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《光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器性能分析-《光學(xué)學(xué)報(bào)》》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器性能分析許潔平*收稿日期:年-月-日;收到修改稿日期:年-月-日作者簡(jiǎn)介:許潔平(1989-),男,博士研究生,主要從事自適應(yīng)光學(xué)方面的研究。Email:civftor@163.com導(dǎo)師簡(jiǎn)介:梁永輝(1972-),女,教授,主要從事自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和圖像處理方面的研究。E-mail:yonghuiliang@sina.com*通信聯(lián)系人。Email:civftor@163.com梁永輝蔣鵬志(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410073)摘要提出了一種光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器的成像模擬方法,該方法將
2、微透鏡陣列等效為一個(gè)相位掩膜,考慮了微透鏡之間的干涉效應(yīng)。數(shù)值模擬顯示,不存在波前畸變時(shí),光場(chǎng)相機(jī)的波前斜率輸出不為零,降低了波前重構(gòu)精度;光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器的線性度隨著微透鏡尺寸的減小而提高;然而存在一個(gè)與波前畸變程度有關(guān)的最優(yōu)微透鏡尺寸,使波前復(fù)原精度最高;與哈特曼波前傳感器相比,在國(guó)內(nèi)典型大氣條件下,光場(chǎng)相機(jī)的波前重構(gòu)精度略低。關(guān)鍵詞光場(chǎng)相機(jī);波前測(cè)量;相位掩膜;哈特曼傳感器中圖分類號(hào)TN247文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼APerformanceAnalysisofLightFieldWave-frontSensorXuJieping
3、LiangYonghuiJiangPengzhi(CollegeofOpto-ElectricScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,Hunan410073,China)AbstractWeproposeanovellightfieldwavefrontsensorcameraimageformationsolutionbasedonmodellingmicro-lensarrayasaphasemask,whichconsi
4、derstheinterferencebetweenlenslets.Numericalsimulationshowsthatlightfieldwavefrontsensorgradientsignalsarenotnullwhentheinputwavefrontisunaberrated,whichdecreasesthewavefrontreconstructionprecision;thelinearityoflightfieldwavefrontsensorimproveswhenthesizeoflensle
5、tdecreases.Thereexistsanoptimallensletsizetomakethewavefrontreconstructionerrorleast.ComparedwithHartmannwavefrontsensor,thewavefrontreconstructionprecisionoflightfieldwavefrontisabitlower.Keywordslightfieldcamera;wavefrontsensing;phasemask;HartmannsensorOCISCodes
6、010.1080,010.7350,070.7345121引言受大氣湍流的影響,大型地基望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量大大降低。大氣通過(guò)對(duì)入射波前施加一個(gè)隨機(jī)并且隨時(shí)間演化的相位畸變,使地基望遠(yuǎn)鏡的短曝光圖像變成了散斑圖。自適應(yīng)光學(xué)(AdaptiveOptics,AO)的出現(xiàn)極大的減小了大氣對(duì)成像的影響,甚至使望遠(yuǎn)鏡接近衍射極限分辨率。傳統(tǒng)的閉環(huán)AO系統(tǒng)使用一個(gè)波前探測(cè)器測(cè)量等暈角內(nèi)波前畸變,然后通過(guò)變形鏡來(lái)補(bǔ)償。常用的波前傳感器主要有夏克-哈特曼波前傳感器(Shack-Hartmannwavefrontsensor,SWS),剪切干涉儀
7、和波前曲率探測(cè)器,其中夏克-哈特曼波前傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的波前傳感器[1]。光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器(LightFieldWavefrontSensor,LFS)最早由R.G.Clare和R.G.Lane提出[2],他們將微透鏡陣列放置在望遠(yuǎn)鏡入瞳焦面,微透鏡對(duì)入瞳成像,通過(guò)對(duì)各個(gè)微透鏡所成的像進(jìn)行計(jì)算分析,就可以恢復(fù)入瞳處的波前畸變。J.M.Rodríguez-Ramos等人結(jié)合光場(chǎng)相機(jī)的研究成果[3],將分焦面波前傳感器用于波前測(cè)量和物體距離探測(cè),并將此新型的波前傳感器命名為CAFADIS相機(jī)[4]。光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器最
8、大的優(yōu)勢(shì)是可以在大氣相干時(shí)間內(nèi),用一個(gè)傳感器,僅做一次測(cè)量,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大氣進(jìn)行斷層成像,恢復(fù)光波在各層大氣的相位;同時(shí)還能實(shí)時(shí)測(cè)量激光導(dǎo)星的三維分布信息,用于矯正導(dǎo)星漂移引起的離焦現(xiàn)象[4,5]。對(duì)于光場(chǎng)相機(jī)波前傳感器,國(guó)外R.G.Lane等人做了比較深入的研究,但沒(méi)有考慮微透鏡之間的干涉,且側(cè)重