CN114283093A - 一种基于波前控制的畸变图像校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于波前控制的畸变图像校正方法，步骤如下：搭建校正光学系统；光路上不设置畸变透镜时，波形传感器测量的光斑为参考波前；当光路中设置畸变透镜时，波形传感器测量的光斑为波前信息；根据参考波前与波前信息获得波前畸变信息；根据实时计算的光斑偏移信息构造畸变波前的倾斜角矩阵；根据倾斜角矩阵计算校正矩阵；根据校正矩阵实时控制变形镜的倾斜角使变形镜获得形变；相机在与波前传感器等像面处实时成像，得到的图像为畸变校正后的图像。本发明通过使用波前传感器获得目标成像时的波前信息并重构，降低图像质量的畸变波前，依据波前信息完成对变形镜的有效控制，使其产生相应形变，使得成像光路能够清晰完整成像。

Description

一种基于波前控制的畸变图像校正方法

技术领域

本发明涉及图像畸变校正的技术领域，尤其涉及一种基于波前控制的畸变图像校正方法，具有实时校正图像的能力。

背景技术

当今人工智能发展迅速，对成像的要求也因此越来越高，同时也出现了复杂环境、跨多介质成像等应用场景。如何解决折射、散射、吸光、像差等带来的畸变、模糊问题引起了大量关注，并有重要的应用意义。目前，对于图像畸变校正最常见的方法为通过软件对图像进行迭代处理或幸运块序列叠加运算等还原畸变图像，但所用时间较长，实时性差。

申请号为201810184833.6的中国发明专利公开了一种针对微透镜阵列误差的广场图像校正方法，利用光场相机的光场原始白图像，通过提取图像中各误差子图像的标记点的位置坐标并结合相应参考点坐标，确定各误差子图像的几何误差矩阵组成光场图像校正矩阵，对待校正光场图像中各子图像的像素点进行坐标变换，实现对光场图像的校正。需要处理白图像并检测子图像误差提取边缘特征点，处理方法较复杂，实时性差。

发明内容

针对现有图像畸变校正方法运算复杂，实时性差的技术问题，本发明提出一种基于波前控制的畸变图像校正方法，以光学硬件方式解决图像畸变校正问题，解决了基于图像序列成像方案及图像迭代处理方法的不足，具备实时性与较好的校正效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于波前控制的畸变图像校正方法，其步骤如下：

步骤一：搭建校正光学系统，校正光学系统包括依次设置光路上激光器、畸变透镜、变形镜和波前传感器，激光器的同侧设有目标光源，波前传感器的同侧设有相机；

步骤二：光路上不设置畸变透镜时，波前传感器测量的光斑信息为参考波前；当光路中设置畸变透镜时，波前传感器测量的光斑信息为波前信息；根据参考波前与波前信息获得波前畸变信息；

步骤三：根据实时计算的波前传感器成像的波前畸变信息构造畸变波前的倾斜角矩阵；

步骤四：通过光线追踪算法根据倾斜角矩阵计算变形镜形变的校正矩阵；

步骤五：根据校正矩阵控制变形镜的倾斜角实时使变形镜获得相应的形变；

步骤六：相机在与波前传感器等像面处对目标物进行成像，得到的图像为畸变校正后的图像。

所述目标光源和激光器发出的光束通过第一分束镜入射到畸变透镜上，畸变透镜经过第一透镜组入射到变形镜上，变形镜反射后光束经第二透镜组入射到第二分束镜上，第二分束镜分出的一路光束入射到波前传感器上，第二分束镜分出的另一路光束经过滤光片传送到相机上进行成像；所述波前传感器和相机设置在第二透镜组的焦平面上；所述波前传感器与计算机相连接，计算机与变形镜的致动器相连接。

所述第一透镜组和第二透镜组均为4F光学系统；第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜和第二透镜的中心在畸变透镜和变形镜之间的光路上；第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，第三透镜和第四透镜的中心在变形镜和第二分束镜之间的光路；所述畸变透镜位于第一透镜的焦平面处，变形镜位于第二透镜、第三透镜的焦平面处，波前传感器、相机均位于第四透镜的焦平面处。

所述波前传感器包括CCD探测单元和微透镜阵列，CCD探测单元设置在微透镜阵列的微透镜的焦平面上，微透镜阵列将入射光束分成一系列小光束，小光束聚焦到CCD探测单元上产生聚焦光斑。

所述变形镜包括至少两个可变形反射镜片，可变形反射镜片后部固定有至少两个致动器，致动器通过驱动电路与计算机相连接；计算机根据校正矩阵计算可变形反射镜片的倾斜角度，利用驱动电路给致动器施加不同电压，从而使变形镜获得相应的形变。

所述可变形反射镜片下安装三个致动器，三个致动器相互配合，能够调节可变形反射镜片的镜面的位移、俯仰角度和倾斜角度。

所述步骤二中波前畸变信息为光斑偏移信息，且：

其中，

为波前传感器(15)中CCD探测单元的中心到对应该CCD探测单元中所成光斑的位置矢量，且

为m×n的二维矩阵

m为波前传感器的微透镜阵列中微透镜数量的行数；n为波前传感器的微透镜阵列中微透镜数量的列数；元素(x_mn,y_mn)为第m行第n列的CCD探测单元的中心到CCD探测单元上光斑的位置矢量坐标；f为微透镜焦距；

为所求的波前倾斜角；

为与位置矢量

同方向的单位矢量。

所述步骤三中畸变波前的倾斜角矩阵的计算方法为：

当前时刻t波前传感器(15)中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角的大小

且

当前时刻波前传感器中第a行第b列的CCD成像单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜的方向

且

其中，

为当前时刻t波前传感器中第a行第b列的CCD探测单元中心到该CCD探测单元上光斑的位置矢量；a＝1,...,m；b＝1,...,n；f为微透镜焦距；倾斜角矩阵

为2×n×n的三维矩阵；α_mn表示波前传感器第m行第n列CCD探测单元位置对应波前点的倾斜角；

为按坐标排列的α_mn组成的二维标量矩阵；将矢量矩阵

中的每一元素求单位矢量，得到

即

为二维矢量矩阵，表示波前传感器每个像素点对应的波前点的倾斜方向，所表示的方向与

方向相同。

所述步骤二中利用波前传感器不同时刻的同一CCD探测单元上光斑位置对应的波前倾斜角矢量作为波前校正的波前信息，计算机存储最近3-5次波前传感器的测量数据，对不同时间采样点得到的波前倾斜角赋以不同权重，获得变形镜对应位置可变形反射镜片需移动的倾斜角，组成校正矩阵B。

所述步骤四中校正矩阵的计算方法为：

且

其中，

为波前传感器中第a行第b列的CCD探测单元对应的变形镜中可变形反射镜片需要倾斜的角度及方向，负号表示其方向与畸变波前倾斜方向相反；

为当前时刻t的前i个采样时刻所得波前传感器中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角；α_i是畸变波前倾斜角

的权重，i值越小α值越大；num表示权重累加的时刻数量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：激光器出射激光经过引入畸变的光路后入射至波前传感器从而获得波前信息，同时相机通过相同光路对成像目标图形直接成像；对无畸变图形成像时波前传感器的光斑分布在CCD探测单元中心位置，当引入畸变时波前传感器成像光斑位置将有一定的偏移，由偏移值得到畸变平面的倾斜角矩阵；结合几何光学知识，通过时间累积光线追踪算法得出变形镜中形变镜片需要改变的姿态矩阵，以达到校正图像畸变的目的。本发明通过使用波前传感器获得目标成像前的波前信息，并以此重构降低图像质量的畸变波前，依据波前信息采用光线追踪算法完成对变形镜的有效控制，使其产生相应形变，使得成像光路能够清晰完整成像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的校正光学系统的结构示意图。

图2为本发明成像结果示意图，其中，(a)为有畸变，(b)为无畸变。

图3为本发明变形镜的结构示意图。

图4为本发明畸变图像校正的流程示意图。

图中，1为激光器，2为激光光束，3为目标光源，4为目标光束，5为第一分束镜，6为畸变透镜，7为第一透镜，8为第二透镜，9为变形镜，10为第三透镜，11为第四透镜，12为第二分束镜，13为滤光片，14为相机，15为波前传感器，16为计算机，17为无畸变光线，18为模拟无畸变情况，19为聚焦透镜，20为CCD感光面，21为无畸变时波前传感器的成像结果，22为有畸变的光线，23为模拟有畸变情况，24为有畸变时成像波前，25为可形变反射镜片，26为致动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于波前控制的畸变图像校正方法，其步骤如下：

步骤一：搭建校正光学系统，校正光学系统包括依次设置光路上激光器1、畸变透镜6、变形镜9和波形传感器15，激光器1的同侧设有目标光源3，波前传感器15的同侧设有相机14。

如图1所示，本发明的校正光学系统的结构图，通过波前传感器获得目标光源3成像前的波前信息，并以此重构降低图像质量的畸变。目标光源3和激光器1发出的光束通过第一分束镜5叠加后反射到畸变透镜6上，第一分束镜5同时起到透射和反射的作用，使自然光与激光同时进入光路。第一分束镜5的透射与折射比为1:1，直径为50.8mm，透射与折射比为1:1，透射能量与反射能量平均分配，不会导致在光路中自然光或激光很弱的情况。本发明的目标光源3自然光源。畸变透镜6为折射率不均匀的透镜，其作用是实现光束的变形。畸变透镜6经过第一透镜组入射到变形镜9上，第一透镜组为4F光学系统，保证光路的准直传播，且与第二透镜组配合保证波前传感器15与相机14放置在畸变透镜6的等像面处，从而能够真实接收到畸变信息，变形镜9能够发生形变对畸变进行校正。变形镜9反射后光束经第二透镜组入射到第二分束镜12上，第二透镜组与第一透镜组作用相同，为4F光学系统。4F光学系统能够保证畸变透镜6、变形镜9、波前传感器15、相机14都在等像面处，使变形镜对畸变等比例校正，波前传感器得到真实的畸变波前图像。第二分束镜12的作用是将聚焦后的光束分为两束，分别传送至波前传感器15和相机14。第二分束镜12的透射与反射比为92:8，直径为50.8mm，实验用的实际透反射比92:8，使波前传感器与相机均能得到较好的成像效果。第二分束镜12分出的一路光束入射到波前传感器15上，波前传感器15用于采集光束的波前信息，第二分束镜5分出的另一路光束经过滤光片13传送到相机14上进行成像，用于对目标光源3进行成像。波前传感器15和相机14设置在第二透镜组的焦平面上；所述波前传感器15与计算机16相连接，计算机16与变形镜9的致动器26相连接，通过波前传感器15采集的波前信息计算出校正矩阵，通过致动器26按照校正矩阵调节变形镜9，从而实现光束的波形校正。

进一步地，第一透镜组和第二透镜组均为4F光学系统；第一透镜组包括第一透镜7和第二透镜8，第一透镜7和第二透镜8的中心在畸变透镜6和变形镜9之间的光路上；第二透镜组包括第三透镜10和第四透镜11，第三透镜10和第四透镜11的中心在变形镜9和第二分束镜12之间的光路中。第一透镜7、第二透镜8、第三透镜10、第四透镜11的直径均为25.4mm、焦距均为750mm。畸变透镜6位于第一透镜7的焦平面处，变形镜9位于第二透镜8、第三透镜10的焦平面处，波前传感器15、相机14均位于第四透镜11的焦平面处，保证图像在光路中等像面传播，真实接收图像情况。

激光器1输出光波波长为532nm，为波前传感器成像提供足够的光强，从而使其更好地采集波前畸变信息。激光光束2由第一分束镜5反射后入射至畸变透镜6从而在对目标物成像的光路中引入畸变，之后入射至第一透镜7、第二透镜8，经变形镜9反射后先后入射至第三透镜10、第四透镜11，再经第二分束镜12反射后进入波前传感器15获得波前信息。同时，目标光源3即成像目标处的目标光束4经第一分束镜5透射至折射率不均匀的畸变透镜6与激光光束2同光路传输至第二分束镜12处，经第二分束镜12一部分反射进入波前传感器15，另一部分透射后入射至滤光片13处，滤光片13滤除光束中波长为532nm的激光分量，之后进入相机14成像。

波前传感器15包括CCD探测单元和微透镜阵列，CCD探测单元设置在微透镜阵列的微透镜的焦平面上，微透镜阵列将入射光束分成一系列小光束，多个透镜阵列将光束分为多束光线，每一束聚焦一个点，小光束聚焦到CCD探测单元上产生聚焦光斑。对应的波前传感器15呈正方形，边长为6mm，内部由12*12的微透镜阵列及CCD探测单元构成。每束光经过微透镜阵列后聚焦在CCD探测单元上，在成像光路中没有畸变的情况18下，光线17传播方向不发生变化，垂直入射波前传感器15，光束将在每个微透镜(聚焦透镜19)的光轴方向在CCD感光面21上产生一个聚焦光斑，在焦平面上产生规则排列的光斑栅格21，如图2中(a)所示，无畸变时波前传感器的成像结果21中的光斑位于每个CCD探测单元的中心。如图2中(b)所示，在成像光路中存在畸变的情况23下，有畸变的光线23入射至波前传感器15，从而得到有畸变的成像波前24，光斑位于每个CCD探测单元的偏离中心的位置。

变形镜9包括至少两个可变形反射镜片25，可变形反射镜片25后部固定有两个以上的致动器26，致动器26通过驱动电路与计算机16相连接。计算机16根据校正矩阵计算可变形反射镜片25的倾斜角度，利用驱动电路给致动器26施加不同电压，从而使变形镜9获得相应的形变。可变形反射镜片25在致动器26的控制下发生形变，以补偿波前传感器15测量的畸变波前。如果无畸变波前入射到平面的变形镜9的表面，反射的图像将保持无像差，变形镜9不能补偿波前的任何变形；当入射波前有畸变存在时，变形镜9将产生相应形变以补偿畸变。

变形镜9呈正方形、边长为6mm，内部由12*12的可变形反射镜片25组成的阵列及致动器26构成，每个可变形反射镜片25下安装三个致动器26，三个致动器26相互配合，可调节可变形反射镜片25的镜面的位移、俯仰角度和倾斜角度。为了在自适应光学应用中有效利用可变形反射镜即变形镜9，在工作过程中，要求光束范围覆盖所有变形镜以保证图像校正质量。

步骤二：光路上不设置畸变透镜6时，波前传感器15测量的光斑信息为参考波前；当光路中设置畸变透镜6时，波前传感器15测量的光斑信息为波前信息；根据参考波前与波前信息获得波前畸变信息即波前成像的光斑偏移。

在正式工作之前，校正光学系统中不放置引入畸变的畸变透镜6，记录波前传感器15此时的成像情况如图2中(a)的无畸变时波前传感器的成像结果21所示，各波前成像聚焦点构成的光斑均在CCD感光面的中心位置，各像素点的倾斜度为0°，以此时波前作为参考波前。在正式工作时，为验证系统方法的可行性，在光路中放置畸变透镜6用于引入畸变，则波前成像焦点将偏离每个微透镜的中心，波前成像情况如图2中(b)有畸变时波前传感器的成像结果24。每个光斑位置偏离的距离与微透镜位置的波前斜率成正比，波前形状根据获得的光斑偏移信息得以重构。

光斑偏移信息为：

其中，

为波前传感器15中CCD探测单元的中心到对应该CCD探测单元中所成光斑的位置矢量，且

为m×n的二维矩阵

m为波前传感器15的微透镜阵列中微透镜数量的行数，n为波前传感器15的微透镜阵列中微透镜数量的列数，元素(x_mn,y_mn)为第m行第n列的CCD探测单元的中心到CCD探测单元上光斑的位置矢量坐标，f为微透镜焦距，也等于微透镜与CCD探测单元的距离，

为所求的波前倾斜角，

为与位置矢量

同方向的单位矢量。

步骤三：根据实时计算的光斑偏移信息构造畸变波前的倾斜角矩阵。

由公式(1)知，所述步骤三中畸变波前的倾斜角矩阵的计算方法为：

当前时刻t波前传感器15中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角的大小

且

当前时刻t波前传感器15中第a行第b列的CCD成像单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜的方向

且

其中，

为当前时刻t波前传感器15中第a行第b列的CCD探测单元中心到该CCD探测单元上光斑的位置矢量，a＝1,...,m，b＝1,...,n；f为微透镜焦距；倾斜角矩阵

为2×n×n的三维矩阵，α_mn表示波前传感器第m行第n列CCD探测单元位置对应波前点的倾斜角，

为按坐标排列的α_mn组成的二维标量矩阵，将矢量矩阵

中的每一元素求单位矢量，得到

即

为二维矢量矩阵，表示波前传感器每个像素点对应的波前点的倾斜方向，明显地，所表示的方向与

方向相同。

由此根据波前成像中各光斑位置偏移量得到相应位置的波前倾斜角矢量矩阵，从而将畸变波前进行清晰准确的还原。

步骤四：通过光线追踪算法根据倾斜角矩阵计算变形镜9形变的校正矩阵；

得到畸变波前的倾斜角矩阵

之后，由光线追踪方法可知，变形镜9的状态需要与所获取的波前状态共轭，即变形镜9所需要调整的倾斜方向应与所获取波前对应点的倾斜方向相反。由反射原理可知：变形镜9需形变的倾斜角度应是波前偏移角度的

因在光束传播过程中会存在散射，光噪声以及波前传感器15性能限制带来的波前信息误差，为获得稳定且理想的图像波前校正效果，本发明提出一种基于波前控制的时间累积图像畸变纠正算法。

所述步骤二中基于波前控制的时间累积图像畸变纠正算法利用波前传感器15不同时刻的同一CCD探测单元上光斑位置对应的波前倾斜角矢量作为波前校正的波前信息，计算机16存储最近3-5次波前传感器15的测量数据，对不同时间采样点得到的波前倾斜角赋以不同权重，获得变形镜9对应位置可变形反射镜片25需移动的倾斜角，组成校正矩阵B。该算法一方面解决了随时间变化的动态畸变校正问题，真实反映动态畸变变化规律；另一方面降低了由波前传感器探测精度以及变形镜校正精度带来的校正误差，在波前传感与变形镜校正之间形成闭环控制，提高校正效果及校正稳定性。

所述步骤四中校正矩阵的计算方法为：

且

其中，

为波前传感器15中第a行第b列的CCD探测单元对应的变形镜9中可变形反射镜片25需要倾斜的角度及方向，负号表示其方向与畸变波前倾斜方向相反；

为当前时刻t的前i个采样时刻所得波前传感器15中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角；α_i是畸变波前倾斜角

的权重；i值越小α值越大，即越接近当前时间权重越大；对num+1个时刻进行权重累加，

表示第t-num时刻的波前信息矩阵。

具体地，以选取5个时间点的波前倾斜角矩阵为例进行图像畸变校正，计算变形镜9需要形变时的校正矩阵的具体方法为：

其中，

为当前时刻可变形反射镜片25需要倾斜的角度，其方向与畸变波前倾斜方向相反，

为当前时刻的前i次采样时刻波前传感器15获得的畸变波前倾斜角矢量矩阵，α_i＝0.05、0.1、0.15、0.2、0.5分别是其权重，越接近当前时间权重越大，整个流程如图4所示。

步骤五：根据校正矩阵控制变形镜9的倾斜角实时使变形镜9获得相应的形变；

步骤六：相机14采集经过形变后的变形镜9的光斑，得到的图像为畸变校正后的图像。

经过计算机16计算得到校正矩阵

依据校正矩阵中各个元素的矢量值控制变形镜9内部的致动器26，根据每个可变形镜片25的倾斜角需求对致动器26施加不同的电压从而使变形镜9获得相应的形变，以达到图像畸变校正效果。

通过计算三维波前的均方根RMS(Root mean square)和PV值(peak-peak value)来表征校正效果。PV值是实际波前同相面相对于预期理想波前同相面的最高点与最低点的差值，PV值越小说明与理想波前越相近，畸变校正的效果越好。在波前精度要求较高的情况下，只采用PV值来评价波前状态的精度是不准确的。RMS值是指实际波面上的各点相对于预期理想波面上对应点的差值的均方根，RMS越小，说明校正之后波前状态更加稳定，图像校正效果越好。

如表1给出一组实验结果例，将平面设为预期参考波前，变形镜9未工作条件下，系统的RMS值和PV值分别为0.231μm和1.013μm，变形镜9工作后RMS和PV值分别为0.100μm和0.589μm，减弱了光路本身对入射光波前的影响。然后，在光路中添加焦距为190mm的畸变透镜作为模拟薄膜扰动源，变形镜9未工作的情况下系统的RMS和PV值分别为1.935μm和7.387μm，变形镜9工作后系统的RMS和PV值分别降为0.905μm和3.944μm。由实例数据结果可得波前传感器15获得波前信息，使用本发明的计算方式对波前信息进行处理得到变形镜9具体的校正方法能够很好地对波前畸变进行校正，成像效果也有明显改善。

表1实验结果例

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：搭建校正光学系统，校正光学系统包括依次设置光路上激光器(1)、畸变透镜(6)、变形镜(9)和波前传感器(15)，激光器(1)的同侧设有目标光源(3)，波前传感器(15)的同侧设有相机(14)；

步骤二：光路上不设置畸变透镜(6)时，波前传感器(15)测量的光斑信息为参考波前；当光路中设置畸变透镜(6)时，波前传感器(15)测量的光斑信息为波前信息；根据参考波前与波前信息获得波前畸变信息；

步骤三：根据实时计算的波前传感器(15)成像的波前畸变信息构造畸变波前的倾斜角矩阵；

步骤四：通过光线追踪算法根据倾斜角矩阵计算变形镜(9)形变的校正矩阵；

步骤五：根据校正矩阵控制变形镜(9)的倾斜角实时使变形镜(9)获得相应的形变；

步骤六：相机(14)在与波前传感器(15)等像面处对目标物进行成像，得到的图像为畸变校正后的图像。

2.根据权利要求1所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述目标光源(3)和激光器(1)发出的光束通过第一分束镜(5)入射到畸变透镜(6)上，畸变透镜(6)经过第一透镜组入射到变形镜(9)上，变形镜(9)反射后光束经第二透镜组入射到第二分束镜(12)上，第二分束镜(12)分出的一路光束入射到波前传感器(15)上，第二分束镜(5)分出的另一路光束经过滤光片(13)传送到相机(14)上进行成像；所述波前传感器(15)和相机(14)设置在第二透镜组的焦平面上；所述波前传感器(15)与计算机(16)相连接，计算机(16)与变形镜(9)的致动器(26)相连接。

3.根据权利要求2所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述第一透镜组和第二透镜组均为4F光学系统；第一透镜组包括第一透镜(7)和第二透镜(8)，第一透镜(7)和第二透镜(8)的中心在畸变透镜(6)和变形镜(9)之间的光路上；第二透镜组包括第三透镜(10)和第四透镜(11)，第三透镜(10)和第四透镜(11)的中心在变形镜(9)和第二分束镜(12)之间的光路；所述畸变透镜(6)位于第一透镜(7)的焦平面处，变形镜(9)位于第二透镜(8)、第三透镜(10)的焦平面处，波前传感器(15)、相机(14)均位于第四透镜(11)的焦平面处。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述波前传感器(15)包括CCD探测单元和微透镜阵列，CCD探测单元设置在微透镜阵列的微透镜的焦平面上，微透镜阵列将入射光束分成一系列小光束，小光束聚焦到CCD探测单元上产生聚焦光斑。

5.根据权利要求4所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述变形镜(9)包括至少两个可变形反射镜片(25)，可变形反射镜片(25)后部固定有至少两个致动器(26)，致动器(26)通过驱动电路与计算机(16)相连接；计算机(16)根据校正矩阵计算可变形反射镜片(25)的倾斜角度，利用驱动电路给致动器(26)施加不同电压，从而使变形镜(9)获得相应的形变。

6.根据权利要求5所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述可变形反射镜片(25)下安装三个致动器(26)，三个致动器(26)相互配合，能够调节可变形反射镜片(25)的镜面的位移、俯仰角度和倾斜角度。

7.根据权利要求5或6所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述步骤二中波前畸变信息为光斑偏移信息，且：

其中，

为波前传感器(15)中CCD探测单元的中心到对应该CCD探测单元中所成光斑的位置矢量，且

为m×n的二维矩阵

m为波前传感器(15)的微透镜阵列中微透镜数量的行数；n为波前传感器(15)的微透镜阵列中微透镜数量的列数；元素(x_mn,y_mn)为第m行第n列的CCD探测单元的中心到CCD探测单元上光斑的位置矢量坐标；f为微透镜焦距；

为所求的波前倾斜角；

为与位置矢量

同方向的单位矢量。

8.根据权利要求7所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述步骤三中畸变波前的倾斜角矩阵的计算方法为：

当前时刻t波前传感器(15)中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角的大小

且

当前时刻波前传感器(15)中第a行第b列的CCD成像单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜的方向

且

其中，

为当前时刻t波前传感器(15)中第a行第b列的CCD探测单元中心到该CCD探测单元上光斑的位置矢量；a＝1,...,m；b＝1,...,n；f为微透镜焦距；倾斜角矩阵

为2×n×n的三维矩阵；α_mn表示波前传感器第m行第n列CCD探测单元位置对应波前点的倾斜角；

为按坐标排列的α_mn组成的二维标量矩阵；将矢量矩阵

中的每一元素求单位矢量，得到

即

为二维矢量矩阵，表示波前传感器每个像素点对应的波前点的倾斜方向，所表示的方向与

方向相同。

9.根据权利要求1-3、5、6、8中任意一项所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述步骤二中利用波前传感器(15)不同时刻的同一CCD探测单元上光斑位置对应的波前倾斜角矢量作为波前校正的波前信息，计算机(16)存储最近3-5次波前传感器(15)的测量数据，对不同时间采样点得到的波前倾斜角赋以不同权重，获得变形镜(9)对应位置可变形反射镜片(25)需移动的倾斜角，组成校正矩阵B。

10.根据权利要求9所述的基于波前控制的畸变图像校正方法，其特征在于，所述步骤四中校正矩阵的计算方法为：

且

其中，

为波前传感器(15)中第a行第b列的CCD探测单元对应的变形镜(9)中可变形反射镜片(25)需要倾斜的角度及方向，负号表示其方向与畸变波前倾斜方向相反；

为当前时刻t的前i个采样时刻所得波前传感器(15)中第a行第b列的CCD探测单元上光斑所对应位置的畸变波前倾斜角；α_i是畸变波前倾斜角

的权重，i值越小α值越大；num表示权重累加的时刻数量。

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