估计光学系统的波前的至少一个变形或者通过所述光学系统观察到的物体的方法以及相关设备技术方案

本发明专利技术涉及一种用于估计观察系统的波前的至少一个变形或者通过该系统观察到的物体的方法，其特征在于：在观察系统的焦平面附近，在至少一个差异平面中获取至少一个差异图像，其中差异图像包括已知的差异变形；在每个差异平面中，根据至少以下各项来确定图像模型：将系统的物理光瞳分解为多个子光瞳；将每个子光瞳上的所求变形分解为由待定系数加权的至少一个已知变形的形式；通过系统光瞳的自动相互关联确定系统的传递函数；作为所求的变形系数的函数将自动相互关联的每一项线性化，其中在已知的差异变形附近执行该线性化；观察到的物体和噪音；通过确定的图像模型和获得的图像，估计所求的变形或观察到的物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及估计光学系统的波前的至少一个变形或者通过所述光学系统观察到的物体的方法和设备。 本专利技术特别应用于高分辨率成像和波束成形的领域。 光学系统和/或光传播介质可以导致变形。此外，当变形使光学系统质量下降时，本专利技术可以估计(恢复)被观察的物体。
技术介绍
由于在来自于被观察物体的波的传播路径上存在像差(aberration)或其他扰动，通过光学仪器获得的图像的质量通常变差。 实际上，存在于仪器的光瞳中的这些相位变形削弱了传输功能。 已经开发出几种被称为表面波分析仪(Wave Surface AnalyzersWSA)的设备，用于通过将光瞳相位变换为可测量的强度变化来测量光瞳的相位。 这些设备用在以闭环方式运行的系统中，其中闭环具有可以控制所接收的波的相位的部件(变形镜、相位偏移器等)，这些设备可以去除观察到的扰动。此外，可以利用WSA的信息恢复(估计)被观察的物体。 现在，已经存在各种表面波分析仪，特别可以参考由F.Roddier指导的G.Rousset发表的“Wave-front sensors，Adaptive Optics inAstronomy”，chap.5，pp.91-130，Cambridge University Press，Cambridge1999。 为了校正具有任何光瞳的光学系统的像差，即无论是单片式的光学系统还是由一系列组合的或非组合的子光瞳构成的光学系统，所谓的焦平面技术都是有吸引力的方案。 实际上，与必须提取指向辅助光学器件的光的一部分的平面光瞳设备(这使光学安装复杂化)不同，焦平面方法可以测量波前的变形，还可以在单一框架中组合所有的子光瞳，这使光-机设计简化。 由于成像器件通常安装在相机的焦平面中，有利地在相机附近使用WSA，以便测量光学器件的变形。 如果已知器件的输入光瞳，则所谓的“相位恢复”技术可以估计与光瞳平面中和焦平面中的已知限制最相容的像差，且这只需要光源点的焦面像的数据。但是，这种技术应当用于具有非中心对称式光瞳设置的器件，以便在没有任何符号歧义的情况下估计变形(或“相位畸变(aberrant phase)”)。 在相反的情况下，或者对于延长的物体的观察，仅有焦面像的数据不足以唯一地再次发现像差。 在一般情况下(未知物体和/或任意配置)，在存在完全已知的相位变形(或调制)的焦平面附近获得所谓的差异图像，通过使用多个所谓的差异图像，可以消除相位的不确定性；最常见的是，由于应用的简化，其是一个甚至多个离焦图像。 然后基于由选择像差构成的使到图像的距离的标准最小化的方法来估计相位畸变。 因此执行寻找变形，其产生与数据最接近的图像模型，上述最小化通常在傅里叶平面中执行。 所谓的相位差法通常应用于延伸物体上的相位测量。 但是，通过这种方法，可以估计被观察的物体。换言之，通过去除变形来恢复被观察的物体。 但是，无论该方法用于估计物体还是像差，这种方法都需要很大的计算次数，这难以与实时估计系统的需要相容。 实际上，如果N是由差异获得的图像的数量，每次迭代至少要执行2N次傅里叶变换，而且在实际中可能需要执行大约五十次迭代。 因此，为了减小所需的迭代数，已经进行了研究 -首先，试图找到用于由单片式配置执行的模拟测试的更好的最小化算法， -其次，通过对单片式或分离式望远镜所进行的研究，修改所使用的标准。 这些方法需要多次迭代以达到收敛，因此其计算次数随着所求的像差的数量增加。因此，估计被观察物体的计算次数也是庞大的。 有时在闭环中执行小像差的测量(即残余像差)，但是这种测量仅用于单片式配置(即用于测量比离焦更大的级的变形)，且传感器的性能不具有良好的特性。 因此，所有这些迭代方法都需要强大的计算功能。 现在，在地面仪器上不会引起任何问题的适当处理器的使用对于计算机能力受限的片上(on-board)应用变得十分重要。
技术实现思路
本专利技术用于通过在观察系统的焦平面附近获取的一个或多个图像，通过非迭代的单纯的解析方法来估计观察系统的波前变形或者通过系统观察到的物体。 因此，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于估计观察系统的波前的至少一个变形或者通过该系统观察到的物体的方法。 特别地，本专利技术的方法的特征在于在观察系统的焦平面附近，在至少一个差异平面(diversity plane)中获取至少一个差异图像(diversity image)，其中差异图像包括已知的差异变形(diversitydeformation)；在每个差异平面中，根据至少以下各项来确定图像模型将系统的物理光瞳分解为多个子光瞳，将每个子光瞳上的所求变形分解为由待定系数加权的至少一个已知变形的形式；通过系统光瞳的自动相互关联确定系统的传递函数；根据所求的变形系数将自动相互关联的每一项线性化，其中在已知的差异变形附近执行该线性化；观察到的物体和噪音；通过确定的图像模型和获得的图像，估计所求的变形或观察到的物体。 图像模型还是通过系统观察到的物体的函数以及线性化的传递函数的函数。 本专利技术的方法适用于延长的物体，且不需要任何迭代因此使计算时间最小化。 本专利技术的方法基于观察系统的传递函数的线性化。通过线性化，可以获得被观察物体的变形的估计。 特别地，观察系统的传递函数在每个差异平面中被线性化，并且观察系统的传递函数是所求变形和与每个差异平面相关的已知差异变形的至少一个函数。 通过已知的方案，可以通过符合逻辑的计算次数估计出变形，因为在这些方案中，估计是基于距离标准的最小化被迭代执行的。此外，通过该方案，不能在一次迭代中直接估计被观察的物体。 使用取决于系统的每个差异平面中的线性化系统的传递函数的图像模型这一事实可以简化具有两个未知数的方程的系统(物体和扰动)，以便不经过物体或扰动(相位)的迭代进行求解。 优选地，观察系统是光学观察系统，系统的传递函数是光学传递函数、声学成像(acoustic imaging)。 此外，根据第二方面，本专利技术涉及一种用于估计观察系统的波前的至少一个变形或者通过系统观察到的物体的设备。 本专利技术的设备的特征在于，所述设备包括在观察系统的焦平面附近、在至少一个差异平面中获取至少一个差异图像的装置，其中差异图像包括已知的差异变形；并且在每个差异平面中，所述设备包括根据至少以下各项来确定图像模型的装置将系统的物理光瞳分解为多个子光瞳；将每个子光瞳上的所求变形分解为由待定系数加权的至少一个已知变形的形式；通过系统的光瞳的自动相互关联确定系统的传递函数；作为所求的变形系数的函数将自动相互关联的每一项线性化；在已知的差异变形附近执行该线性化；观察到的物体和噪音；通过确定的图像模型和获得的图像，估计所求的变形或观察到的物体。 由于该设备适合应用于不需要任何迭代的方法，其兼容于很强的实时限制并且被完全集成在片上系统中。 本专利技术的设备可以与校正装置结合使用在闭环中，所述校正装置用于光学系统的波前的变形的实时校正和/或用于进一步估计通过观察系统观察到的物体。 最后，根据第三方面，本专利技术涉及一种片上系统，该系统包括应用根据本专利技术的第一方面所述的方法的装置。 附图说明 参考附图，根据以下纯粹示例性以及非限制性的描述，本专利技术的其他特征和优点将更加明显，其中 图1显示根据本专利技术的用于估计波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计观察系统（２０）的波前的至少一个变形（１０）或者通过所述观察系统（２０）观察到的物体的方法，其特征在于，在观察系统的焦平面附近，在至少一个差异平面中获取至少一个差异图像（２６－２８），其中差异图像包括已知的差异变形，并且在每个差异平面中，根据至少以下各项来确定图像模型：将系统的物理光瞳分解为多个子光瞳，将每个子光瞳上的所求变形分解为由待定系数加权的至少一个已知变形的形式；通过系统（２０）的光瞳的自动相互关联确定系统（２０）的传递函数；根据所求的变形系数将自动相互关联的每一项（Ｐ０－Ｐ６）线性化，在已知的差异变形附近执行该线性化；观察到的物体和噪音；通过确定的图像模型和获得的图像，估计所求的变形或观察到的物体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F卡桑，I莫克尔，L米尼耶，
申请(专利权)人：国家研究和航空航天研究局，
类型：发明
国别省市：FR[法国]