本發(fā)明涉及一種基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅?，屬于波前傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相位反演技術(shù)是波前傳感技術(shù)的重要分支，特點是直接利用采集到的光束遠(yuǎn)場光斑圖像信息，通過衍射光學(xué)理論，反演推算出光束的近場波前相位分布信息。相位差法是眾多反演方法中最成熟的一種，這些方法不可避免要通過CCD相機進行光強分布的探測。

當(dāng)像面光斑的光強較弱時，CCD相機采集到的光強分布信息受噪聲影響比較嚴(yán)重。當(dāng)像面光斑的光強較強時，CCD相機輸出圖像極易飽和，采集到的光強分布誤差較大。而常見的畸變波前，高階衍射部分能量較弱，光強主要集中在中間區(qū)域。但CCD都有一定的動態(tài)范圍，中間區(qū)域探測好后，高頻衍射部分的弱光區(qū)域，由于噪聲影響探測誤差較大，就造成了探測不準(zhǔn)確，高頻信息的缺失導(dǎo)致復(fù)原精度降低。

“一種基于光柵的相位差波前傳感器，專利號：CN201110223107.9”介紹了一種改善高頻信息缺失的方法，但此種方法需要引入一個光柵，光路較復(fù)雜，且由于在同一個CCD相機上成0級、+1級、-1級三個衍射光斑，對CCD的空間尺寸要求較大，否則會有相互影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅?，可有效解決高頻信息的探測，且光路簡單、可靠，可較大幅度地提高波前像差的復(fù)原精度。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅鳎ㄟ^調(diào)整衰減片或改變曝光時間，在焦面、離焦面上各采兩副或多幅光強信息，其中，光強較大的采集圖像，中間部分雖有飽和，但周圍的高頻信息卻有較高的信噪比，可以準(zhǔn)確探測，中間飽和區(qū)域可以通過圖像拼接算法由光強較小、未飽和的采集圖像計算出來，并拼接成一副高低頻信息都非常準(zhǔn)確的圖像，大大提高了CCD的動態(tài)范圍，有效抑制了CCD的隨機噪聲，本發(fā)明包括衰減片輪、透鏡、BS(分光鏡)、第一CCD和第二CCD，入射光線經(jīng)衰減片輪調(diào)制強度后進入透鏡，BS位于透鏡后，將遠(yuǎn)場光分成相等強度的兩束光，分別成像于第一CCD、第二CCD，第一CCD探測焦面光斑，第二CCD探測離焦光斑；

步驟1：按照傳統(tǒng)相位差法采集焦面、離焦面光強分布信息，采集時光強峰值略低于相機飽和值。

步驟2：按一定比例改變焦面上采集到的光強強度，使中間光斑部分達(dá)到飽和，得到另兩個焦面、離焦面光強分布信息。

步驟3：對焦面、離焦面采集到的圖像進行圖像拼接，使用步驟1采集到的中間部分的光強信息，通過一定比例代替步驟2中采集到圖像的飽和部分，得到全新的兩個焦面、離焦面圖像。

步驟4：按照傳統(tǒng)相位差復(fù)原方法，對畸變波面進行復(fù)原。

進一步的，改變光強強弱信息可以通過吸收式衰減片進行衰減或改變曝光時間。

進一步的，焦面、離焦面多采集的飽和圖像可以是一幅也可以為多幅，看具體恢復(fù)要求。

進一步的，圖像拼接時，采取部分CCD像素作為基準(zhǔn)，進行算法拼接。

進一步的，采用第一CCD、第二CCD分別探測焦面、離焦面的光強分布；或者用同一CCD分別在焦面、離焦面位置進行光強探測。

進一步的，基于圖像拼接技術(shù)，不僅適用于相位差法波前復(fù)原，還適用于其他如GS算法或曲率波前傳感器利用光電探測器進行光強分布探測的領(lǐng)域。

(三)有益效果

本發(fā)明一種基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅鳌９饴泛唵我子趯崿F(xiàn)，克服了傳統(tǒng)方法中由于相機噪聲問題，探測的光強高頻部分缺失，導(dǎo)致的波前復(fù)原精度較差的問題，本發(fā)明巧妙地引入了光強圖像拼接的方法，可有效增強高空間頻率信息的信噪比，使光強探測更準(zhǔn)確，進而提高波前復(fù)原的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法光路圖，其中，圖1(a)為加上衰減片輪的光路圖，(b)為改變曝光時間的光路圖；

圖2為本發(fā)明方法原理流程圖；

圖3為本發(fā)明方法實施例輸入畸變波面；

圖4為本發(fā)明方法實施例采集到的焦面圖像，其中，圖4(a)為常規(guī)方法采集到的焦面圖像，圖4(b)為采集到的飽和圖像；

圖5為本發(fā)明方法實施例采集到的離焦面圖像，其中，圖5(a)為常規(guī)方法采集到的離焦面圖像，圖5(b)為采集到的飽和圖像；

圖6為傳統(tǒng)方法，其中，圖6(a)為對焦面光強灰度值進行對數(shù)運算(底數(shù)為10)后光強分布的二維視圖，圖6(b)為對離焦面光強灰度值進行對數(shù)運算(底數(shù)為10)后光強分布的二維視圖，圖6(c)為復(fù)原波面，圖6(d)為波面復(fù)原殘差；

圖7為本發(fā)明方法，其中，圖7(a)為對焦面光強灰度值進行對數(shù)運算(底數(shù)為10)后光強分布的二維視圖，圖7(b)為對離焦面光強灰度值進行對數(shù)運算(底數(shù)為10)后光強分布的二維視圖，圖7(c)為復(fù)原波面，圖7(d)為波面復(fù)原殘差；

圖8為本發(fā)明方法流程圖。

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為衰減片輪，2為透鏡，3為BS(分光鏡)，4為第一CCD，5為第二CCD。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。

實施例

在本發(fā)明的示例性實施例中，提供了一種基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅?，包括衰減片輪1、透鏡2、BS(分光鏡)3、第一CCD 4和第二CCD 5，入射光線經(jīng)衰減片輪調(diào)制強度后進入透鏡，BS位于透鏡后，將遠(yuǎn)場光分成相等強度的兩束光，分別成像于第一CCD、第二CCD，第一CCD探測焦面光斑，第二CCD探測離焦光斑。

該基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅鞴ぷ鞑襟E如下：

參照圖1～7，本實施例方法包括：

步驟1：按照傳統(tǒng)相位差法采集焦面、離焦面光強分布信息，分別如圖4(a)、圖5(a)所示，采集時光強峰值略低于相機飽和值。

步驟2：按一定比例改變焦面上采集到的光強強度，使中間光斑部分達(dá)到飽和，得到另兩個焦面、離焦面光強分布信息，分別如圖4(b)、圖5(b)所示。

步驟3：對焦面、離焦面采集到的圖像進行圖像拼接，使用步驟1采集到的中間部分的光強信息，通過一定比例代替步驟2中采集到圖像的飽和部分，得到全新的兩個焦面、離焦面圖像，分別如圖7(a)、圖7(b)所示。

步驟4：按照傳統(tǒng)相位差復(fù)原方法，如圖2所示，對畸變波面進行復(fù)原，結(jié)果如下。

將傳統(tǒng)PD算法、本發(fā)明圖像拼接PD算法分別迭代50次進行對比。圖3為初始隨機波前(PV＝7.4829rad，rms＝1.6163rad)，CCD信噪比為56dB，圖6(c)為傳統(tǒng)方法復(fù)原波前(PV＝7.8006rad，rms＝1.6218rad)，圖6(d)為傳統(tǒng)方法復(fù)原波前殘差(PV＝1.7605rad，rms＝0.1426rad)，圖7(c)為本發(fā)明方法復(fù)原波前(PV＝7.4758rad，rms＝1.6218rad)，圖7(d)為本發(fā)明方法復(fù)原波前殘差(PV＝0.0189rad，rms＝0.0058rad)。可以看到本發(fā)明方法相對于傳統(tǒng)方法，收斂更快，相同迭代次數(shù)下，本發(fā)明方法相較傳統(tǒng)方法精度提高20多倍。

本實施例中，基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅鳎诵乃枷胧峭ㄟ^在焦面、離焦面上各采兩副或多幅光強信息，其中，光強較大的采集圖像，中間部分雖有飽和，但周圍的高頻信息卻有較高的信噪比，可以準(zhǔn)確探測，中間飽和區(qū)域可以通過圖像拼接算法由光強較小、未飽和的采集圖像計算出來，并拼接成一副高低頻信息都非常準(zhǔn)確的圖像，大大提高了CCD的動態(tài)范圍，有效抑制了CCD的隨機噪聲。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明基于圖像補償?shù)南辔徊畈ㄇ皞鞲衅饔辛饲宄恼J(rèn)識。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。