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光波在大气中传播,会受到大气湍流扰动、密度不均等因素的影响,大气湍流造成空气折射率的随机变化而导致光波的强度和相位的随机起伏,结果出现光前闪烁、波前畸变等现象,从而降低了被测目标的精度。
经过长期的研究,发现大气扰动是影响大尺寸光电测量精度的主要因素之一。本课题(属国家自然科学基金项目)将自适应光学技术引入大尺寸测量领域,利用该系统可以减小和消除大气扰动对大尺寸测量的影响,提高测量精度本系统是采用解卷积式自适应光学原理。结合了波前探测技术和解卷积图像复原技术。在结构上,该系统主要分为三个组成部分:成像系统、波前传感器和数字图像处理系统。高速CCD器件和光学镜头组成了成像系统,用来采集原始图像;波前传感器用来探测光波波前畸变,系统中采用的是自适应光学中常用的哈特曼一夏克波前传感器;数字图像处理用来进行解卷积图像复原运算其工作原理如下:首先,系统采用哈特曼-夏克波前传感器对测量光束进行探测,测量光束受到空气扰动,其畸变会反映到波前传感器探测到的波前信息上运用Zernike模式波前复原算法来重构波前相位,最终得到系统的瞬时光学锫递函数。最后运用Matlab 7.0来编程实现一幅具体的畸变图像的解卷积恢复。通过处理结果可知,基于波前探测的图像解卷积事后处理能够有效地对畸变目标图像进行恢复。
本文首先分析了光波在大气中的传输理论和大气成像的数学模型以及Zernike多项式模式波前重构算法的实现过程,从理论上论证了解卷积式自适应光学的工作原理,然后介绍了本系统的硬件和软件设计,最后介绍了实验结果,在点光源的条件下,对本自适应光学系统进行实验,其结果表明本系统对大气扰动后的目标图像有较好的复原效果。
与传统自适应光学系统(校正式自适应光学系统)相比较,这种解卷积式自适应光学系统省去了波前校正环节,以软件替代了价格昂贵的倾斜镜、变形镜和复杂的控制电路。因此,它具有体积小、结构简单、制造成本低廉、易于升级等优点。