1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,长春 130033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 10049
相位差技术可以直接利用两幅或多幅图像的强度信息,重构出波前相位信息和目标清晰图像,具有光路简单、成本较低、适用于扩展目标等优点,在望远镜的系统像差检测和目标图像重建方面得到了大量应用。相位差波前探测的关键在于求解非线性代价函数的最优化问题,需要避免陷入局部极值并降低计算时间,才能满足动态变化波前实时探测的需求。同时在重建目标清晰图像时,通常需要做正则化和去噪处理,来提高重建图像的质量。本文主要介绍相位差技术的基本原理,以及近年来的研究进展,并对该技术未来的发展进行了展望。
相位差 波前探测 图像重建 望远镜 phase diversity wavefront sensing image reconstruction telescopes 强激光与粒子束
2021, 33(8): 081010
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200273
四川大学电子信息学院光电系, 四川 成都 610064
提出了一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散斑成像方法,通过调制空间光调制器(SLM)改变成像系统的孔径函数,记录每次改变时相应的散斑图和孔径函数的变化,然后对记录的多帧结果采用最大似然估计法和拟牛顿算法重建隐藏目标图像。数值模拟结果表明,采用空间光调制器改变非相关成像系统孔径函数的方法,相比以往改变相机位置的方法,能够改善相机位置移动所带来的成像质量下降问题。
相位多样性 多帧散斑成像 拟牛顿算法 最大似然估计 phase diversity multiframe speckle imaging quasi newton algorithm maximum likelihood estimation
孔庆峰 1,2,3,4王帅 1,3,*杨平 1,3,**林海奇 1,3,4[ ... ]许冰 1,3
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电科学与工程学院, 四川 成都 610054
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
电荷耦合器件(CCD)的测量精度是影响波前复原精度的主要因素。受相机制造工艺的限制以及环境的影响,不可避免地会采集到噪声数据,从而影响低信噪比、高空间频率图像信息的采集。为了降低噪声对波前复原的影响,提出了一种基于图像补偿的改进相位差波前传感器。先在CCD相机的正常曝光时间和饱和曝光时间下分别采集两幅图像;然后融合成一幅包含准确高空间频率和低空间频率光强信息的图像。在相同信噪比下,对改进的相位差波前传感器和传统的相位差波前传感器进行了仿真。结果表明,改进的相位差波前传感器的波前反演精度有显著提高。最后通过实验进一步验证了该方法的有效性。
相位差波前传感器 像差 信噪比 曝光时间 动态范围 激光与光电子学进展
2020, 57(12): 121103
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
光学望远镜系统内部温度分布不均匀,镜面热变形等因素导致的离焦、球差等低阶大像差会严重降低光学系统的探测能力。给出了相位差法结合离焦光栅进行波前探测的原理,提出了权重线性递减的粒子群优化结合禁忌搜索的混合粒子群算法,并通过仿真验证了该算法的优化性能。采用相位差法结合离焦光栅采集两幅图像,然后通过混合粒子群算法求解目标函数,就可以重构波前,估计出波前像差。仿真结果表明,该算法可以实现对波前像差RMS值在0.859λ以下的目标函数的优化求解,优化后的波前残差达到10 -3量级,并且迭代3次左右即可以完全收敛,满足低阶大像差的校正精度要求。
几何光学 波前探测 混合粒子群算法 低阶像差 相位差 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 030801
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
提出一种基于相位差异法的衍射光学系统波前反演误差分析方法。从衍射光学系统波前反演模型出发,分析了产生波前反演误差的物理因素;对各影响因素进行了理论建模,建立了衍射光学系统波前反演误差分析方法。以某衍射光学系统为应用实例,分析了各因素对波前反演误差的影响规律,并验证了误差分析模型与方法。实验结果表明,模型分析结果与实际误差之间的平均偏差小于13.5%,可为衍射光学系统的空间应用提供支撑。
衍射 衍射光学系统 相位差异 波前反演 误差分析模型 光学学报
2019, 39(11): 1105002
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 长春理工大学 电子信息工程, 长春 130022
简易光学系统因系统结构简单而存在严重像差, 导致所成图像出现模糊、失真等问题.对简易光学系统的成像特性进行分析, 在已知光学系统焦距和光瞳孔径的条件下, 建立含有像差的点扩散函数模型和图像复原模型, 根据焦面和离焦面图像以及精确的离焦量, 无需点扩散函数的先验信息, 采用相位差异法对简易光学系统所成图像进行重构.实验结果表明:单透镜、双透镜和三透镜系统复原图像质量评价指标提升率分别达到24.96%、24.80%和42.04%, 重构后图像质量均有明显提升.
简易光学系统 图像复原 相位差异法 点扩散函数 光学像差 Simple optical system Image restoration Phase diversity Point spread function Optical aberration
1 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院大学,北京 100049
为进一步提高自适应光学系统的成像质量,本文针对目前广泛使用的盲解卷积,相位差法和斑点重建技术开展了深入研究;详细分析了以上三种技术的各自特点、应用场景和处理对象,并结合自适应光学系统的特点,有针对性的加以算法改进;实验采用自适应光学人眼视网膜细胞图像和自适应光学太阳黑子图像进行算法验证,结果表明经改进后的图像处理技术可以有效提高自适应光学图像的质量和分辨力,较好的满足了自适应光学系统对图像事后处理的需求。
自适应光学 图像重建 盲解卷积 相位差法 斑点重建 adaptive optics image reconstruction blind deconvolution phase diversity speckle imaging
1 济源职业技术学院, 河南 济源 459000
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林, 长春 130033
3 中国科学院 研究生院, 北京 100049
为了定量研究相位差波前探测技术(phase diversity technique, PD)对波前探测和图像重建的精度, 本文分别进行了数值模拟以及相关实验。数值模拟中采用了均方根(root-mean-square, RMS)分别为0.1λ~0.5λ的五组随机畸变波前, 获得其退化的焦面图像和相应的离焦图像信息, 利用PD技术对其进行波前探测和图像重建, 波前探测的残余误差RMS值均达到了10-5λ水平, 重建图像在分辨率和对比度上有明显提升。搭建了基于液晶空间光调制器的实验系统, 利用液晶空间光调制器来定量施加随机的波前像差, 可以有效解决湍流屏数据难以量化的问题。同样将PD技术应用于本实验所采集到的退化焦面图像和相应离焦图像, 对于RMS值为0.306λ的随机波前像差, 探测波前的残余误差为0091λ, 图像重建结果与模拟结果高度一致, 本文列举并分析了可能造成实验误差的多种因素, 同时为该技术应用于液晶系统积累了技术基础。
相位差探测技术 波前探测 图像重建 phase diversity technique wave-front sensing image reconstruction