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基于哈特曼—夏克传感器的波前检测方法研究

汪伟  
【摘要】:哈特曼-夏克波前传感器最早应用于天文观测上用来测量光学系统的像差。目前,哈特曼-夏克波前传感器在自适应光学、面型检测和人眼视觉上都有着广泛的应用。哈特曼-夏克传感器主要由微阵列透镜和CCD组成,其中光波经过待测透镜,畸变波前入射到哈特曼-夏克传感器中的微阵列透镜聚焦在CCD上,测量CCD上的光斑坐标,通过Zernike多项式模式法计算出Zernike系数来重建出波前。 本论文设计了基于哈特曼-夏克传感器的波前检测方案,该系统可检测光学系统像差和光学元件表面三维形貌,同时概述了基于哈特曼-夏克波前传感器的波前检测模型,设计了波前检测算法,包括图像预处理、质心探测和Zernike多项式模式法重构,并分析了质心探测的影响因素,然后搭建了基于哈特曼-夏克传感器的波前测试系统。其中在测量波前斜率前,利用大律法阈值分割算法(OTSU算法)对光斑图像进行阈值分割,从而提高光斑质心的定位精度。根据本论文设计的基于哈特曼-夏克传感器的波前检测方案,介绍了波前测量仪的系统组成部分,利用待测透镜对所设计的波前检测系统相关算法进行了验证,并对重构后的波前检测结果进行了分析,给出了重构波前的RMS和PV误差,最后对整个测量系统进行了总结,并提出了改进方案。 总之,本文研究了基于哈特曼-夏克传感器实现对待测光学平面面型检测和像差检测的波前测量方法,完成了对透镜元件的检测,得到待测透镜的波前像差。


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