專利名稱：一種基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克－哈特曼波前傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種夏克-哈特曼波前傳感器，特別是一種基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器。
背景技術(shù)：
夏克-哈特曼波前傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中。利用陣列透鏡對(duì)探測(cè)波前進(jìn)行分割，分割的波前被聚焦到CCD光電探測(cè)器上，計(jì)算各個(gè)子孔徑的斜率，經(jīng)復(fù)原計(jì)算得到探測(cè)波前的相位分布。夏克-哈特曼波前傳感器除了應(yīng)用于各種用途的自適應(yīng)適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中外，還用于各種靜態(tài)相差的測(cè)量，比如光學(xué)檢測(cè)、系統(tǒng)標(biāo)定和醫(yī)學(xué)中的人眼像差測(cè)量等。這類傳統(tǒng)的夏克-哈特曼波前傳感器可以參見(jiàn)“哈特曼波前傳感器的應(yīng)用”，姜文漢，鮮浩等，量子電子學(xué)報(bào)Vol.15，April，1998，2，P228-235；“夏克-哈特曼波前傳感器的波前相位探測(cè)誤差”，沈鋒，姜文漢，光學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.20，No.5，May 2000，P666-671；“Combined shearing interferometer and Hartmann wavefrontsensor”，US patent No.518854，Hutchin etc.，June 17，1982?，F(xiàn)有的用于天文觀測(cè)中的夏克-哈特曼波前傳感器中有的采用了像增強(qiáng)器環(huán)節(jié)以進(jìn)行較弱目標(biāo)的探測(cè)，參見(jiàn)“ICCD型于CCD型弱光哈特曼-夏克波前傳感器的性能分析于對(duì)比”，曹根瑞等，光學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.19，No.7，July1999，P975-980。
上述各種夏克-哈特曼波前傳感器用于極弱目標(biāo)探測(cè)時(shí)存在不足為在信噪比很低時(shí)，信號(hào)被噪聲淹沒(méi)，光電探測(cè)器所獲得圖像不經(jīng)處理則不能夠得到精確的斜率數(shù)據(jù)，在采用了像增強(qiáng)器的夏克-哈特曼波前傳感器中，信號(hào)得到增強(qiáng)的同時(shí)，但同時(shí)噪聲也被放大，因此不能有效提高信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，這種傳感器可以有效地對(duì)極弱目標(biāo)的探測(cè)，提高了信噪比，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定，適合批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，包括參考光源、反射鏡、縮束系統(tǒng)、透鏡陣列、匹配透鏡組、光電探測(cè)器，其特征在于在所述的光電探測(cè)器后接有對(duì)低信噪比時(shí)的圖像噪聲進(jìn)行抑制的付立葉頻譜濾波模塊，付立葉頻譜濾波模塊對(duì)光電探測(cè)器獲取的圖像進(jìn)行付立葉變換，然后進(jìn)行濾波處理和信號(hào)復(fù)原。
所述的付立葉頻譜模塊為各種固化了快速傅立葉濾波算法的數(shù)字硬件模塊，其工作過(guò)程包括首先對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，然后濾除掉噪聲頻譜并復(fù)原信號(hào)至后級(jí)處理系統(tǒng)。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)其特有的付立葉頻譜濾波模塊對(duì)探測(cè)圖像進(jìn)行處理后對(duì)信噪比低于1.0的極弱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了有效探測(cè)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有的夏克-哈特曼波前傳感器只適用于較強(qiáng)目標(biāo)探測(cè)的不足。本發(fā)明在信噪比為1.0時(shí)，波面復(fù)原精度達(dá)到1/10波長(zhǎng)。此外，本發(fā)明還具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定，加工工藝成熟的特征，使傳感器的生產(chǎn)、安裝和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單化，利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，可以用于針對(duì)低信噪比的各種高精度的波前探測(cè)場(chǎng)合。


圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明由參考光源1-5、反射鏡6、縮束系統(tǒng)7、透鏡陣列8、匹配透鏡組9、CCD光電探測(cè)器10和付立葉頻譜濾波FSF模塊11組成，在標(biāo)定夏克-哈特曼波前傳感器時(shí)，參考光源1-5產(chǎn)生的平行光束經(jīng)反射鏡6進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)定后的傳感器在工作時(shí)，反射鏡6切換出光路，探測(cè)目標(biāo)光進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)。在光路布局中，要求參考光源光和探測(cè)目標(biāo)光在反射鏡6之后共光路?？s束系統(tǒng)7使前級(jí)系統(tǒng)(參考光源，目標(biāo))產(chǎn)生的光束口徑與陣列透鏡匹配，之后的匹配透鏡組9則將由陣列透鏡分割的子波前成像與CCD探測(cè)器件10上，由CCD探測(cè)器件10采集的電信號(hào)首先進(jìn)入FSF處理模塊11進(jìn)行處理，然后進(jìn)入后級(jí)處理系統(tǒng)。付立葉頻譜濾波模塊11為任何可以實(shí)現(xiàn)高速付立葉頻譜濾波的硬件模塊，陣列透鏡可以采用微光學(xué)技術(shù)，或采用二元光學(xué)技術(shù)加工而得，縮束透鏡后的光電探測(cè)器為一組或一組以上。
付立葉頻譜濾波FSF模塊11通過(guò)如下過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)低信噪比時(shí)的圖像噪聲進(jìn)行抑制，即首先對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，然后濾除掉噪聲頻譜并復(fù)原信號(hào)至后級(jí)處理系統(tǒng)。具體如下(1)對(duì)由光電探測(cè)器件獲取的圖像進(jìn)行付立葉變換GF＝F(s+n)＝SF+NF(1)其中s，n，SF，NF分別表示空間域和頻率域的信號(hào)和噪聲。
(2)濾波處理G^F=u(ΠDGF-T)---(2)]]>其中u(x)為篩選函數(shù)u(x)=x,x>00,Otherwise,ΠD(x)=1,x∈D0,Otherwise,]]>D為濾波器的支撐域，T為閾值。
(3)信號(hào)復(fù)原s^=F-1(G^F)---(3)]]>由于信號(hào)函數(shù)的支撐域有限，付立葉頻譜濾波模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻率大于其支撐域的成分的噪聲的抑制。
權(quán)利要求
1.基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，包括參考光源、反射鏡、縮束系統(tǒng)、透鏡陣列、匹配透鏡組、光電探測(cè)器，其特征在于在所述的光電探測(cè)器后接有對(duì)低信噪比時(shí)的圖像噪聲進(jìn)行抑制的付立葉頻譜濾波模塊，付立葉頻譜濾波模塊對(duì)光電探測(cè)器獲取的圖像進(jìn)行付立葉變換，然后進(jìn)行濾波處理和信號(hào)復(fù)原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的付立葉頻譜模塊為各種固化了快速傅立葉濾波算法的數(shù)字硬件模塊，其工作過(guò)程包括首先對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，然后濾除掉噪聲頻譜，最后進(jìn)行信號(hào)復(fù)原，復(fù)原后的信號(hào)至后級(jí)處理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的光電探測(cè)器為CCD光電探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的陣列透鏡采用微光學(xué)技術(shù)，或采用二元光學(xué)技術(shù)加工而得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的縮束透鏡后的光電探測(cè)器為一組或一組以上。
全文摘要
基于付立葉頻譜濾波模塊的夏克－哈特曼波前傳感器，包括參考光源、反射鏡、縮束系統(tǒng)、透鏡陣列、匹配透鏡組、光電探測(cè)器。其特征在于在所述的光電探測(cè)器后接有對(duì)低信噪比時(shí)的圖像噪聲進(jìn)行抑制的付立葉頻譜濾波模塊，付立葉頻譜濾波模塊對(duì)光電探測(cè)器獲取的圖像進(jìn)行付立葉變換，然后進(jìn)行濾波處理和信號(hào)復(fù)原。本發(fā)明能通過(guò)其特有的付立葉頻譜濾波模塊對(duì)探測(cè)圖像進(jìn)行處理后對(duì)信噪比低于1.0的極弱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)探測(cè)，在信噪比為1.0時(shí)，波面復(fù)原精度達(dá)到1/10波長(zhǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定，加工工藝成熟的特征，使傳感器的生產(chǎn)、安裝和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單化，利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/17GK1955701SQ20061011355
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者張昂, 饒長(zhǎng)輝, 張雨?yáng)| 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所