(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111622690.0 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 姚建铨　谭琪　王思磊　郑程龙　 郝璇若　张海建　张雅婷　 (74)专利代理 机构 郑州优盾知识产权代理有限 公司 41125 代理人 栗改 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于波前控制的畸变图像校正方法 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114283093 A 2022.04.05 CN 114283093 A 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。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114283093 A 27.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(xmn,ymn)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； αmn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αmn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 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114283093 A 3