光场相机波前传感器性能分析-《光学学报》

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1、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@sina.com*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

2、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APerformanceAnalysisofLightFieldWave-frontSensorXuJiepingLiangYonghuiJiangPengzhi（CollegeofOpto-ElectricScienceandEngineeri

3、ng,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,Hunan410073,China）AbstractWeproposeanovellightfieldwavefrontsensorcameraimageformationsolutionbasedonmodellingmicro-lensarrayasaphasemask,whichconsiderstheinterferencebetweenlenslets.Numericalsimulationshowsthatlightfieldwavefrontsensorgradientsig

4、nalsarenotnullwhentheinputwavefrontisunaberrated,whichdecreasesthewavefrontreconstructionprecision;thelinearityoflightfieldwavefrontsensorimproveswhenthesizeoflensletdecreases.Thereexistsanoptimallensletsizetomakethewavefrontreconstructionerrorleast.ComparedwithHartmannwavefrontsensor，thewavefron

5、treconstructionprecisionoflightfieldwavefrontisabitlower.Keywordslightfieldcamera;wavefrontsensing;phasemask;HartmannsensorOCISCodes010.1080,010.7350,070.7345121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图像变成了散斑图。自适应光学（AdaptiveOptics，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

6、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-Hartmannwavefrontsensor，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（LightFieldWavefrontSensor，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

7、成果[3]，将分焦面波前传感器用于波前测量和物体距离探测，并将此新型的波前传感器命名为CAFADIS相机[4]。光场相机波前传感器最大的优势是可以在大气相干时间内，用一个传感器，仅做一次测量，就可以实现对整个大气进行断层成像，恢复光波在各层大气的相位；同时还能实时测量激光导星的三维分布信息，用于矫正导星漂移引起的离焦现象[4,5]。对于光场相机波前传感器，国外R.G.Lane等人做了比较深入的研究，但没有考虑微透镜之间的干涉，且侧重