為了探究激光的特性,激光波前探測(cè)是方法之一。基于PD法的激光波前探測(cè)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單,能檢測(cè)連續(xù)變化和非連續(xù)變化的波前畸變等優(yōu)點(diǎn),然而在波前探測(cè)的過程中會(huì)受到諸多因素干擾,導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差甚至錯(cuò)誤,因此對(duì)PD法激光波前探測(cè)的適應(yīng)性問題進(jìn)行分析和消除有著重要意義。本文對(duì)波前探測(cè)過程中主要的誤差因素進(jìn)行適應(yīng)性分析并給出了對(duì)應(yīng)的誤差消除方法,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)PD法激光波前探測(cè)理論展開研究,在其理論基礎(chǔ)上確定基于PD法激光波前探測(cè)的基本數(shù)學(xué)模型。采用無約束最優(yōu)化方法求解未知的波前圖像。(2)對(duì)PD法激光波前探測(cè)進(jìn)行離焦量誤差、圖像噪聲誤差、圖像配準(zhǔn)誤差和圖像采樣適應(yīng)性分析和消除。針對(duì)離焦量誤差問題,優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),并根據(jù)幾何光學(xué)的知識(shí)直接求解離焦量;針對(duì)圖像噪聲誤差問題,通過減去圖像噪聲基線的方式對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理,并引入迭代參量對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;針對(duì)圖像配準(zhǔn)誤差問題,先對(duì)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn),之后使用基于最小二乘的曲面擬合與梯度結(jié)合的方法對(duì)圖像進(jìn)行精配準(zhǔn);針對(duì)圖像采樣問題,給出了Q_(min)≥2的采樣條件。(3)進(jìn)行波前探測(cè)仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證本文誤差消除算法的可行性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:對(duì)于離焦量誤差,將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)法與計(jì)算離焦法相結(jié)合對(duì)離焦誤差的消除效果最好,相比于未誤差處理的波前殘差RMS值平均優(yōu)化了0.06λ;對(duì)于圖像噪聲誤差,將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)法與圖像預(yù)處理法相結(jié)合對(duì)圖像噪聲誤差的消除效果最好,相比于未誤差處理的波前殘差RMS值平均優(yōu)化了0.23λ;對(duì)于圖像配準(zhǔn)誤差,將曲面擬合法與梯度法相結(jié)合對(duì)配準(zhǔn)誤差的消除效果最好,相比于未誤差處理的波前殘差RMS值平均優(yōu)化了1.00λ。綜合法波前探測(cè)的精度達(dá)到0.03λ,為激光波前探測(cè)的工程應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN249
【部分圖文】：

4圖 1.1 論文主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖第 1 章：緒論。首先闡述對(duì) PD 法激光波前探測(cè)適應(yīng)性問題的分析與消除的研究背景和意義，然后論述 PD 法波前探測(cè)相關(guān)的誤差消除方法的研究現(xiàn)狀，最后對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容做出具體的安排。

計(jì)算子光斑質(zhì)心偏移的多少來實(shí)現(xiàn)的。隨著夏克-哈特曼波前探測(cè)器的發(fā)可以對(duì)非相干成像系統(tǒng)也適用的相關(guān)哈特曼波前傳感器。它的工作原理光斑的質(zhì)心偏移來對(duì)波前進(jìn)行探測(cè)，但不同的是它通過計(jì)算隨機(jī)選定的像與在每個(gè)子孔徑內(nèi)被擴(kuò)展的目標(biāo)圖像之間的相關(guān)程度來實(shí)現(xiàn)的。夏克-測(cè)器應(yīng)用廣泛的原因是具備了計(jì)算速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量利用率技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但是，夏克-哈特曼波前探測(cè)器具有很多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也，比如在復(fù)原波前的結(jié)果中會(huì)存在采樣誤差以及截?cái)嗾`差，因此該類波測(cè)目標(biāo)光強(qiáng)閃爍、空間頻率較大的非連續(xù)像差時(shí)會(huì)受到一些局限性[16-18]

圖 2.3 相位恢復(fù)法波前探測(cè)器原理圖2.1.4 相位差法波前探測(cè)器PD 技術(shù)的基本原理是采集包含已知相位差異信息的一對(duì)圖像，要求該對(duì)圖曝光并且同時(shí)采集，之后用于迭代的優(yōu)化模型要通過極大似然估計(jì)理論構(gòu)建，合恢復(fù)目標(biāo)圖像和對(duì)波前相位信息進(jìn)行探測(cè)。已知的相位差信息通常由焦面和之間的離焦量產(chǎn)生的光程差轉(zhuǎn)換而得。圖 2.4 為相位差法波前探測(cè)器原理圖，CD1 和 CCD2 分別是焦面和離焦面的兩個(gè)采像通道，采集圖像的通道數(shù)量可以際的工程情況進(jìn)行增加。目標(biāo)發(fā)出的光束進(jìn)入成像系統(tǒng)后，經(jīng)分光棱鏡在兩個(gè)道上同時(shí)成像，將采集下來的一組離焦圖像和已測(cè)得的離焦量作為已知條件結(jié)束最優(yōu)化方法即可估計(jì)出波前的相位信息[24-25]。相位差法波前探測(cè)器的很多優(yōu)點(diǎn)是其他波前探測(cè)器所沒有的，比如它不存在路誤差并且對(duì)目標(biāo)沒有太高要求，它既可以對(duì)點(diǎn)源目標(biāo)進(jìn)行波前探測(cè)也可以對(duì)標(biāo)進(jìn)行波前探測(cè)，除此之外它還具有光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，元件成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。與前探測(cè)器相同的是相位差法波前探測(cè)器也具有一些缺點(diǎn)，例如算法的復(fù)雜度高

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2822565