一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法

本发明涉及波前探测，具体涉及一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，属于缺光情况下的多帧阵列图像融合新方法，可较好的解决湍流较严重时阵列图像局部缺光导致波前探测不准确的问题。

背景技术：

1、近年来，自适应光学技术正被越来越多的用在激光大气传输的光学系统中，用于实时校正由大气湍流扰动引起的随机波前相位畸变，提高光束质量。激光束在大气传输过程中受到大气湍流扰动的影响，其波前将发生畸变。自适应校正系统利用波前传感器对波前畸变进行实时探测，畸变信号再经波前控制器处理后产生控制信号，以驱动变形镜产生与探测到的畸变波前大小相等、符号相反的波前校正量，从而对受到大气湍流扰动影响的畸变波前进行实时补偿。

2、然而，激光在大气中传输时，由于受到大气湍流效应的影响，致使到达目标的光斑扩展，能量集中度下降，并可能出现一些振幅近似为零的点，在这些点被称为相位不连续点，导致波前传感器得到的阵列图像出现局部缺光现象，如图1所示。

3、局部缺光的阵列图像会严重干扰波前探测的准确性，从而使得后续的变形镜控制信号不连续，导致波前畸变校正失败。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：激光在大气中传输时由于强湍流影响产生相位不连续点，造成波前传感器得到的阵列光斑图像出现局部缺光导致波前探测不准确。本发明针对上述局部缺光问题，提出了一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，通过将多帧图像融合在一起，从中选出可用的子孔径光斑图像，实现对缺光部分的补全，从而得到完整的阵列图像。

2、本发明要解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤(1)、快速调制相机曝光参数，获取数帧不同曝光条件下的图像；其中，相机曝光的调制速度大于湍流的时间特征变化速度，保证每一次湍流的变化都能获取足够多张的、不同曝光情况下的阵列图片；

5、步骤(2)、使用边缘检测算法从每帧图像中提取出子孔径光斑图像，实现对阵列光斑图像的降噪；

6、步骤(3)、基于形态学原理对提取出来的每帧图像中的子孔径光斑图像进行筛选，从中选出符合要求的子孔径图案；

7、步骤(4)、根据湍流的时间特性选取每一次湍流变化对应的多帧图像，将每帧提取出的合格子孔径光斑图像融合为一帧图像，实现对缺光部分的补全。

8、进一步的，所述步骤(2)通过提取阵列图像中子光斑部分来抑制图像中噪声。

9、进一步的，所述步骤(3)对子孔径光斑图像的形状、对称性、圆度进行评估，从中选出符合要求的子孔径光斑图像。

10、本发明与现有技术相比具有如下优点：1、本发明可解决因相位不连续点导致的波前传感器阵列光斑图像出现局部缺光问题；2、本发明提出了子光斑提取和评估相结合的降噪方法。通过提取阵列图像中子光斑并基于形状、对称性、圆度进行评估来进行噪声抑制和筛选，最终降噪效果远优于传统降噪方法；

技术特征：

1.一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，其特征在于，所述步骤(2)通过提取阵列图像中子光斑部分来抑制图像中噪声，并通过多曝光图像融合的方法填补子孔径缺光部分。

3.根据权利要求1所述一种子孔径质量评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过对子孔径光斑图像的形状、对称性、圆度进行评估，从中选出符合要求的子孔径图案。

技术总结
本发明公开一种基于边缘分割和图像融合的波前探测方法，涉及波前探测技术领域。激光在大气中传输时，受到大气湍流效应的影响，到达目标是光斑扩展，能量集中度下降，并可能出现一些振幅近似为零的点，这些点被称为相位不连续点。相位不连续点会导致波前传感器得到的阵列图像出现局部缺光现象。本发明通过将多帧图像融合在一起，从中选出可用的子孔径光斑图像，实现对缺光部分的补全，从而得到完整的阵列图像。本发明可较好的解决湍流较严重时阵列图像局部缺光导致波前探测不准确的问题。

技术研发人员：金睿焱,高泽宇,王帅,杨平
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15