光场相机波前传感器性能分析-《光学学报》光场相机波前传感器性能分析-《光学学报》.doc

PAGE \* MERGEFORMAT12 光场相机波前传感器性能分析 许洁平 *收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：年-月-日 作者简介：许洁平（1989-），男，博士研究生，主要从事自适应光学方面的研究。Email：civftor@163.com 导师简介：梁永辉（1972-），女，教授，主要从事自适应光学技术和图像处理方面的研究。E-mail：yonghuiliang@ *通信联系人。Email：civftor@163.com 梁永辉 蒋鹏志 (国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073) 摘要 提出了一种光场相机波前传感器的成像模拟方法，该方法将微透镜阵列等效为一个相位掩膜，考虑了微透镜之间的干涉效应。数值模拟显示，不存在波前畸变时，光场相机的波前斜率输出不为零，降低了波前重构精度；光场相机波前传感器的线性度随着微透镜尺寸的减小而提高；然而存在一个与波前畸变程度有关的最优微透镜尺寸，使波前复原精度最高；与哈特曼波前传感器相比，在国内典型大气条件下，光场相机的波前重构精度略低。 关键词 光场相机；波前测量；相位掩膜；哈特曼传感器 中图分类号 TN247 文献标识码 A Performance Analysis of Light Field Wave-front Sensor Xu Jieping Liang Yonghui Jiang Pengzhi （College of Opto-Electric Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410073, China） Abstract We propose a novel light field wavefront sensor camera image formation solution based on modelling micro-lens array as a phase mask, which considers the interference between lenslets. Numerical simulation shows that light field wavefront sensor gradient signals are not null when the input wavefront is unaberrated, which decreases the wavefront reconstruction precision; the linearity of light field wavefront sensor improves when the size of lenslet decreases. There exists an optimal lenslet size to make the wavefront reconstruction error least. Compared with Hartmann wavefront sensor，the wavefront reconstruction precision of light field wavefront is a bit lower. Keywords light field camera; wavefront sensing; phase mask; Hartmann sensor OCIS Codes 010.1080, 010.7350, 070.7345 1 引言 受大气湍流的影响，大型地基望远镜成像质量大大降低。大气通过对入射波前施加一个随机并且随时间演化的相位畸变，使地基望远镜的短曝光???像变成了散斑图。自适应光学（Adaptive Optics，AO）的出现极大的减小了大气对成像的影响，甚至使望远镜接近衍射极限分辨率。传统的闭环AO系统使用一个波前探测器测量等晕角内波前畸变，然后通过变形镜来补偿。常用的波前传感器主要有夏克-哈特曼波前传感器（Shack-Hartmann wavefront sensor，SWS），剪切干涉仪和波前曲率探测器，其中夏克-哈特曼波前传感器是目前应用最广泛的波前传感器[1]。 光场相机波前传感器（Light Field Wavefront Sensor，LFS）最早由R. G. Clare和R. G. Lane提出[2]，他们将微透镜阵列放置在望远镜入瞳焦面，微透镜对入瞳成像，通过对各个微透镜所成的像进行计算分析，就可以恢复入瞳处的波前畸变。J.M. Rodríguez-Ramos等人结合光场相机的研究成果[3]，将分焦面波前传