深度学习在波前重构与波前预测中的研究进展

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作者 邱从攀 刘国栋 +1 位作者 张大勇 胡流森 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期4-13,共10页

深度学习技术与自适应光学技术的结合,预期能够有效提升波前校正效果,并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展,包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及... 深度学习技术与自适应光学技术的结合,预期能够有效提升波前校正效果,并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展,包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计,同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现,并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论,探究了结构差异所带来的具体影响。最后,总结了深度学习在这两个方向上的已有方法,并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 深度学习 自适应光学 波前重构 波前预测

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中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法仿真分析

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作者 杜旭升 白福忠 +1 位作者 徐永祥 王建新 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第1期118-125,共8页

径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差... 径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差对重构算法的影响。结果表明,在剪切光波中心不重合情况下,该文算法能够准确进行波前重构,重构效果显著优于传统算法;在论文仿真条件下,随着中心偏移量的增大,本文算法重构波面均方根误差(RMS)不高于0.05λ,而传统算法重构误差RMS值达1.6λ且与偏移量近似线性相关。 展开更多

关键词 径向剪切干涉仪 迭代波前重构 中心不重合径向剪切 算法仿真

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利用Zernike多项式对湍流波前进行波前重构 被引量：22

3

作者 张强 姜文汉 许冰 《光电工程》 EI CAS CSCD 1998年第6期15-19,共5页

分析了利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式进行波前重构时模式耦合与混淆产生的原因，以及模式耦合与混淆对受大气湍流影响的光学波前（以下简称湍流波前）进行波前重构的精度和稳定性的影响。取除去平移的前６５项Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式构造湍流... 分析了利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式进行波前重构时模式耦合与混淆产生的原因，以及模式耦合与混淆对受大气湍流影响的光学波前（以下简称湍流波前）进行波前重构的精度和稳定性的影响。取除去平移的前６５项Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式构造湍流波前。针对６１单元自适应光学系统的波前传感器子孔径布局进行仿真，通过比较ＮＳ不同取值时的湍流波前重构精度和稳定性，得出了该条件下ＮＳ的最佳取值。 展开更多

关键词 多项式 波前重构 大气湍流 自适应光学系统

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基于衍射光栅曲率波前传感器的实时波前重构研究 被引量：4

4

作者 沈洪斌 张雏 +3 位作者 沈学举 孙玉杰 黄富瑜 阎宗群 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期50-55,共6页

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信... 自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信号进行数值模拟,并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明:Green函数法归结为2矩阵相乘,计算速度快,达到实时重构要求;Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好;影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。 展开更多

关键词 自适应光学 曲率波前传感器 波前重构 扭曲光栅

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采用阵列波带片波前传感的激光波前重构 被引量：5

5

作者 陈怀新 伍波 +1 位作者 隋展 丁磊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第10期1250-1254,共5页

　在高功率激光系统,激光束小尺度相位畸变波前探测是实现激光束中频段波前补偿与控制的重要前提。采用阵列菲涅耳波带片作为激光束波前传感的子孔径分割器,利用区域重构的Southwell模型进行波前重构。并针对波前传感器子孔径数目、小... 　在高功率激光系统,激光束小尺度相位畸变波前探测是实现激光束中频段波前补偿与控制的重要前提。采用阵列菲涅耳波带片作为激光束波前传感的子孔径分割器,利用区域重构的Southwell模型进行波前重构。并针对波前传感器子孔径数目、小尺度相位畸变波前的参数对波前重构精度影响进行分析与模拟计算,给出了阵列菲涅耳波带片合理的子孔径数目,为20×20～30×30;对小尺度相位畸变,激光束波前的重构误差小于十分之一波长。 展开更多

关键词 高功率激光 小尺度相位畸变 阵列菲涅耳波带片 波前重构

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环形区域上Zernike模式法波前重构 被引量：7

6

作者 张强 吕百达 姜文汉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期306-310,共5页

针对激光技术领域常见的环形激光光束 ,利用圆域 Zernike多项式和环域 Zernike多项式进行模式法波前重构 ,结果显示 :如果环形激光光束波前相位畸变主要由低空间频率成分组成 ,则可以直接利用圆域 Zernike多项式进行波前重构 ;如果环形... 针对激光技术领域常见的环形激光光束 ,利用圆域 Zernike多项式和环域 Zernike多项式进行模式法波前重构 ,结果显示 :如果环形激光光束波前相位畸变主要由低空间频率成分组成 ,则可以直接利用圆域 Zernike多项式进行波前重构 ;如果环形激光光束波前相位畸变含有较多的高阶频率成分 ,则利用环域 Zernike多项式进行波前重构。 展开更多

关键词 自适应光学 波前重构 Zernike模式法

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横向剪切干涉的波前重构新方法 被引量：3

7

作者 许晓军 陆启生 +1 位作者 刘泽金 舒柏宏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期261-266,共6页

在常规横向剪切干涉仪的基础上 ,利用波前周期延拓的假设 ,基于小波变换的方法实现了波前重构。这种波前复原实现了光滑波前的快速重构 ,并且能够较好地快速重构非模式波前。数值模拟表明 ,该方法对波前复原的精度优于常规多项式拟合方... 在常规横向剪切干涉仪的基础上 ,利用波前周期延拓的假设 ,基于小波变换的方法实现了波前重构。这种波前复原实现了光滑波前的快速重构 ,并且能够较好地快速重构非模式波前。数值模拟表明 ,该方法对波前复原的精度优于常规多项式拟合方法。利用该方法在不均匀介质对波前的扰动的测量重构表明 。 展开更多

关键词 剪切干涉 周期延拓 小波变换 波前重构

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三维高阶快速步进波前重构旅行时计算精度分析 被引量：9

8

作者 单联瑜 刘连升 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期413-417,共5页

快速步进算法是波前重构的一种快速无条件稳定算法。本文把二阶和三阶差分格式引入该算法中,详细地研究了影响快速步进算法的误差因素,着重研究了差分阶数、网格尺寸大小和速度变化对算法的影响。通过对非均匀模型和层状介质模型的计算... 快速步进算法是波前重构的一种快速无条件稳定算法。本文把二阶和三阶差分格式引入该算法中,详细地研究了影响快速步进算法的误差因素,着重研究了差分阶数、网格尺寸大小和速度变化对算法的影响。通过对非均匀模型和层状介质模型的计算表明,一阶差分格式误差较大,二阶和三阶差分误差明显低于一阶差分的误差;当差分的阶数相同时,网格尺寸减小误差明显减小;网格成倍增大时,误差也成倍增大。二者近似呈线性变化的关系。在实际应用中采用二阶差分格式即可,在用于地震波层析成像时,网格尺寸一般选为10m和20m就能满足计算精度要求。 展开更多

关键词 快速步进算法 波前重构 层析成像 精度分析

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基于BOS的气动光学畸变测量与波前重构 被引量：5

9

作者 张红朝 赵玉新 杨涛 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期609-612,共4页

通过系统集成与开发,研究了基于背景纹影(BOS)的高分辨率气动光学畸变测量方法。分析了PIV方式的BOS系统结构与特征。在BOS中,背景点的位移受实验装置的几何参数影响,通过调整这些参数能够改变BOS成像系统的分辨率以及观测区域的大小,... 通过系统集成与开发,研究了基于背景纹影(BOS)的高分辨率气动光学畸变测量方法。分析了PIV方式的BOS系统结构与特征。在BOS中,背景点的位移受实验装置的几何参数影响,通过调整这些参数能够改变BOS成像系统的分辨率以及观测区域的大小,这是传统纹影难以实现的。通过简化光路,定量分析了BOS的灵敏度与分辨率之间的相互制约关系。在搭建BOS系统的基础上,研究了蜡烛火焰上方热对流导致的气动光学效应,并根据光线偏折角与光程差之间的关系,实现了气动光学波前重构。结果表明,蜡烛火焰造成的平面波前畸变较好的反映了流场非均匀性带来的气动光学效应,而且其空间分辨率远远高于传统的干涉测量技术。 展开更多

关键词 背景纹影技术 气动光学 波前重构

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测量噪声对波前重构精度的影响 被引量：3

10

作者 张强 吕百达 姜文汉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期32-34,共3页

Hartmann-Shack波前传感器斜率测量误差是自适应光学系统中影响波前重构精度的一个主要误差来源。针对模式法波前重构算法 ,推导出了普遍适用的模式法波前重构误差传递系数计算公式 ;利用 61单元自适应光学系统中的 Hartmann-Shack波前... Hartmann-Shack波前传感器斜率测量误差是自适应光学系统中影响波前重构精度的一个主要误差来源。针对模式法波前重构算法 ,推导出了普遍适用的模式法波前重构误差传递系数计算公式 ;利用 61单元自适应光学系统中的 Hartmann-Shack波前传感器测量的斜率数据 ,验证了模式法波前重构误差传递系数计算公式的正确性。 展开更多

关键词 自适应光学 波前重构 斜率测量误差 误差传递

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方形区域上哈特曼波前重构算法比较研究 被引量：4

11

作者 刘泽晟 李大海 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期39-40,共2页

方形区域上的哈特曼波前传感器的波前模式重构算法中可用Zernike多项式、方域上正交的Zernike多项式以及Legendre多项式来重构波前相位。本文研究了三种多项式在方域上的波前重构算法,并分别通过模拟波前和实验验证了三种算法的正确性,... 方形区域上的哈特曼波前传感器的波前模式重构算法中可用Zernike多项式、方域上正交的Zernike多项式以及Legendre多项式来重构波前相位。本文研究了三种多项式在方域上的波前重构算法,并分别通过模拟波前和实验验证了三种算法的正确性,同时对其重构精度进行了比较研究。结果表明:对于方形区域上的波前重构,上述三种多项式都能正确地重构出待测波前,它们的重构精度差别不大,相比之下,方域上正交的Zernike多项式的对待测波前的重构精度更高。 展开更多

关键词 哈特曼波前传感器 方形区域波前重构 Zemike多项式 LEGENDRE多项式

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基于Fourier变换的快速高分辨波前重构方法 被引量：1

12

作者 吴晶 向汝建 +1 位作者 卢飞 杜应磊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第B05期19-23,共5页

为实现快速高分辨的哈特曼波前测量,研究了基于Fourier变换的波前重构方法。在软件设计和代码实施基础上进行了时间性能统计分析,采用模拟数据和实际斜率数据进行波前重构,并将重构结果与VMM方法获得的结果进行了比较,分析其误差产生的... 为实现快速高分辨的哈特曼波前测量,研究了基于Fourier变换的波前重构方法。在软件设计和代码实施基础上进行了时间性能统计分析,采用模拟数据和实际斜率数据进行波前重构,并将重构结果与VMM方法获得的结果进行了比较,分析其误差产生的原因及噪声的统计特性与误差空间分布的关系。仿真和实验结果表明,FTR方法具有从斜率数据准确重构出波前的能力;相对VMM方法FTR拥有更优的时间性能;基于相同的斜率FTR方法重构出波前与VMM方法的差别主要分布在孔径的边缘,在附加在斜率测量上的噪声具有零平均的性质时,最有可能获得一致的波前。 展开更多

关键词 FTR方法 波前重构 哈特曼波前探测器 误差分析

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基于多对流速度的波前重构算法研究 被引量：1

13

作者 谢文科 姜宗福 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期31-35,共5页

在气动光学研究中,Ronald J.Hugo和Eric J.Jumper的小孔径光束技术(SABT)波前重构算法在理论推导中忽略了与涡结构尺度相关的对流速度的差异,因此必然会给波前重构带来误差。用小波分析提取了上、下游探测光束输出的不同尺度的光程信号... 在气动光学研究中,Ronald J.Hugo和Eric J.Jumper的小孔径光束技术(SABT)波前重构算法在理论推导中忽略了与涡结构尺度相关的对流速度的差异,因此必然会给波前重构带来误差。用小波分析提取了上、下游探测光束输出的不同尺度的光程信号,通过计算两个探测光束输出的同一尺度信号的互相关系数,并利用互相关系数达到最大值对应的延迟时间研究了尺度相关的对流速度,然后再进行尺度相关的小孔径光束波前重构。结果表明:相对于单一对流速度的小孔径光束波前重构算法,该尺度相关的波前重构算法能有效地提高波前重构的精度。 展开更多

关键词 气动光学 波前重构 小波分析 对流速度 精度

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BICGSTAB算法在波前重构和控制中的应用 被引量：1

14

作者 胡谋法 陈曾平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第11期1-4,共4页

自适应光学波前重构和控制对精度和实时性的要求很高。BICGSTAB算法可用于非正定对称的线性系统方程的求解,并且速度快、精度高,稳定性好。基于Fried网格,提出将BICGSTAB算法引入自适应光学波前重构和控制系统方程的求解,并与SVD以及几... 自适应光学波前重构和控制对精度和实时性的要求很高。BICGSTAB算法可用于非正定对称的线性系统方程的求解,并且速度快、精度高,稳定性好。基于Fried网格,提出将BICGSTAB算法引入自适应光学波前重构和控制系统方程的求解,并与SVD以及几种常见的迭代算法(Jacobi,Seidel,SOR以及SSOR)作比较。仿真结果表明,对于121阶系统,BICGSTAB法达到0.01%精度仅仅需要不到70次的迭代;SVD法达到0.01%需要近300次;四种常见迭代方法即使104次也没有收敛。这说明BICGSTAB具有更高的速度和精度,能够更好地满足自适应光学系统实时性和精度的需要。 展开更多

关键词 自适应光学 波前重构 波前控制 Fried网格 BICGSTAB法

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由焦面附近光强分布实现波前重构

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作者 贾怀庭 冯斌 +4 位作者 李富全 向勇 王芳 韩伟 李恪宇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1049-1052,共4页

介绍了一种由光束在焦面附近几个面上的强度分布重构出光束近场波前的方法。把波前重构问题作为一个非线性优化问题,利用光束口径区域内的正交多项式模拟光束波前相位分布,通过优化多项式各项的系数,使对应的波前分布在焦面附近相应的... 介绍了一种由光束在焦面附近几个面上的强度分布重构出光束近场波前的方法。把波前重构问题作为一个非线性优化问题,利用光束口径区域内的正交多项式模拟光束波前相位分布,通过优化多项式各项的系数,使对应的波前分布在焦面附近相应的几个面上的强度分布与已知强度分布的偏差最小,即认为由此时的多项式系数决定的近场波前代表了真实的光束波前。针对方光束口径,利用Legendre多项式模拟光束波前分布,利用共轭梯度算法对多项式系数进行了优化计算;优化过程分为几步进行以减少计算时间。重构得到的波前分布与参考波前分布符合得很好。 展开更多

关键词 波前重构 强度分布 LEGENDRE多项式 优化

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基于阈值式小波变换的波前重构算法

16

作者 韩诚山 李祥之 +3 位作者 赵庆磊 黄良 姜肖楠 文明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1197-1200,共4页

针对传统的波前重构器计算效率低、稳态误差大的问题,提出了阈值式波基多分辨力波前重构算法,采用4维波基作为标准正交基,将波前相位畸变投射到4维波基上,使伪逆矩阵变为稀疏矩阵,有效地减少了计算量,并采用阈值法去除波前重构矩阵算子... 针对传统的波前重构器计算效率低、稳态误差大的问题,提出了阈值式波基多分辨力波前重构算法,采用4维波基作为标准正交基,将波前相位畸变投射到4维波基上,使伪逆矩阵变为稀疏矩阵,有效地减少了计算量,并采用阈值法去除波前重构矩阵算子中对精度影响较小的高分辨力波基系数,进一步增加了矩阵的稀疏程度,提高了运算效率,并与传统的最小二乘法、Zernike模式法和迭代法进行了计算量和均方根误差的比较,仿真结果表明该算法无论在计算速度和收敛精度上均优于其它算法。 展开更多

关键词 空间光通信 自适应光学 波前重构 小波变换 阈值算法

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面向图像复原的广义岭估计模式法波前重构

17

作者 陈波 程承旗 +2 位作者 濮国梁 耿则勋 杨阳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期478-483,共6页

为了提高自适应光学图像的复原效果,提出了一种面向图像复原的广义岭估计Zernike模式波前重构算法。首先,按照用时间换精度的思路,把广义岭估计引入自适应光学波前重构算法中。改善最小二乘估计的奇异性,抑制波前测量误差的放大。然后,... 为了提高自适应光学图像的复原效果,提出了一种面向图像复原的广义岭估计Zernike模式波前重构算法。首先,按照用时间换精度的思路,把广义岭估计引入自适应光学波前重构算法中。改善最小二乘估计的奇异性,抑制波前测量误差的放大。然后,引入迭代计算提高方程的解算精度,进一步提高点扩散函数(PSF)重建质量。最后,利用广义岭估计重建的PSF对降质图像进行复原实验验证PSF的重建质量。实验结果证明,广义岭估计PSF的复原效果比最小二乘估计PSF高约15%,更接近成像系统的光学衍射极,同时复原计算迭代次数也减少了35%。新算法重构的PSF在图像复原中有更好的图像重建效果。 展开更多

关键词 图像复原 自适应光学 波前重构 广义岭估计

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一种基于双向梁函数进行波前重构的方法

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作者 贾维溥 李庆 +2 位作者 何南鹰 巩马理 闫平 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2005年第8期596-598,共3页

结合传统的Zernike模式法和直接斜率法,采用双向梁函数模式法进行波前重构与校正。文中结合数值计算和有限元方法(FEM)计算,对系统的波前校正进行了仿真,证明这种方法具有更好的波前重构精度。

关键词 双向梁函数 波前重构 Zemike模式法 直接斜率法

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由重构矩阵存储精度引起的波前重构误差的研究

19

作者 张家如 张凯 +1 位作者 周克恩 万敏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第2期225-233,共9页

采用Ｓｏｕｔｈｗｅｌ区域法波前重构模型对泽尼克多项式的前几项进行了波前重构的数值模拟，研究了由重构矩阵存储精度原因而引起的波前重构误差。结果表明，对于前六项，以８Ｂｉｔ的数据精度来存储重构矩阵就能保证波前重构误差不超... 采用Ｓｏｕｔｈｗｅｌ区域法波前重构模型对泽尼克多项式的前几项进行了波前重构的数值模拟，研究了由重构矩阵存储精度原因而引起的波前重构误差。结果表明，对于前六项，以８Ｂｉｔ的数据精度来存储重构矩阵就能保证波前重构误差不超过１．０％，而对于具有更高阶的泽尼克多项式，比８Ｂｉｔ更高的数据精度不会使误差减小。对一个测量所得的波前进行了研究，所得结果和上述结论相符合。 展开更多

关键词 波前重构 数据精度 重构精度 自适应光学

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子孔径划分对波前重构矩阵病态程度的影响

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作者 张家如 周克恩 易亨瑜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期145-148,共4页

自适应光学中 ,对于一定的变形镜 ,波前探测器子孔径的划分方式将对波前重构产生影响。用直接斜率法进行波前重构 ,采用最小二乘解 ,并用波前重构矩阵的条件数作为其病态程度的判据。模拟结果表明 ,子孔径数目的选择对波前重构矩阵的病... 自适应光学中 ,对于一定的变形镜 ,波前探测器子孔径的划分方式将对波前重构产生影响。用直接斜率法进行波前重构 ,采用最小二乘解 ,并用波前重构矩阵的条件数作为其病态程度的判据。模拟结果表明 ,子孔径数目的选择对波前重构矩阵的病态程度起决定性的作用 ;适当的子孔径划分方式可以使波前重构矩阵病态程度大大降低。 展开更多

关键词 波前重构 子孔径划分 矩阵病态 自适应光学

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