[发明专利]一种基于压缩感知的波前探测系统

摘要

本发明涉及自适应光学系统中波前信号的测量。一种基于压缩感知的波前探测器，包括变形镜、波前传感器和计算机，变形镜对波前信息进行下采样然后通过波前传感器得到压缩采样的波前斜率信息传输到计算机，计算机通过重构算法得到完整的波前信息。本发明降低了对硬件的高要求，解决了大量数据存储和传输的问题，提供一种低成本，效果优良的波前探测系统。

主权项

1.一种基于压缩感知的波前探测器，其特征在于，包括变形镜、波前传感器和计算机，变形镜对波前信息进行下采样然后通过波前传感器得到压缩采样的波前斜率信息传输到计算机，计算机通过重构算法得到完整的波前信息，计算机通过重构算法得到完整的波前信息的步骤如下：步骤一、建立直角坐标系，以平行于波前传感器中心轴线的方向为Z轴方向，以波前传感器的微透镜阵列平面内的任意一条横向直线为X轴方向，以波前传感器的微透镜阵列平面内的任意一条纵向直线为Y轴方向，射到波前传感器的微透镜阵列平面内的波与Z轴的偏移量即与Z轴的夹角能通过该波与X方向夹角和该波与Y方向夹角确定，波前信号φ对应的X轴方向的斜率信号Gx，波前信号φ对应的Y轴方向的斜率信号Gy，波前传感器的微透镜阵列平面上有N×N个子孔径，通过波前信息的特征建立起能够稀疏表示出波前斜率信号的稀疏字典Ψ，使得波前斜率信号等于极少量的系数乘以稀疏字典Ψ，即Gx＝Ψα,Gy＝Ψβ，α,β表示对应X轴方向和Y轴方向的斜率信号的系数，Gx、Gy、α、β、Ψ都为一个N×N的矩阵，斜率信号Gx表示为斜率信号Gy表示为其中α、β中不为零的数据有k个，k＜＜N×N，波前信号φ具有低频多高频少的特点，利用这一特点，通过黄金分割法在频率域对频率分布进行分割，得到符合黄金分割法的频率序列F＝[f1,f2,f3,...,fn]，将F代入得到大小为N×N的矩阵，将该矩阵分割为的小块，得到N个块组成稀疏字典Ψ，其中m、n都为大于0小于等于N的正整数，u、v都为F中的某一个频率，j为虚数单位；步骤二、变形镜上有与波前传感器子孔径一一对应的变形镜子孔径，通过变形镜的上加载的采样矩阵Φ对波前信息进行下采样，采样矩阵Φ为一个M×N的矩阵，矩阵中每个元素的取值为0或者1，其中M＜N，其中1代表通，0代表断，波前传感器得到波前斜率信号的测量信号，X轴方向的测量信号CSx＝ΦGx，Y轴方向的测量信号CSy＝ΦGy，CSx和CSy都为一个M×N矩阵；步骤三、由公式CSx＝ΦΨα＝Aα和CSy＝ΦΨβ＝Aβ，通过迭代权重最小二乘法，求解得到α、β，通过Gx＝Ψα,Gy＝Ψβ获得波前信号φ对应的X轴方向的斜率信号Gx和波前信号φ对应的Y轴方向的斜率信号Gy；步骤四、通过对波前信号φ对应的X轴方向的斜率信号Gx和波前信号φ对应的Y轴方向的斜率信号Gy使用区域法复原出波前信号φ。