發(fā)布時間：2021-10-04 21:19

　　大氣湍流會使在大氣中傳播的光波波前發(fā)生波平面任意畸變、強度隨機抖動和光束擴散等現(xiàn)象,從而影響觀測系統(tǒng)的成像質(zhì)量,自適應光學波前處理技術(shù)可以很好地克服這些問題。自適應光學系統(tǒng)由波前傳感器、波前處理器和波前校正器三部分組成,其中波前處理器必須完成大量實時運算,對處理速度有著極高的要求,本論文主要研究高速波前處理算法在FPGA （Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列）中的實現(xiàn)。首先,論文介紹了白適應光學系統(tǒng)的組成、發(fā)展以及應用,并闡述了波前處理算法的原理與內(nèi)容。波前處理算法主要包括圖像預處理、波前斜率計算、波前復原和波前控制運算四個部分,圖像預處理完成波前圖像去噪,波前斜率計算用于獲取光波波前的質(zhì)心偏移量,波前復原再將質(zhì)心偏移量轉(zhuǎn)化為波前誤差信息,波前控制運算根據(jù)波前誤差信息計算波前控制信號。其次,論文給出了完全基于FPGA平臺的高速波前處理解決方案。參數(shù)定標和幀格式設計完全根據(jù)算法的要求和系統(tǒng)的實際情況制定,算法程序整體采用模塊化設計降低各部分之間的耦合度,便于集成與調(diào)試,各模塊之間大量采用流水結(jié)構(gòu),減少處理單幀波前的時鐘數(shù)。最后,論文將基于FPGA... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 自適應光學系統(tǒng)的誕生與發(fā)展
    1.2 自適應光學系統(tǒng)的原理與組成
        1.2.1 波前傳感器
        1.2.2 波前校正器
        1.2.3 波前處理器
    1.3 自適應光學的應用
    1.4 自適應光學在中國的發(fā)展
    1.5 論文的研究背景和主要內(nèi)容
    1.6 論文的組織結(jié)構(gòu)
第二章 高速波前處理算法
    2.1 圖像去噪
    2.2 波前斜率計算
        2.2.1 記錄最亮值點
        2.2.2 計算實際質(zhì)心點
        2.2.3 通過質(zhì)心偏移求斜率元素
        2.2.4 減去平均值
    2.3 波前復原
        2.3.1 區(qū)域法
        2.3.2 直接波前斜率法
        2.3.3 澤尼克模式法
    2.4 波前控制運算
    2.5 算法的計算量分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 高速波前處理系統(tǒng)的方案設計
    3.1 處理對象與技術(shù)難點
    3.2 相機與波前圖像采集
    3.3 主要計算平臺的選擇
    3.4 軟件實現(xiàn)框架與芯片選型
    3.5 高速波前處理系統(tǒng)的總體框圖
    3.6 上位機
    3.7 DA
    3.8 算法的參數(shù)定標
    3.9 系統(tǒng)各部分的接口
        3.9.1 下位機與上位機的接口
        3.9.2 DSP與FPGA的接口
        3.9.3 兩塊FPGA之間的接口
    3.10 數(shù)據(jù)格式
        3.10.1 回傳圖像幀格式
        3.10.2 參考質(zhì)心坐標等參數(shù)的傳輸幀格式
        3.10.3 D矩陣數(shù)據(jù)傳輸幀格式
        3.10.4 兩塊FPGA之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷皆O計
    3.11 系統(tǒng)的運行流程
    3.12 本章小結(jié)
第四章 高速波前處理單元的Verilog實現(xiàn)
    4.1 高速波前處理單元的總體設計
    4.2 信息測量的實現(xiàn)
        4.2.1 信息測量的總體設計
        4.2.2 信息測量部分的時鐘
        4.2.3 指令處理
        4.2.4 讀取相機數(shù)據(jù)
        4.2.5 濾波
        4.2.6 緩存圖像和尋找最大值
        4.2.7 質(zhì)心計算
        4.2.8 K參數(shù)計算
        4.2.9 計算信息向量C
        4.2.10 信息測量部分總結(jié)
    4.3 控制信號計算的實現(xiàn)
        4.3.1 控制信號計算的總體設計
        4.3.2 控制信號計算部分的時鐘
        4.3.3 初始化
        4.3.4 信號計算
        4.3.5 DA控制
        4.3.6 控制信號計算部分總結(jié)
    4.4 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)的實際性能測試
    5.1 光束質(zhì)量評價
        5.1.1 遠場發(fā)散角
        5.1.2 峰谷值和均方根值
        5.1.3 澤尼克像差系數(shù)
    5.2 系統(tǒng)的運行結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]夏克-哈特曼波前傳感器光斑自動精確定位[J]. 顏佩國,劉樹昌,王曉曼,景文博.  長春理工大學學報(自然科學版). 2013(05)
[2]自適應光學系統(tǒng)波前處理算法的優(yōu)化[J]. 賈建祿,王建立,趙金宇,王國強.  光學精密工程. 2013(04)
[3]自適應光學波前校正器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 林旭東,薛陳,劉欣悅,王建立,衛(wèi)沛鋒.  中國光學. 2012(04)
[4]自適應光學技術(shù)及其軍事應用[J]. 陳波,楊陽,耿則勛.  火力與指揮控制. 2011(08)
[5]自適應光學系統(tǒng)波前處理技術(shù)[J]. 王東嬌,朱林泉,程人杰.  機械管理開發(fā). 2009(06)
[6]用于精密測量的激光測距技術(shù)研究[J]. 李洋,楊軍,曹成哲.  儀器儀表用戶. 2009(05)
[7]激光光束質(zhì)量綜合評價的探討[J]. 馮國英,周壽桓.  中國激光. 2009(07)
[8]自適應光學技術(shù)[J]. 姜文漢.  自然雜志. 2006(01)
[9]共光路/共模塊自適應光學數(shù)據(jù)融合方法[J]. 侯靜,姜文漢,凌寧.  光學學報. 2004(01)
[10]夏克-哈特曼傳感器任意形狀孔徑波前的模式重構(gòu)及Zernike多項式描述[J]. 段海峰,楊澤平,王淑青,張雨東.  中國激光. 2002(06)

博士論文
[1]基于自適應光學高分辨率微型成像系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究[D]. 鈕賽賽.南京航空航天大學 2012
[2]全光路像差校正自適應光學技術(shù)和雙變形鏡自適應光學技術(shù)研究[D]. 胡詩杰.電子科技大學 2009
[3]自適應光學圖像復原理論與算法研究[D]. 陳波.解放軍信息工程大學 2008
[4]哈特曼波前傳感器特性和應用研究[D]. 蔣志凌.中國科學院研究生院（武漢物理與數(shù)學研究所） 2005

碩士論文
[1]基于多核DSP的自適應光學系統(tǒng)波前處理器的研究[D]. 吳敏.中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所） 2013
[2]基于哈特曼—夏克傳感器的波前檢測方法研究[D]. 汪偉.華中科技大學 2011
[3]用于人眼像差測量的夏克哈特曼波前傳感器[D]. 華力為.南京理工大學 2009
[4]哈特曼對模擬大氣湍流的測量研究[D]. 黃盛煬.國防科學技術(shù)大學 2007
[5]用哈特曼波前傳感器測量人眼像差的研究[D]. 饒學軍.電子科技大學 2003



本文編號：3418350