一种高灵敏度的波形重构方法及装置与流程

1.本发明涉及波前重构的技术领域，尤其涉及一种高灵敏度的波形重构方法及装置。


背景技术：

2.波前探测是自适应光学系统的核心组成部分之一，直接决定了自适应光学系统的整体性能。
3.目前主要的检测方式是使用夏克-哈特曼波前探测器，其中波前探测器主要由微透镜阵列和高速ccd组成，在检测时，由于探测波面经微透镜阵列分割并聚焦到ccd焦面上，然后确定光斑在焦面上的质心，最后基于波前重构算法和质心位置可以得到探测波前。
4.但目前常用的检测方式有如下技术问题：一旦探测的波面为畸变的探测波面时，ccd焦面上的光斑分布也是偏离理想位置，从而形成了不规则的光斑分布。当畸变波前变形较大，其光斑的质心可能超出微透镜口径的尺寸或者各个质心之间的位置相互重叠交错，若直接采集质心位置进行重构波形，探测波前与实际的误差较大，准确率较低。


技术实现要素：

5.本发明提出一种高灵敏度的波形重构方法及装置，所述方法可以多次提取不同的质心位置，并计算质心位置与理想质心位置之间的偏移量，结合偏移量进行波前重构，以减少重构波形的误差，提高构建波形的准确率。
6.本发明实施例的第一方面提供了一种高灵敏度的波形重构方法，所述方法适用于所探测的ccd焦面设有若干个集合区域，每个结合区域有至少一个微透镜口径区域，所述方法包括：
7.从每个所述集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标，得到多个当前质心位置坐标；
8.计算每个所述当前质心位置坐标与对应的理想质心位置坐标的位置差值；
9.利于所述位置差值计算波形的复原波前相位；
10.将所述复原波前相位代入重构波形算法重构波形。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述位置差值的计算如下式所示：
[0012][0013][0014]
其中，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，δw
x
为入射波前在x轴方向偏移距离，δwy为入射波前在y轴方向偏移距离，s
x
为x轴方向的波前斜率，sy为y轴方向的波前斜率，f表示透镜焦距，d为单个微透镜口径区域的直径，
△
x为
入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在x方向上的偏移量，
△
y为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在y方向上的偏移量。
[0015]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述复原波前相位的计算如下式所示：
[0016][0017]
其中，δw(x,y)为实际波前相位，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，i为x方向的单位向量，j为y方向的单位向量。
[0018]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述从每个所述集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标，得到多个当前质心位置坐标，包括：
[0019]
依次在所述若干个集合区域中筛选一个待提取的集合区域，并将若干个非提取的集合区域遮挡；
[0020]
从每个所述待提取的集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标；
[0021]
将每个所述待提取的集合区域对应的当前质心位置坐标重叠在ccd焦面，得到多个当前质心位置坐标。
[0022]
本发明实施例的第二方面提供了一种高灵敏度的波形重构装置，所述装置适用于所探测的ccd焦面设有若干个集合区域，每个结合区域有至少一个微透镜口径区域，所述装置包括：
[0023]
提取模块，用于从每个所述集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标，得到多个当前质心位置坐标；
[0024]
计算模块，用于计算每个所述当前质心位置坐标与对应的理想质心位置坐标的位置差值；
[0025]
复原模块，用于利于所述位置差值计算波形的复原波前相位；
[0026]
重构模块，用于将所述复原波前相位代入重构波形算法重构波形。
[0027]
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述位置差值的计算如下式所示：
[0028][0029][0030]
其中，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，δw
x
为入射波前在x轴方向偏移距离，δwy为入射波前在y轴方向偏移距离，s
x
为x轴方向的波前斜率，sy为y轴方向的波前斜率，f表示透镜焦距，d为单个微透镜口径区域的直径，
△
x为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在x方向上的偏移量，
△
y为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在y方向上的偏移量。
[0031]
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述复原波前相位的计算如下式所示：
[0032][0033]
其中，δw(x,y)为实际波前相位，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，i为x方向的单位向量，j为y方向的单位向量。
[0034]
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述提取模块还用于：
[0035]
依次在所述若干个集合区域中筛选一个待提取的集合区域，并将若干个非提取的集合区域遮挡；
[0036]
从每个所述待提取的集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标；
[0037]
将每个所述待提取的集合区域对应的当前质心位置坐标重叠在ccd焦面，得到多个当前质心位置坐标。
[0038]
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种高灵敏度的波形重构方法及装置，其有益效果在于：本发明可以通过计算每个质心位置与其对应的理想质心位置之间的位置差值，利于所述位置差值计算波形的复原波前相位，在利用复原波前相位代入重构波形算法重构波形，可以有效提高重构波形的准确率，降低因畸形波形而造成的误差，同时也可以提高波前探测的灵敏度与探测范围，另外，通过遮挡部分质心位置来提取其它质心位置的方式，也可以简化光斑质心提取方式，提升质心提取的准确率。
附图说明
[0039]
图1是本发明一实施例提供的微透镜阵列的结构示意图；
[0040]
图2是本发明一实施例提供的光斑分布的结构示意图；
[0041]
图3是本发明一实施例提供的一种高灵敏度的波形重构方法的流程示意图；
[0042]
图4是本发明一实施例提供的ccd焦面的结构示意图；
[0043]
图5是本发明一实施例提供的待提取的集合区域与非提取的集合区域的结构示意图一；
[0044]
图6是本发明一实施例提供的待提取的集合区域与非提取的集合区域的结构示意图二；
[0045]
图7是本发明一实施例提供的重叠后的当前质心位置坐标的结构示意图；
[0046]
图8是本发明一实施例提供的一种高灵敏度的波形重构装置的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
目前主要的检测方式是使用夏克-哈特曼波前探测器，其中波前探测器主要由微透镜阵列和高速ccd组成，在检测时，由于探测波面经微透镜阵列分割并聚焦到ccd焦面上，然后确定光斑在焦面上的质心，最后基于波前重构算法和质心位置可以得到探测波前。
[0049]
具体地，参照图1-2，分别示出了本发明一实施例提供的微透镜阵列的结构示意图和本发明一实施例提供的光斑分布的结构示意图。
[0050]
参照图1-2可知，目前常用的检测方式有如下技术问题：一旦探测检测的波面为畸变的探测波面时，ccd焦面上的光斑分布也是偏离理想位置，从而形成了不规则的光斑分布。当畸变波前变形较大，其光斑的质心可能超出微透镜口径的尺寸或者各个质心之间的位置相互重叠交错，若直接采集质心位置进行重构波形，探测波前与实际的误差较大，准确率较低。
[0051]
为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本技术实施例提供的一种高灵敏度的波形重构方法进行详细介绍和说明。
[0052]
参照图3-4，分别示出了本发明一实施例提供的一种高灵敏度的波形重构方法的流程示意图。
[0053]
在本实施例中，所述高灵敏度的波形重构方法适用于所探测的ccd焦面设有若干个集合区域，每个结合区域有至少一个微透镜口径区域。
[0054]
具体地，参照图4，在一可选的实施例中，ccd焦面设有4个微透镜口径区域，分别为
①
、
②
、
③
、
④
；可以将
①
和
④
这两个微透镜口径区域作为一个集合区域，将
②
和
③
这两个微透镜口径区域作为另一个集合区域。
[0055]
其中，作为示例的，所述高灵敏度的波形重构方法，可以包括：
[0056]
s11、从每个所述集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标，得到多个当前质心位置坐标。
[0057]
在实际操中，通过划分不同高度集合区域在提取区域内光斑的质心位置坐标，可以避免相邻的光斑的质心掉乱，以提高采集的准确率。
[0058]
根据前文叙述可知，当探测的波面为畸变的探测波面时，ccd焦面上的光斑分布不但偏离理想位置，而且相邻或不同的光斑的质心相互之间的位置相互重叠交错，例如，a光斑的质心分布在d光斑的微透镜口径区域，以误导用户以为d光斑的微透镜口径区域的质心是d光斑的。
[0059]
为了避免上述情况，其中，作为示例的，步骤s11可以包括以下子步骤：
[0060]
s111、依次在所述若干个集合区域中筛选一个待提取的集合区域，并将若干个非提取的集合区域遮挡。
[0061]
s112、从每个所述待提取的集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标。
[0062]
s113、将每个所述待提取的集合区域对应的当前质心位置坐标重叠在ccd焦面，得到多个当前质心位置坐标。
[0063]
具体地，以图4的4个微透镜口径区域作一实际例子进行说明。
[0064]
参照图5-7，分别示出了本发明一实施例提供的待提取的集合区域与非提取的集合区域的结构示意图一、本发明一实施例提供的待提取的集合区域与非提取的集合区域的结构示意图二和本发明一实施例提供的重叠后的当前质心位置坐标的结构示意图。
[0065]
在实际操作中，可以将
②
和
③
两个微孔遮挡，让
①
和
④
两孔透光，使得光斑可以坐落在
①
和
④
的微透镜口径区域或其附近的微透镜口径区域，然后记录此时畸变波前光斑及光斑质心位置，如图5所示；
[0066]
接着将
①
和
④
两个微孔遮挡，让
②③②
和
③
两个微孔透光，记录此时畸变波前光斑及光斑质心位置，如图6所示；
[0067]
最后将两组质心位置拼接到一起，如图7所示。
[0068]
通过上述操作方式，可以避免因质心坐落在不同微透镜口径区域而误导用户的情况，能进一步提高后续重构的准确率。
[0069]
s12、计算每个所述当前质心位置坐标与对应的理想质心位置坐标的位置差值。
[0070]
具体地，分别计算其每个质心位置与所坐落的微透镜口径区域的中心位置(质心的理想位置)。
[0071]
在一可选的实施例中，所述位置差值的计算如下式所示：
[0072][0073][0074]
其中，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，δw
x
为入射波前在x轴方向偏移距离，δwy为入射波前在y轴方向偏移距离，s
x
为x轴方向的波前斜率，sy为y轴方向的波前斜率，f表示透镜焦距，d为单个微透镜口径区域的直径，
△
x为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在x方向上的偏移量，
△
y为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在y方向上的偏移量。
[0075]
s13、利于所述位置差值计算波形的复原波前相位。
[0076]
在其中一种的实施例中，所述复原波前相位的计算如下式所示：
[0077][0078]
其中，δw(x,y)为实际波前相位，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，i为x方向的单位向量，j为y方向的单位向量。
[0079]
s14、将所述复原波前相位代入重构波形算法重构波形。
[0080]
在本实施例中，本发明实施例提供了一种高灵敏度的波形重构方法，其有益效果在于：本发明可以通过计算每个质心位置与其对应的理想质心位置之间的位置差值，利于所述位置差值计算波形的复原波前相位，在利用复原波前相位代入重构波形算法重构波形，可以有效提高重构波形的准确率，降低因畸形波形而造成的误差，同时也可以提高波前探测的灵敏度与探测范围，另外，通过遮挡部分质心位置来提取其它质心位置的方式，也可以简化光斑质心提取方式，提升质心提取的准确率。
[0081]
本发明实施例还提供了一种高灵敏度的波形重构装置，参见图8，示出了本发明一实施例提供的一种高灵敏度的波形重构装置的结构示意图。
[0082]
所述装置适用于所探测的ccd焦面设有若干个集合区域，每个结合区域有至少一个微透镜口径区域。
[0083]
其中，作为示例的，所述高灵敏度的波形重构装置可以包括：
[0084]
提取模块801，用于从每个所述集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标，得到多个当前质心位置坐标；
[0085]
计算模块802，用于计算每个所述当前质心位置坐标与对应的理想质心位置坐标的位置差值；
[0086]
复原模块803，用于利于所述位置差值计算波形的复原波前相位；
[0087]
重构模块804，用于将所述复原波前相位代入重构波形算法重构波形。
[0088]
可选地，所述位置差值的计算如下式所示：
[0089][0090][0091]
其中，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，δw
x
为入射波前在x轴方向偏移距离，δwy为入射波前在y轴方向偏移距离，s
x
为x轴方向的波前斜率，sy为y轴方向的波前斜率，f表示透镜焦距，d为单个微透镜口径区域的直径，
△
x为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在x方向上的偏移量，
△
y为入射波前通过微孔后，畸变光斑质心相对于理想光斑质心在y方向上的偏移量。
[0092]
可选地，所述复原波前相位的计算如下式所示：
[0093][0094]
其中，δw(x,y)为实际波前相位，为入射波前的x轴方向，为入射波前的y轴方向，i为x方向的单位向量，j为y方向的单位向量。
[0095]
可选地，所述提取模块还用于：
[0096]
依次在所述若干个集合区域中筛选一个待提取的集合区域，并将若干个非提取的集合区域遮挡；
[0097]
从每个所述待提取的集合区域所包含的微透镜口径区域中提取当前质心位置坐标；
[0098]
将每个所述待提取的集合区域对应的当前质心位置坐标重叠在ccd焦面，得到多个当前质心位置坐标。
[0099]
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为方便的描述和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0100]
进一步的，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例所述的高灵敏度的波形重构方法。
[0101]
进一步的，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述实施例所述的高灵敏度的波形重构方法。
[0102]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。