[发明专利]哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法

摘要

本发明是自适应光学成像系统中哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法，以使哈特曼波前探测器保持较高的信噪比同时避免亮度过饱和。针对被观测目标，探测到的光斑阵列中有一最高亮度值Im，统计200帧～500帧中的Im，计算其相对统计帧数的均值Im相对的均方差值σ；设定理想最高亮度值比饱和亮度低3.0σm～3.2σm，其中σm为条件下的均方差值；再将光斑的亮度最大值相对一帧阵列中的光斑数计算平均值记为Ia，实时监测Ia；依据信号强度I与增益G的线性关系事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数ka、km和理想最高亮度值即可以由当前帧探测数据Ia和增益Ga计算得到所需调整的增益值Gms。增益自适应控制前的Im和Ia曲线如图1(a)、控制后的Im和Ia如图1(b)。

主权项

哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法，其特征是：由哈特曼波前探测器的技术说明书查出饱和亮度值IL；针对一个亮度恒定的被观测目标，首先将哈特曼波前探测器的增益GEM设置为初始增益G0＝10，统计哈特曼波前探测器采集的每一帧光斑阵列中像素上的最高亮度值Im的起伏变化，逐渐增大哈特曼波前探测器的增益，使监测到的最高亮度值Im逐渐逼近并小于哈特曼波前探测器的饱和亮度值IL；在此条件下统计200帧～500帧中的最高亮度值Im，计算其相对统计帧数的均值Im相对最高亮度均值的均方差值σm；设定最高亮度均值的理想值为令等于3.0σm～3.2σm；再将一帧光斑阵列上每个光斑的亮度最大值相对阵列中的光斑数计算平均值记为Ia，简称为平均光斑最大亮度Ia，作为即时判断每帧信号亮度的监测参量；进一步找出Ia与的关系即可以通过监测每帧的平均光斑最大亮度Ia来控制增益使哈特曼波前探测器的信号强度成立；依据CCD光强I的线性方程：I＝k·Naper·GEM  (1)其中k为相对I的常量系数，I对应本发明中的Ia、Im、σ，相应的k为ka、km、kσ，GEM为设置的增益，Naper为对应被观测目标亮度等级的参量，是在GEM＝1的条件下一个微透镜子孔径内所有像素上的亮度信号之和相对一帧所有子孔径的平均值，简称Naper为子孔径亮度平均值；在GEM＝1的条件下，可以测量直线关系，此直线的斜率即为相应的常量系数ka，也可以测量直线关系，直线的斜率即为相应的常量系数km；令当前帧平均光斑最大亮度为Ia、哈特曼波前探测器当前帧的增益为Ga，对应条件的哈特曼波前探测器调整后的增益Gms须满足下式：IaI‾ms=kakm·GaGms---(2)]]>事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数ka、km和理想最高亮度值即可以由当前帧探测数据Ia和Ga计算得到所需调整的增益值Gms；增益控制的其它条件：哈特曼波前探测器(7)背部的EMCCD每一次增益改变需要延迟时间数十毫秒，记为Δt，限定平均光斑最大亮度Ia的检测时间间隔T∈[Δt,Δt+10ms]的范围；另外监测量即平均光斑最大亮度Ia自身存在起伏，记为ΔIa，设置增益调整控制判断条件为：当前帧的平均光斑最大亮度Ia和上一帧的平均光斑最大亮度Ia*之差满足|Ia‑Ia*|≥3ΔIa，当该条件成立时，需对当前增益Ga进行调整，否则无需对增益Ga进行调整。