[发明专利]高速波前测量和波前处理一体化系统

说明书

技术领域

本发明涉及自适应光学系统领域，具体涉及自适应光学系统中对波前信息采集、测量、处理和输出的设备。

背景技术

传统自适应光学系统中的哈特曼夏克波前传感器主要由微透镜阵列和高性能的CCD相机组成，实现对波前信息的采集和测量。采集所得的数据并不能直接为用户所使用，需经过波前处理器的处理。由于自适应光学系统中波前处理数据量大，实时性要求高，故大多数自适应光学系统需要配置一台专用的高性能波前处理器进行数据处理。故使得整个自适应光学系统实现起来结构庞大，不便于维护和使用，智能化程度低，价格昂贵。

发明内容

本发明为解决现有自适应光学系统中对波前信息的处理需要配置专用的波前处理器进行数据处理，导致系统结构庞大，智能化程度低的问题，提供一种高速波前测量和波前处理一体化系统。

高速波前测量和波前处理一体化系统包括微透镜阵列、成像模块、采集模块、处理模块、存储模块和D/A转换模块；所述处理模块发送图像采集命令至采集模块，采集模块对成像在成像模块上的参考波前进行图像数据采集，处理模块对采集到的参考波前进行参考点位置计算并将该位置信息传送至存储模块，同时计算控制矩阵存储在SDRAM中；产生畸变的波前通过微透镜阵列成像在成像模块的CCD传感器上；经采集模块的FIFO芯片传送到处理模块，处理模块采用脉动波前处理算法利用存储在存储模块中的参考点坐标和控制矩阵对采集到的畸变波前进行图像预处理、波前斜率计算、波前拟合计算、波前控制计算后经D/A转换模块转换为模拟输出量。

本发明的工作原理：本发明所述的高速波前测量和波前处理一体化系统主要包括基于哈特曼-夏克波前传感器的波前测量和基于FPGA的快速波前处理。本发明通过在透镜阵列的焦面上测出畸变波前所成像斑的质心坐标(x_ispot,y_ispot)与参考波前质心坐标(x_iref,y_iref)之差(△x_i,△y_i)，从而可以求出畸变波前上被各透镜阵列分割的子孔径范围内波前的平均斜率K，继而计算出全孔径波前的光程差或相位分布。

波前处理的主要流程包括图像处理、子孔径斜率计算、波前复原、控制运算和D/A转换五大部分。其中图像处理主要包括减背景和阈值分割两大部分；子孔径斜率计算主要完成计算各子孔径质心，第i个子孔径的质心计算公式为：

xispot=ΣixiIiΣiIi]]>yispot=ΣiyiIiΣiIi---(1)]]>

式中I_i是子孔径内坐标(x_i,y_i)处的像素灰度值，(x_i,y_i)分别是像素在子孔径i的x和y方向上的坐标。计算得到的子孔径质心与参考值做差，得到子孔径斜率。