Xinlan Ge 1,2,3Licheng Zhu 1,2,*Zeyu Gao 1,2Ning Wang 1,2[ ... ]Ping Yang 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A real-time wavefront sensing method for arbitrary targets is proposed, which provides an effective way for diversified wavefront sensing application scenarios. By using a distorted grating, the positive and negative defocus images are simultaneously acquired on a single detector. A fine feature, which is independent of the target itself but corresponding to the wavefront aberration, is defined. A lightweight and efficient network combined with an attention mechanism (AM-EffNet) is proposed to establish an accurate mapping between the features and the incident wavefronts. Comparison results show that the proposed method has superior performance compared to other methods and can achieve high-accuracy wavefront sensing in varied target scenes only by using the point target dataset to train the network well.
wavefront sensing distorted grating fine feature 
Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060101
高泽宇 1,2,3李新阳 1,2叶红卫 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院大学,北京 100049
基于光学成像的流场测量技术,如粒子图像测速技术(PIV),易受到因流体中折射率的不均匀性或晃动的介质边界引起的光学畸变而带来的影响。这些畸变会使得示踪粒子在图像上的位置分布产生误差且严重影响图像清晰度,从而增大流场速度测量的误差。为了提高光学流场速度测量的测量精度,自适应光学系统可以应用于其中去校正光学畸变。基于图像流场测量中的光学像差具有频率高,动态范围大,空间分辨率高等特点,对于这一应用场景,基于波前校正器件的自适应光学系统受到了器件本身性能的影响。基于深度学习的自适应光学技术在流场测量中的应用,建立了一种基于深度神经网络的无波前校正器件自适应光学校正技术,以深度神经网络代替传统的波前校正器件,用于粒子图像测速技术中的光学畸变校正。为了生成神经网络所需要的训练和测试数据集,搭建了可以实现波前测量的粒子图像测速实验平台,分析并建立了光学畸变在粒子图像上的图像退化模型。最后,以校正后PIV图像的校正效果和流场速度测量结果作为评价标准,对所建立神经网络的畸变校正性能进行了分析。
自适应光学 卷积神经网络 粒子图像测速 像差校正 adaptive optics convolutional neural network particle image velocimetry aberration correction 
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200267
彭爱华 1,2,3,*叶红卫 1,2李新阳 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
2 2中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
横向剪切干涉术是一种自参考干涉计量技术,其原理是被检测波前与其自身被剪开的波前之间在重叠范围内相干涉,由干涉图得到两相互剪切波前的波前差,通过波面重建算法得到待测波面。在波面重建算法中,泽尼克待定系数法是其中的一种。分析了横向剪切干涉技术的测量原理;提出了一种新的基于解耦差分泽尼克待定系数法的二维横向剪切波面重建算法。理论分析和数值仿真表明,该算法简单直观,复原精度高,而且可用直角坐标系下的差分泽尼克多项式直接拟合环形波面。
自适应光学 横向剪切干涉技术 二维 波前重构 差分泽尼克待定系数法 解耦 
光学学报
2011, 31(8): 0801001
彭爱华 1,2,3,*叶红卫 1,2李新阳 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
通过引入波面的二阶导数对传统的最小二乘法(LSM)进行了改进;利用改进后的LSM分别分析了单个方向和相互正交两个方向的横向剪切数据,并将改进后的LSM与网格点法和积分法复原波前的空间特性进行了比较;利用相互正交两个方向的横向剪切数据分别分析了环形孔径和复杂孔径横向剪切干涉仪(LSI)波前复原的频率响应和空间分布特性,并进行了仿真验证。证实了对于任意形状的光阑,利用改进的LSM可以从相互正交的两个方向的剪切干涉图中提取对应光阑部分的相位。
测量 横向剪切干涉仪 最小二乘法 光阑 频率响应 空间分布特性 
光学学报
2011, 31(4): 0401002
王彩霞 1,2,3,*李梅 1,2李新阳 1,2叶红卫 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。但由于算法收敛速度的影响, 在一定程度上限制了SPGD在自适应光学系统中的应用。在对SPGD控制算法分析的基础上, 充分提取和发掘算法内在的并发性, 采用流水线和并行处理技术, 设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)加数字信号处理器(DSP)的单指令流多数据流(SIMD)结构实时并行处理机, 实现了SPGD控制算法由表达层到结构层的优化映射。该处理机应用在激光光束净化自适应光学系统中, 同时实现了对变形镜和倾斜镜的控制。实验结果表明, 采用基于SPGD算法自适应光学实时并行波前处理机具有很快的收敛速度, 可以有效地校正激光出光过程中的光束波前相差和光束漂移误差。
自适应光学 随机并行梯度下降算法 波前处理机 并行处理 单指令流多数据流结构 
光学学报
2010, 30(11): 3076
叶红卫 1,2,3,*李新阳 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院,北京 100039
提出一种自适应光学(AO)系统单波前传感器多变形镜(DM)闭环控制方法,用单波前传感器测量畸变波前,通过像差解耦控制算法对畸变波前实现特定像差和残余像差的分解,分别控制不同变形镜进行校正。单元数较少的变形镜采用模式法校正特定像差,单元数最多的变形镜采用直接斜率法校正残余像差。对一个19单元变形镜、61单元变形镜和127单元变形镜与96单元哈特曼传感器(HS)联合工作的自适应光学系统的数值仿真结果表明,这种方法可以实现多变形镜联合闭环工作,可以在现有技术条件下大幅度提高自适应光学校正能力。
自适应光学 解耦算法 变形镜 计算机仿真 
中国激光
2009, 36(s2): 67
作者单位
摘要
中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
利用波前像差的泽尼克(Zernike)模式分解, 分析了光学系统的静态像差和动态像差与系统的光束质量β因子间的关系。建立了静态和动态Zernike像差系数与β间的计算表达式, 并用数值计算方法得到了前65阶静态和动态Zernike像差与β间的近似公式拟合系数。在此基础上建立了符合科尔莫哥诺夫(Kolmogorov)大气湍流引起的动态Zernike像差与β间的对应关系。数值计算结果验证了该分析结论和得到的近似计算公式的正确性。
激光技术 泽尼克像差 拟合系数 大气湍流 
中国激光
2009, 36(6): 1420
作者单位
摘要
中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
分析了理想无波像差条件下和有随机波像差条件下光束漂移误差与长曝光光斑光束质量β因子的关系,得出光束漂移误差与长曝光光斑的光束质量β因子的关系。理论分析和数值仿真结果显示,光束漂移误差对长曝光光斑的光束质量β因子的影响与无光束漂移误差时系统初始光束质量无关,而与光束质量β因子的评价标准和光学系统中心遮拦比有关。分析了实际应用场景下对光束漂移误差的要求,指出对长曝光光斑光束质量的要求越高,允许的光束漂移误差越小。
激光技术 光束传输 光束质量β因子 光束漂移误差 长曝光光斑 高斯函数 
中国激光
2007, 34(6): 809
作者单位
摘要
中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
Hartmann-Shack传感器的探测精度对于评价自适应光学系统的校正能力和光学检测精度都是十分重要的.通过对传感器的平移误差的理论分析和数据仿真来对传感器的系统精度进行研究,确定平移误差的最佳范围为残余像差与理论像差的均方根比值不大于0.5%.这为Hartmann-Shack传感器的装配提供了理论依据和技术指标.
自适应光学 波前传感器 平移误差 哈特曼-夏克传感器 
光电工程
2003, 30(2): 1

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