| 题名 | 夏克-哈特曼波前传感器的若干问题分析 |
| 作者 | 李华强 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-10 |
| 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 | 饶长辉 |
| 关键词 | 自适应光学 波前探测 夏克-哈特曼波前传感器 动态范围 质心 焦斑 灵敏度 位移 |
| 其他题名 | Research on the performance of the Shack-Hartmann wave-front sensor |
| 学位专业 | 光学工程 |
| 中文摘要 | 夏克-哈特曼波前传感器作为一种精密的波前测量器件，已经在自适应光学领域里得到了广泛应用，随着科学技术的发展和实际测量对象的需求，夏克-哈特曼波前传感器的应用范围已经扩展到眼科科学、镜面测量、图像重构等领域。本文从以下几个方面对夏克-哈特曼波前传感器进行了分析、研究，①像素灵敏度的不一致性对焦斑质心测量的影响，②提出了基于光电探测阵列的焦斑灵敏度，③改进型的质心计算方法分析，④外推法增大夏克-哈特曼波前传感器的动态测量范围。 传统的夏克-哈特曼波前传感器大都采用CCD作为光强接收器件，CCD成像质量高但帧频较慢，不能满足目前高测量速度的要求，因此用CMOS传感器代替CCD成为一种趋势。相对于CCD来说，CMOS传感器具有价格便宜、功耗低、帧频快等优点，然而特殊的像素点结构和掺杂工艺，导致每个像素点对光能的转化效率存在差异，外在表现为像素点的灵敏度不一致，这种情况势必会影响焦斑质心的计算精度。本文从离散质心误差传递公式出发得出了像素点灵敏度的不一致性对质心测量的影响，并通过实验对公式进行了验证，实验结果说明了公式的正确性。 夏克-哈特曼波前传感器子孔径上波面的起伏和焦斑的偏移量之间是一个线性关系，光电探测器对焦斑偏移量的探测能力直接反映了波面的测量精度。本文利用焦斑位移灵敏度这样一个概念来描述光电探测器对焦斑偏移量的探测能力，并最终给出焦斑位移灵敏度的函数表达式和数字计算结果。在推导过程中，考虑到了像素点的结构、占空比、焦斑半径以及相机的位分辨率等因素，这为优化设计夏克-哈特曼波前传感器提供了一定的理论依据。 夏克-哈特曼波前传感器的测量精度主要受限于子孔径内焦斑质心的测量精度，Sung-Hoon Baik利用带有权重的像素点输出来计算焦斑质心，本文对这种改进型的焦斑质心算法进行了理论分析，得到了不同权重情况下的离散采样误差、光子噪声误差、读出噪声误差、暗背景噪声误差的表达式，并给出了最终的数值计算结果，最终通过实验的方法给出了某个特定情况下的最优权值。 夏克-哈特曼波前传感器的动态范围定义为仪器能够测量的最大波前起伏，当被测对象超出夏克-哈特曼波前传感器的动态范围时，焦斑将偏离出子孔径在探测器上的对应区域，也就是说焦斑和子孔径之间的对应关系不再明显，因此需要一种方法重新找出二者之间的对应关系。本文首先对影响夏克-哈特曼波前传感器动态范围的各种因素进行了深入分析，并在前人研究的基础上，提出了一种新型的软件处理方法-外推法来增大夏克-哈特曼波前传感器的动态测量范围，在已知某个或某些子孔径、焦斑对应关系的情况下，可以利用外推法得到与此子孔径相邻的所有子孔径对应的焦斑。相对于以往的方法，外推法具有无需改动硬件、处理速度快、编程灵活等优点。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-11-19 |
| 页码 | 123 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/279]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李华强. 夏克-哈特曼波前传感器的若干问题分析[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所. 2008. |
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