本文關鍵詞：基于CMOS相機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】：自適應光學系統(tǒng)是一個涉及光、機、電、算的復雜系統(tǒng)。無論在設計前期還是在使用中都會遇到大量棘手問題。具體而言,在設計前期,會有光學系統(tǒng)器件參數(shù)選取的問題,電控系統(tǒng)電路參數(shù)設計的問題;在使用過程中,會有系統(tǒng)軟硬件或算法更新后,系統(tǒng)性能驗證的問題。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)的設計提供依據(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設計,闡述系統(tǒng)關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,在前輩工作的基礎上提出了相關的優(yōu)化方法。主要包括:在研究哈特曼傳感器數(shù)理模型的基礎上,根據(jù)CMOS圖像傳感器的特點,對哈特曼傳感器子光斑圖像生成過程進行更精確的優(yōu)化仿真建模,詳細分析了在考慮填充系數(shù)(或占空比)時,利用區(qū)域均值的方法計算像素值以逼近實際。針對波前相位起伏,按Kolmogonov功率譜模型對波前相位起伏做出模擬。針對波前傳感器成像光斑閃爍現(xiàn)象,按Rytov方差對波前光強起伏做出模擬。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。仿真平臺方面,探索了平臺搭建與軟硬件設計的基本方法,為將來實時仿真系統(tǒng)的搭建與設計提供依據(jù)。目前本文主要完成了對哈特曼傳感器的建模優(yōu)化;以及基于DDR3存儲器與光模塊為基礎的仿真平臺硬件設計;初步完成了基于FPGA的主控模塊圖像存儲與流控設計;完成了基于Qt的上位機仿真演示與通信軟件編寫。
【關鍵詞】：自適應光學 蒙特卡洛仿真 哈特曼波前傳感器 仿真平臺 FPGA Qt
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 致謝4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 引言9-14
• 1.1 自適應光學簡介9
• 1.2 自適應光學系統(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 本文的研究內(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)心偏移計算誤差25-27
• 3.5 CMOS圖像傳感器像元填充系數(shù)對數(shù)值模擬的影響27-30
• 3.6 CMOS圖像傳感器曝光時間對數(shù)值模擬的影響30-33
• 3.7 光強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 仿真驗證硬件平臺36-43
• 4.1 仿真平臺36-37
• 4.2 系統(tǒng)原理及組成37-38
• 4.3 存儲模塊38-40
• 4.4 SFP光模塊40-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 5 仿真驗證平臺軟件設計43-58
• 5.1 基于FPGA的圖像存儲與流控設計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的上位機軟件設計56-57
• 5.2.1 跨平臺應用軟件開發(fā)工具Qt56
• 5.2.2 上位機軟件架構(gòu)與圖形用戶界面56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 6 系統(tǒng)驗證58-59
• 7 總結(jié)與展望59-60
• 參考文獻60-62
• 附錄A62-63
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果63

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