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题名:
不同子孔径像素数时的夏克-哈特曼波前传感器探测性能研究
作者: 张昂
学位类别: 博士
答辩日期: 2006-06-21
授予单位: 中国科学院光电技术研究所
授予地点: 光电技术研究所
导师: 张雨东
关键词: 自适应光学 ; 波面探测 ; 夏克-哈特曼波前传感器 ; 采样误差 ; 光子噪声 ; 读出噪声 ; 极弱目标 ; 大气参数
学位专业: 光学工程
中文摘要: 作为自适应光学系统的“眼睛”,波前探测器是其不可少的一个重要组成部分。本文专注于对采用CCD 器件做为光电探测器的夏克-哈特曼波前传感器在不同探测环境下的探测性能以及系统校正残余误差的研究。包括改变子孔径像素数时的夏克-哈特曼波前传感器的探测性能研究,极弱目标的探测新方法的初步研究以及基于自适应光学系统闭环数据的大气参数估算和系统校正残余误差分析。 本文首先对采用CCD 器件的夏克-哈特曼波前传感器的各种误差源进行了深入的分析研究。在国际上首次对这类夏克-哈特曼波前传感器的采样误差进行了系统分析,得出了采样误差随探测器件与被探测光点尺寸的关系变化的趋势,并提出了对采样误差进行衡量的公式。从理论上对消除采样误差进行了探究,在获知探测光点的能量分布形式和尺寸的前提下,可以对采样误差进行消除。在对光子噪声的分析中,首次考虑到了离散采样孔径对光子噪声的影响,得出了光子噪声与夏克-哈特曼波前传感器子孔径的像素数分布相关的结论。在对读出噪声的分析中,首次考虑了自适应光学系统闭环情况下光斑质心位置对读出噪声误差的影响。对计算探测器中波前斜率过程中处理阈值的影响进行了分析,在阈值对读出噪声和光斑尺寸的影响分析中,得出了新的结论。在综合考虑三种误差源的情况下,得出了不同光强下的最佳探测子孔径像素数分布。结果表明,读出噪声和光子噪声受探测光强影响较大,采样误差与探测光斑的大小和位置直接相关。在保持子孔径探测动态范围不变的情况下,随探测光强的增强,探测误差最小的子孔径像素数随之增加,最小探测误差则随之减小。在对基于CCD 探测器的夏克-哈特曼波前传感器探测误差进行研究的基础上,建立了完整的仿真软件对探测误差进行了仿真计算。 在对夏克-哈特曼波前传感器探测误差进行理论分析和仿真计算的基础上,建立了实验系统,进行了大量的实验。实验结果验证了理论分析和仿真计算,并根据结果得到了在一定光强下的探测误差最小点。此最小探测误差点所对应子孔径内像素数随着探测光强的增加而增加,最小探测误差则随之减小。 对极弱目标探测新方法的探索是本文的另一个工作点。在信噪比很低的情况下,分别考虑了对图像进行线性增强、非线性增强处理,并首次提出对光斑图像进行条件非线性增强和滤波处理。仿真计算结果和实验结果均表明,在信噪比低于3.0 时,线性增强和非线性增强及条件非线性增强对探测精度的提高不如滤波处理。在信噪比低于1.0 时,利用滤波处理可以得到复原误差在1/5波长左右的结果,而上述另外几种方法则不能达到同等复原精度。 本文还提出了一种利用自适应光学系统闭环数据进行大气参数和系统校正残余误差估算的新方法,并将此方法应用于实际的61 单元自适应光学系统。该方法所计算的大气参数是与自适应光学系统闭环时刻相对应的大气参数,且摒弃了系统探测噪声的影响。 本文最后对夏克-哈特曼波前传感器探测误差对自适应光学系统校正误差的影响进行了研究,包括系统的闭环噪声误差和系统成像分辨力与探测器的误差和子孔径像素数的关。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/164
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张昂. 不同子孔径像素数时的夏克-哈特曼波前传感器探测性能研究[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所. 2006.
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