本文關(guān)鍵詞：基于CMOS相機(jī)的哈特曼傳感器建模優(yōu)化與仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)涉及光、機(jī)、電、算的復(fù)雜系統(tǒng)。無論在設(shè)計(jì)前期還是在使用中都會(huì)遇到大量棘手問題。具體而言,在設(shè)計(jì)前期,會(huì)有光學(xué)系統(tǒng)器件參數(shù)選取的問題,電控系統(tǒng)電路參數(shù)設(shè)計(jì)的問題;在使用過程中,會(huì)有系統(tǒng)軟硬件或算法更新后,系統(tǒng)性能驗(yàn)證的問題。蒙特卡洛仿真提供了高效和可靠的解決上述問題的辦法,并為新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文將立足于蒙特卡洛仿真的數(shù)據(jù)源生成過程與仿真平臺(tái)設(shè)計(jì),闡述系統(tǒng)關(guān)鍵儀器哈特曼波前傳感器的建模方法并分析數(shù)值模擬精度的同時(shí),在前輩工作的基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的優(yōu)化方法。主要包括:在研究哈特曼傳感器數(shù)理模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)CMOS圖像傳感器的特點(diǎn),對(duì)哈特曼傳感器子光斑圖像生成過程進(jìn)行更精確的優(yōu)化仿真建模,詳細(xì)分析了在考慮填充系數(shù)(或占空比)時(shí),利用區(qū)域均值的方法計(jì)算像素值以逼近實(shí)際。針對(duì)波前相位起伏,按Kolmogonov功率譜模型對(duì)波前相位起伏做出模擬。針對(duì)波前傳感器成像光斑閃爍現(xiàn)象,按Rytov方差對(duì)波前光強(qiáng)起伏做出模擬。以上述模型為依據(jù),獲得了較為逼真的系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)源。仿真平臺(tái)方面,探索了平臺(tái)搭建與軟硬件設(shè)計(jì)的基本方法,為將來實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的搭建與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。目前本文主要完成了對(duì)哈特曼傳感器的建模優(yōu)化;以及基于DDR3存儲(chǔ)器與光模塊為基礎(chǔ)的仿真平臺(tái)硬件設(shè)計(jì);初步完成了基于FPGA的主控模塊圖像存儲(chǔ)與流控設(shè)計(jì);完成了基于Qt的上位機(jī)仿真演示與通信軟件編寫。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)光學(xué) 蒙特卡洛仿真 哈特曼波前傳感器 仿真平臺(tái) FPGA Qt
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 致謝4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 引言9-14
• 1.1 自適應(yīng)光學(xué)簡(jiǎn)介9
• 1.2 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)組成及工作原理9-10
• 1.3 本課題研究的背景及意義10-12
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)12-14
• 2 哈特曼波前傳感器14-19
• 2.1 波前傳感器簡(jiǎn)介14-15
• 2.2 CMOS圖像傳感器15-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3 數(shù)值建模與仿真優(yōu)化19-36
• 3.1 波前畸變19-21
• 3.2 哈特曼波前傳感器傅立葉光學(xué)模型21-22
• 3.3 哈特曼子光斑圖像的數(shù)值模擬22-25
• 3.4 質(zhì)心偏移計(jì)算誤差25-27
• 3.5 CMOS圖像傳感器像元填充系數(shù)對(duì)數(shù)值模擬的影響27-30
• 3.6 CMOS圖像傳感器曝光時(shí)間對(duì)數(shù)值模擬的影響30-33
• 3.7 光強(qiáng)分布不均與子光斑閃爍數(shù)值模擬的蒙特卡洛方法33-35
• 3.8 本章小結(jié)35-36
• 4 仿真驗(yàn)證硬件平臺(tái)36-43
• 4.1 仿真平臺(tái)36-37
• 4.2 系統(tǒng)原理及組成37-38
• 4.3 存儲(chǔ)模塊38-40
• 4.4 SFP光模塊40-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 5 仿真驗(yàn)證平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)43-58
• 5.1 基于FPGA的圖像存儲(chǔ)與流控設(shè)計(jì)43-56
• 5.1.1 可編程邏輯器件FPGA43
• 5.1.2 數(shù)據(jù)采集與串并轉(zhuǎn)換模塊43-44
• 5.1.3 輸入級(jí)流量控制模塊44-47
• 5.1.4 DDR3讀寫控制與尋址模塊47-51
• 5.1.5 高速串行數(shù)據(jù)收發(fā)模塊51-56
• 5.2 基于Qt的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)56-57
• 5.2.1 跨平臺(tái)應(yīng)用軟件開發(fā)工具Qt56
• 5.2.2 上位機(jī)軟件架構(gòu)與圖形用戶界面56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 6 系統(tǒng)驗(yàn)證58-59
• 7 總結(jié)與展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 附錄A62-63
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果63

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