关于ｘ的奇、偶函数；正弦多项式（３）是关于ｙ的奇函数，且当ｍ分别为奇、偶数时，其多项式是关于ｘ的偶、奇函数；余弦多项式（２）和正弦多项式（３）的奇偶对称性，对于任一Ｚｅｒｎｉｋｅ模式，在第一象限（ｘ＞０，ｙ＞０）上任意一点Φ（ｘ，ｙ），其对应第二象限上一点Φ（－ｘ，ｙ）、第三象限上一点Φ（－ｘ，－ｙ）以及第四象限上一点Φ（ｘ，－ｙ），具有以下关系：对于ｍ为奇数的余弦模式，Φ（ｘ，ｙ）＝－Φ（－ｘ，ｙ）＝－Φ（－ｘ，－ｙ）＝Φ（ｘ，－ｙ）；对于ｍ为偶数的余弦模式，Φ（ｘ，ｙ）＝Φ（－ｘ，ｙ）＝Φ（－ｘ，－ｙ）＝Φ（ｘ，－ｙ）；对于ｍ为奇数的正弦模式，Φ（ｘ，ｙ）＝Φ（－ｘ，ｙ）＝－Φ（－ｘ，－ｙ）＝－Φ（ｘ，－ｙ）；对于ｍ为偶数的余弦模式，Φ（ｘ，ｙ）＝－Φ（－ｘ，ｙ）＝Φ（－ｘ，－ｙ）＝－Φ（ｘ，－ｙ）；据此将Ｚｅｒｎｉｋｅ模式矩阵Ｚ对应四个象限分成四个子矩阵，选择其中一个子矩阵的数据存入显存；即时做波前重构处理时，将显存中预存的子矩阵数据传输到ＧＰＵ的共享内存中，ＧＰＵ的核处理器利用奇偶对称关系算出其它三个子矩阵上的对称元素；再根据表达式...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宣丽，李大禹，曹召良，胡立发，穆全全，彭增辉，刘永刚，鲁兴海，
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：82
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