【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，属于光束波前测量的数据处理。
技术介绍
1、哈特曼波前传感器是一种精密的光学测量设备，它利用微透镜阵列将入射光波前分割成多个子波前，通过测量这些子波前在焦平面上形成的子光斑位置变化来确定波前的形状。这种技术可以实时监测波前畸变，并在动态光学系统中进行校正，具有高精度和高实时性的特点。哈特曼波前传感器的非接触式测量方式避免了对光学元件的物理干扰，使其在光学元件测试中尤为重要。此外，由于其适应性强，哈特曼波前传感器能够适用于各种波长和不同类型的光学系统。
2、哈特曼波前传感器的起源可以追溯到20世纪初，由德国物理学家johann karlfriedrich hartmann首次提出。hartmann在1910年发表了关于波前测量的论文，描述了一种使用微透镜阵列来测量恒星光波前的方法。这种原始的哈特曼波前传感器设计用于天文学领域，以测量和校正由于大气扰动引起的星光波前畸变。随着时间的推移，哈特曼波前传感器的设计和应用得到了不断的改进和扩展。20世纪70年代，随着计算机技术的发展，波前传感器的数据处理能力得到了显著提升，使得哈特曼波前传感器在光学测试和自适应光学系统中得到了更广泛的应用。到了20世纪90年代，随着微电子机械系统(mems)技术的发展，哈特曼波前传感器的微型化和集成化成为可能，进一步推动了其在精密光学测量领域的应用。
3、哈特曼波前传感器的应用领域非常广泛，包括但不限于自适应光学系统中的大气湍流校正、眼科中的视力矫正、以及天文望远
4、目前，哈特曼波前传感器的发展方向主要有：提高动态范围，提高丢失数据处理能力，提高检测精度等。其中动态范围与处理缺失数据能力在面对复杂畸变波前时尤为重要，而现有的检测方法几乎不会兼顾这两个方面，因此亟需一种基于连续图像序列相似性的波前畸变检测算法，能够兼顾动态范围与处理缺失数据能力。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，能够较好地面对大倾斜畸变，光点数据缺失等复杂情况，实现波前的检测复原，对提高哈特曼波前传感器对畸变复杂波前的有效检测具有重要意义。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，包括如下步骤：
4、(1)将ccd采集到的视频数据分解为图片序列，得到原始数据；
5、(2)对每张图片进行预处理，求取每张图片中的每一光斑质心，得到每张图片的质心坐标序列，并将第一张图片的质心坐标作为标定参考质心，同时得到初始复原矩阵e；
6、(3)采用前后相邻的两张图片进行质心匹配，得到斜率向量以及修正参数，并且更新偏移参考质心坐标序列；
7、(4)将斜率向量与修正参数带入复原方程求取泽尼克系数，完成波前复原；
8、(5)将图片序列下一张与更新后的偏移参考质心坐标序列进行匹配，即重复步骤(3)～(4)，实现整个视频数据的波前复原。
9、优选的，步骤(2)包括如下步骤：
10、(2.1)进行图片二值化及形态学操作获取光斑大致位置；
11、形态学操作指开运算闭运算，光斑大概位置是形态学操作之一，它可以直接得出每个光斑(在形态学中是每个独立区域)的质心；
12、(2.2)利用质心公式求取光斑精确位置(一张图片中包括多个光斑，需计算每一子孔径对应的光斑质心)，质心公式：
13、
14、其中，(xc,yc)为光斑质心坐标，m表示子孔径区域中的像素数量，ii为第i个像素的像素值，(xi,yi)表示该子孔径内的像素坐标；将第一张图片中所有子孔径对应的光斑质心求出后，即可得到标定参考质心；
15、(2.3)利用后一张图片的质心坐标与标定参考质心坐标相比较可以得到斜率向量g，斜率向量g包含着每一个子孔径的水平方向光斑偏移量gx和竖直方向光斑偏移量gx，表示为：
16、
17、其中，(xt,yt)表示后一张图片得到的质心坐标，f为子孔径焦距；
18、(2.4)采用φ(x,y)表示入射波前相位，波前相位可由泽尼克多项式展开为：
19、
20、其中，其中zm(x,y)为第m项泽尼克多项式，am为其系数，m＝1时为波前相位平均值，通常忽略记为0；
21、对泽尼克多项式左右两边进行求导，那么波前复原方程用矩阵形式表示为：
22、g＝ea
23、其中，g表示斜率向量，大小为2k×1；a＝{a2 a3…am}表示系数向量；e表示复原矩阵，
24、
25、复原矩阵大小为2k×(m-1)，其每一项表示对应子孔径上对应泽尼克系数为1时的平均波前斜率，k为子孔径数；(zxm)k表示第m项泽尼克多项式中第k个子孔径处的水平方向平均波前斜率，(zym)k表示第m项泽尼克多项式中第k个子孔径处的竖直方向平均波前斜率；
26、(2.5)求出e的广义逆矩阵e+，即可求出系数向量a，代入泽尼克多项式即可计算波前相位φ(x,y)。
27、优选的，步骤(3)包括如下步骤：
28、(3.1)采用前一图片的质心作为偏移参考质心，与后一图片的每个质心做匹配(前一图片的每个质心均与后一图片的每个质心进行匹配，即在前一图片和后一图片中分别任取一质心进行两两匹配)，其中偏移参考质心的初始值为第一张图片的标定参考质心，坐标差值表示为：
29、dx＝xh-xp
30、dy＝yh-yp
31、其中，(xh,yh)表示后一图片的质心坐标，(xp,yp)表示偏移参考质心坐标，即在匹配步骤中用作参考的质心；
32、光斑距离dist可以表示为：
33、
34、(3.2)若dist＜dspots/3，则认为此时的两个光点为同一子孔径的光斑，接着可以利用后帧质心与匹配上的偏移参考质心所对应的标定参考质心来计算光斑偏移量，其中dspots表示标定参考质心的平均光斑距离，为固定值；
35、计算斜率向量，并将后一图片的质心坐标替换偏移参考质心在该子孔径处的质心，即采用后一图片的质心作为新的偏移参考质心；
36、(3.3)若dist≥dspots/3，则认为偏移参考质心未能匹配到后一图片的质心，则认为该子孔径的数据缺失，标记其子孔径序号，即修正参数。
37、偏移参考质心指：对于进行复原计算的第一帧来说，它的偏移参考质心来自标定计算的结果。由于光斑闪烁，不是每个参考质心都能在复原帧中找到与它对应的后帧质心，此时需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，包括如下步骤；
2.根据权利要求1所述高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，步骤(2)包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，步骤(3)包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，步骤(4)包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，包括如下步骤；
2.根据权利要求1所述高速流场中基于连续图像序列相似性的波前畸变检测方法，其特征在于，步骤(2)包括如下步骤：
3.根...
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