扩展目标波前传感与图像复原技术研究

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	扩展目标波前传感与图像复原技术研究
	焦林鑫
学位类型	硕士
导师	李邦明 ; 张思炯
	2017-05
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位专业	工学硕士
关键词	扩展目标波前传感图像复原相位差法横向位移差相位恢复
摘要	平面光波在空气中传播时，其波前受到大气湍流影响而发生畸变，导致光学系统成像质量的大幅下降，大气湍流的存在严重限制了大口径光学系统的分辨能力。自适应光学技术的出现有效地克服了大气湍流所引起的波前畸变，极大地改善了地基大口径望远镜的成像质量。但是，传统自适应光学技术也有其不足，一方面，观测区域内合格自然导星不易寻找、激光导星的“锥效应”等制约着传统自适应光学技术的性能；另一方面随着视场的增大、目标物体的扩展，适用于点目标情形的波前传感技术不能很好地测量大视场内的波前像差信息。因此，需要大视场、扩展目标波前传感技术，以改进传统自适应光学技术，从而获取扩展目标的清晰图像。目前常用的扩展目标探测技术主要有：基于相关算法的SH波前传感器(主要适用于太阳自适应光学)、层析重构技术，以及相位差和相位恢复法。相比于前两者，相位差法不仅能够对光学系统出瞳面处的波前像差进行探测，还能够实现对观测目标物体的图像复原；此外，相位差法光路结构简单，在工程上更易于实现。本论文主要针对基于相位差和相位恢复的扩展目标波前传感与图像复原技术展开研究，主要内容如下： (1) 研究相位差法扩展目标波前传感与图像复原技术的原理，建立相位差法仿真模型。根据线性空不变系统成像模型，建立含波前像差情形时，焦面、离焦面成像数据的仿真模型；建立最小二乘优化问题，利用Broyden-Feltcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)算法求解无约束优化问题，估计波前相位信息和目标物体信息。 (2) 提出一种基于横向位移差的扩展目标波前传感与图像复原技术。分析横向位移差在约束波前相位解的唯一性，以及在不改变探测器分辨率并保证图像数据过采样两个方面的优势；给出了横向位移差技术的光路结构，并分析其相对基于离焦像差的相位差法的优势；建立横向位移差技术仿真模型。 (3) 通过计算机模拟，分析横向位移差技术在理想实验条件下对波前相位和目标物体的复原结果，并对优化算法的收敛性能进行分析。考虑到在实际应用环境中的各种误差因素，分析各类误差对波前相位恢复精度和图像复原结果的影响，并给出减小各类误差影响的方法。 (4) 研究基于相位恢复的波前传感和图像复原技术，研究相干衍射成像领域所存在的相位恢复问题。研究相位恢复技术，特别是Ptychography在恢复扩展物体振幅和相位信息，实现对扩展物体计算机图像复原的基本原理，并建立仿真模型。提出一种基于改进Ptychography的波前传感与图像复原方法，分析Ptychography技术在天文目标图像复原方面的应用。
学科领域	光学工程
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/1397
专题	学位论文
作者单位	南京天文光学技术研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	焦林鑫. 扩展目标波前传感与图像复原技术研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.