基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，該方法的基本思路是：首先，通過實驗測得哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣B；然后，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，得到0/1矩陣A；最后，根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，根據判決結果給自適應光學系統發送是否閉環命令。該方法提出了一種控制自適應光學系統自動開環閉環的智能控制方法，相對于傳統的自適應光學系統，該方法的引入減少了系統的人力投入，對于自適應光學系統的自動化、智能化運行有很大幫助。

【技術實現步驟摘要】
基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法
本專利技術涉及自適應光學智能控制的
，具體涉及一種基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，主要用于在無需人員參與的情況下，控制自適應光學系統進行自動開環和閉環。
技術介紹
自適應光學系統通過對波前畸變實時的檢測、控制和校正，使光學系統具有自動適應外界條件變化、始終保持良好工作狀態的能力。自適應光學系統由波前傳感器、波前控制器和波前校正器三部分組成，目前，大多數自適應光學系統通常采用夏克-哈特曼波前傳感器進行波前探測。哈特曼波前傳感器實時探測出波前畸變，此信號經波波前控制器處理后產生出控制信號加到波前控制器上，產生與所探測到的波前畸變大小相等，符號相反的波前校正量，使光波波前由于受到動態干擾而產生的畸變得到實時補償，從而提高成像質量。大型地基天文望遠鏡使用自適應光學系統以提高到其成像分辨力。一方面，當望遠鏡系統對暗弱目標觀察時，將會出現哈特曼傳感器較多子孔徑缺光的情況，此時需要人為對自適應光學系統能否正常閉環進行判斷，并人工控制其閉環。另一方面，在自適應光學系統運行過程中，當探測目標由于軌道高度變化而出現能量變化時，需要人為判斷系統狀態并人工控制其開環。由于自適應光學系統無法自動運行，往往需要實驗人員實時的觀測圖像來控制該系統何時閉環，何時開環。基于這樣的前提，本文提出了一種基于能量分布判決的自適應光學智能控制技術。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：克服自適應光學系統開環閉環需要人工干預的不足，提出了一種基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，事先實驗測得哈特曼陣列透鏡對應的權重矩陣，然后對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行檢測得到能量二值化矩陣，通過將能量二值化矩陣和權重矩陣的點乘結果求和與閾值的比較來決定是否向自適應光學系統發送閉環命令。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法該方法的步驟是：首先，通過實驗測得哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣B；然后，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，得到0/1矩陣A；最后，根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，其中，A為光斑二值化矩陣，B為實驗測得哈特曼陣列透鏡權重矩陣，T為實驗測得的閾值，根據判決結果給自適應光學系統發送是否閉環命令。其中，通過實驗測得哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣B，其中每一個元素都反應對應的子孔徑對觀測結果后期閉環效果的影響程度，實驗可知，子孔徑缺光對閉環效果的影響程度跟子孔徑到陣列透鏡中心的距離相關，這里權重矩陣的值將會由中心到四周依次遞減。其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，第一次閾值處理進行背景抑制：設輸入子孔徑圖像為f(x,y)，其大小為m×n,找出f(x,y)中的灰度值最大的值max和灰度值最小的值min，然后計算f(x,y)中灰度位于k1max(0<k1<1)和k2min(k2>1)之間的像素的灰度均值作為閾值t1，用原圖像f(x,y)中每個像素值減去閾值t1得到圖像f1(x,y)，其中k1,k2的值根據實驗數據的具體情況而選取。其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，找出f1(x,y)中灰度值最大的點對應坐標(x,y)，將(x,y)連同它的8連通區域提取出來，記為S，即其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，第二次閾值處理:在圖像S中進行全局閾值處理得到閾值t2和圖像S1；閾值t2確定后可求得其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，用小于均值方差法計算圖像f(x,y)的信噪比，SNR＝10lg((Imax-B)/σn)，式中：Imax為f(x,y)中灰度最大值，近似代表目標灰度，B為背景灰度，計算方法為小于圖像均值像素的平均，σn為噪聲標準差，計算方法為小于圖像均值的像素的標準差。其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，判斷有無光斑：當圖像S1中像素灰度值總和大于閾值T1且信噪比大于閾值T2時(T1和T2根據實際情況通過實驗測得)，則判斷該子孔徑中有光斑存在，反之沒有。其中，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，遍歷一幅完整陣列透鏡圖片中的每一子孔徑，重復3至7步驟，得到最終光斑是否存在的完整判別矩陣A。其中，根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，將之前所得到的矩陣A與B進行點乘，即C＝A.B，然后對C中所有元素進行求和記為sum，進行如下判別：當sum≥T時，向自適應系統發送閉環命令，讓自適應系統進行閉環，然后重復以上步驟繼續進行觀測判決；，當sum<T時，不滿足自適應光學系統閉環條件，不用向系統發送閉環命令，依舊重復以上環節繼續進行觀測判決，這里，閾值T根據具體情況通過實驗測定。本專利技術的原理在于：一種基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，分為以下三大步驟進行：第一個步驟，實驗測出哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣；第二個步驟，子孔徑光斑二值化；第三個步驟，陣列透鏡全孔徑能量分布判決；所述哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣的計算包括：事先通過實驗測得一個和哈特曼陣列透鏡子孔徑排布相對應的權重矩陣B，其中每一個元素都反應對應的子孔徑對觀測結果閉環效果的影響程度。實驗可知，子孔徑缺光對閉環效果的影響程度跟子孔徑到陣列透鏡中心的距離相關，這里權重矩陣的值將會由中心到四周依次遞減；所述子孔徑光斑二值化包括：1)第一次閾值處理進行背景抑制：設輸入子孔徑圖像為f(x,y)，其大小為m×n；找出f(x,y)中的灰度值最大的值max和灰度值最小的值min，然后計算f(x,y)中灰度位于k1max(0<k1<1)和k2min(k2>1)中的像素的灰度均值，作為閾值t1，用原圖像f(x,y)中每個像素值減去閾值得圖像f1(x,y)，其中k1,k2的值根據實驗數據的波動而選取；2)找出f1(x,y)中灰度值最大的點對應坐標(x,y)，將(x,y)連同它的8連通區域提取出來，記為S，即3)第二次閾值處理:在圖像S中進行全局閾值處理得到閾值t2和圖像S1；閾值t2確定后可求得4)用小于均值方差法進行信噪比的計算，即SNR＝10lg((Imax-B)/σn)式中：Imax為f(x,y)中灰度最大值，近似代表目標灰度，B為背景灰度，計算方法為小于圖像均值像素的平均，σn為噪聲標準差，計算方法為小于圖像均值的像素的標準差。5)判斷有無光斑：當圖像S1中像素總和大于閾值T1且信噪比大于閾值T2時(T1和T2根據實際情況通過實驗測得)，則判斷該子孔徑中有光斑存在；則二值化判別矩陣A中相應位置為1，否則置為0；6)遍歷一幅完整陣列透鏡圖片中的每一子孔徑，重復1)至5)步驟，得到最終光斑是否存在的判別矩陣A；所述陣列透鏡全孔徑能量分布判決包括：將之前所得到的矩陣A與B進行點乘，即C＝A.B，然后對C中所有元素進行求和記為sum，進行如下判別：當sum≥T時，向自適應系統傳遞閉環命本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，其特征在于：該方法的步驟是：首先，通過實驗測得哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣B；然后，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，得到0/1矩陣A；最后，根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，其中，A為光斑二值化矩陣，B為實驗測得哈特曼陣列透鏡權重矩陣，T為實驗測得的閾值，根據判決結果給自適應光學系統發送是否閉環命令。

【技術特征摘要】
1.基于能量分布判決的自適應光學系統智能控制方法，其特征在于：該方法的步驟是：首先，通過實驗測得哈特曼陣列透鏡對應權重矩陣B；然后，對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，得到0/1矩陣A；最后，根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，其中，A為光斑二值化矩陣，B為實驗測得哈特曼陣列透鏡權重矩陣，T為實驗測得的閾值，根據判決結果給自適應光學系統發送是否閉環命令；對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，第一次閾值處理進行背景抑制：設輸入子孔徑圖像為f(x,y)，其大小為m×n,找出f(x,y)中的灰度值最大的值max和灰度值最小的值min，然后計算f(x,y)中灰度位于k1max，0<k1<1和k2min,k2>1之間的像素的灰度均值作為閾值t1，用原圖像f(x,y)中每個像素值減去閾值t1得到圖像f1(x,y)，其中k1,k2的值根據實驗數據的具體情況而選取；對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，找出f1(x,y)中灰度值最大的點對應坐標(x,y)，將(x,y)連同它的8連通區域提取出來，記為S，即對觀測結果在哈特曼陣列透鏡各個子孔徑中所成光斑進行能量二值化，第二次閾值處理:在圖像S中進行全局閾值處理得到閾值t2和圖像S1；閾值t2確定后可求得根據C＝Sum(A.B)>T進行哈特曼陣列透鏡全孔徑能量分布判決，將之前所得到的矩陣A與B進行點乘，即C＝A·B，然后對C中所有元素進行求和記為sum，進行如下判別：當sum≥T時，向自適應系統發送閉環命令，讓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周璐春，陳忠鳳，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：四川;51