[发明专利]基于区域探测和重构的夏克哈特曼波前探测方法

说明书

本发明提供的基于区域探测和重构的夏克哈特曼波前探测方法包括：将微透镜阵列划分为多个探测区域，每个探测区域包含多个探测子孔径；不同探测区域之间至少有一行或者一列探测子孔径重叠，确保了探测区域对整体波前的完整覆盖；在每个探测区域内部选择一个探测子孔径作为参考子孔径，不同探测区域基于不同的参考子孔径分别进行区域内子孔径图像的相关运算和倾斜量提取，可以在确保在相关算法有效的前提下提高夏克哈特曼的动态测量范围；将探测区域内部其它子孔径图像与参考子孔径图像进行相关运算和倾斜量提取，获得探测波前的倾斜；根据获得的探测波前的倾斜求解波前像差量。该方案可应用于扩展目标的探测领域，能够有效提高夏克哈特曼的动态测量范围。

技术领域

本发明涉及光学波前探测技术领域，特别涉及一种基于区域探测和重构的夏克哈特曼波前探测方法。

背景技术

夏克哈特曼波前传感器由于结构简单，实时性强，对工作环境要求低等优点，被广泛应用于自适应光学和主动光学的实时波前探测，激光光束质量诊断，大型光学元件的面形检测，天文望远镜的像质检测以及眼科科学等领域。在天文望远镜相关的波前探测和像质检测领域，夏克哈特曼波前传感器主要用于望远镜运行过程中对随机大气湍流的探测或者望远镜自身由于重力，温度等环境因素变化导致的像质变化，这两类误差导致的波前起伏范围相对较小。而在望远镜装调过程中由于初始误差较大，往往需要采用其他动态测量范围更大的探测手段。同时，随着望远镜口径增大，与望远镜口径相关的随机大气湍流导致的波前像差随之增大，相应的自适应波前探测要求的捕捉范围也随之增大，需要采用动态测量范围更大的波前探测方法。

夏克哈特曼波前探测是利用微透镜阵列对测试系统瞳面的波前进行分割，通过对探测子图像的处理获得探测波前的倾斜，从而反演波前的像差。其动态测量范围与测量系统的设计参数，如微透镜阵列子透镜的焦比有关，焦比越小，动态测量范围越大，而测量的分辨率(灵敏度)会较低。在不更改测量系统硬件配置的情况下，目前增大夏克哈特曼动态范围的方法有：利用反卷积的方法重新建立起像斑与微透镜子孔径的对应关系；按照坐标位置对像斑阵列和微透镜阵列进行排序，建立像斑与微透镜之间的某种对应关系；利用外推法，在预先知道某个子孔径对应的像斑的前提下，以此为起始点外推得到其他子孔径对应的像斑；或者采用自动搜索法将排列不规则的像斑归位到各自原来的位置，重新排列成规则的像斑阵列，通过某个光斑为微透镜的对应关系，得到所有光斑与微透镜阵列的对应关系。这些方法都是利用点光源作为参考目标，将超出探测视场的像斑与微透镜阵列建立对应关系，并且利用一个统一的参考子波前对整个波前进行相对的倾斜量探测。

而在一些波前探测的应用中，需要利用扩展源作为参考目标进行波前倾斜量的探测和提取，比如太阳望远镜的像质检测利用太阳上的某一特征区域作为参考目标。利用扩展源作为参考目标，需要采用相关算法计算子图像之间的偏移量，进而提取波前的倾斜，而较大像差可能会导致距离较远的探测子孔径获得扩展目标中不同视场的结构，子图像的结构特征不同，因此，无法利用统一的参考子图像对其他子图像进行相关获得波前的倾斜量。本发明旨在针对望远镜装调过程或者大口径望远镜自适应光学，利用扩展源作为参考目标，实现大动态范围像差探测的夏克哈特曼波前探测方法。

发明内容

针对现有技术的不足和应用的局限，本发明提供一种基于区域探测和重构的夏克哈特曼波前探测方法。该方法能够在不更改硬件配置的条件下，利用扩展源作为测量参考，实现大动态测量范围的波前探测。

本发明基于波前探测的两个特性：1、入射波前具有连续性；2、探测阵列中距离较近的子孔径间波前起伏的差别较小，从而扩展目标形成的子图像的结构特征差异较小。鉴于波前探测的上述特性，本发明提出的夏克哈特曼波前探测的实施采用如下技术方案：

S1、将微透镜阵列划分为多个探测区域，每个探测区域包含多个探测子孔径，不同探测区域之间至少有一行或者一列探测子孔径重叠；

S2、在每个探测区域内部选择一个探测子孔径作为参考子孔径；