大氣湍流會使在大氣中傳播的光波波前發(fā)生波平面任意畸變、強(qiáng)度隨機(jī)抖動和光束擴(kuò)散等現(xiàn)象,從而影響觀測系統(tǒng)的成像質(zhì)量,自適應(yīng)光學(xué)波前處理技術(shù)可以很好地克服這些問題。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)由波前傳感器、波前處理器和波前校正器三部分組成,其中波前處理器必須完成大量實(shí)時運(yùn)算,對處理速度有著極高的要求,本論文主要研究高速波前處理算法在FPGA （Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列）中的實(shí)現(xiàn)。首先,論文介紹了白適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的組成、發(fā)展以及應(yīng)用,并闡述了波前處理算法的原理與內(nèi)容。波前處理算法主要包括圖像預(yù)處理、波前斜率計算、波前復(fù)原和波前控制運(yùn)算四個部分,圖像預(yù)處理完成波前圖像去噪,波前斜率計算用于獲取光波波前的質(zhì)心偏移量,波前復(fù)原再將質(zhì)心偏移量轉(zhuǎn)化為波前誤差信息,波前控制運(yùn)算根據(jù)波前誤差信息計算波前控制信號。其次,論文給出了完全基于FPGA平臺的高速波前處理解決方案。參數(shù)定標(biāo)和幀格式設(shè)計完全根據(jù)算法的要求和系統(tǒng)的實(shí)際情況制定,算法程序整體采用模塊化設(shè)計降低各部分之間的耦合度,便于集成與調(diào)試,各模塊之間大量采用流水結(jié)構(gòu),減少處理單幀波前的時鐘數(shù)。最后,論文將基于FPGA... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的誕生與發(fā)展
    1.2 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的原理與組成
        1.2.1 波前傳感器
        1.2.2 波前校正器
        1.2.3 波前處理器
    1.3 自適應(yīng)光學(xué)的應(yīng)用
    1.4 自適應(yīng)光學(xué)在中國的發(fā)展
    1.5 論文的研究背景和主要內(nèi)容
    1.6 論文的組織結(jié)構(gòu)
第二章 高速波前處理算法
    2.1 圖像去噪
    2.2 波前斜率計算
        2.2.1 記錄最亮值點(diǎn)
        2.2.2 計算實(shí)際質(zhì)心點(diǎn)
        2.2.3 通過質(zhì)心偏移求斜率元素
        2.2.4 減去平均值
    2.3 波前復(fù)原
        2.3.1 區(qū)域法
        2.3.2 直接波前斜率法
        2.3.3 澤尼克模式法
    2.4 波前控制運(yùn)算
    2.5 算法的計算量分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 高速波前處理系統(tǒng)的方案設(shè)計
    3.1 處理對象與技術(shù)難點(diǎn)
    3.2 相機(jī)與波前圖像采集
    3.3 主要計算平臺的選擇
    3.4 軟件實(shí)現(xiàn)框架與芯片選型
    3.5 高速波前處理系統(tǒng)的總體框圖
    3.6 上位機(jī)
    3.7 DA
    3.8 算法的參數(shù)定標(biāo)
    3.9 系統(tǒng)各部分的接口
        3.9.1 下位機(jī)與上位機(jī)的接口
        3.9.2 DSP與FPGA的接口
        3.9.3 兩塊FPGA之間的接口
    3.10 數(shù)據(jù)格式
        3.10.1 回傳圖像幀格式
        3.10.2 參考質(zhì)心坐標(biāo)等參數(shù)的傳輸幀格式
        3.10.3 D矩陣數(shù)據(jù)傳輸幀格式
        3.10.4 兩塊FPGA之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷皆O(shè)計
    3.11 系統(tǒng)的運(yùn)行流程
    3.12 本章小結(jié)
第四章 高速波前處理單元的Verilog實(shí)現(xiàn)
    4.1 高速波前處理單元的總體設(shè)計
    4.2 信息測量的實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 信息測量的總體設(shè)計
        4.2.2 信息測量部分的時鐘
        4.2.3 指令處理
        4.2.4 讀取相機(jī)數(shù)據(jù)
        4.2.5 濾波
        4.2.6 緩存圖像和尋找最大值
        4.2.7 質(zhì)心計算
        4.2.8 K參數(shù)計算
        4.2.9 計算信息向量C
        4.2.10 信息測量部分總結(jié)
    4.3 控制信號計算的實(shí)現(xiàn)
        4.3.1 控制信號計算的總體設(shè)計
        4.3.2 控制信號計算部分的時鐘
        4.3.3 初始化
        4.3.4 信號計算
        4.3.5 DA控制
        4.3.6 控制信號計算部分總結(jié)
    4.4 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)的實(shí)際性能測試
    5.1 光束質(zhì)量評價
        5.1.1 遠(yuǎn)場發(fā)散角
        5.1.2 峰谷值和均方根值
        5.1.3 澤尼克像差系數(shù)
    5.2 系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]夏克-哈特曼波前傳感器光斑自動精確定位[J]. 顏佩國,劉樹昌,王曉曼,景文博.  長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(05)
[2]自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前處理算法的優(yōu)化[J]. 賈建祿,王建立,趙金宇,王國強(qiáng).  光學(xué)精密工程. 2013(04)
[3]自適應(yīng)光學(xué)波前校正器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 林旭東,薛陳,劉欣悅,王建立,衛(wèi)沛鋒.  中國光學(xué). 2012(04)
[4]自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)及其軍事應(yīng)用[J]. 陳波,楊陽,耿則勛.  火力與指揮控制. 2011(08)
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[6]用于精密測量的激光測距技術(shù)研究[J]. 李洋,楊軍,曹成哲.  儀器儀表用戶. 2009(05)
[7]激光光束質(zhì)量綜合評價的探討[J]. 馮國英,周壽桓.  中國激光. 2009(07)
[8]自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)[J]. 姜文漢.  自然雜志. 2006(01)
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博士論文
[1]基于自適應(yīng)光學(xué)高分辨率微型成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 鈕賽賽.南京航空航天大學(xué) 2012
[2]全光路像差校正自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和雙變形鏡自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究[D]. 胡詩杰.電子科技大學(xué) 2009
[3]自適應(yīng)光學(xué)圖像復(fù)原理論與算法研究[D]. 陳波.解放軍信息工程大學(xué) 2008
[4]哈特曼波前傳感器特性和應(yīng)用研究[D]. 蔣志凌.中國科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所） 2005

碩士論文
[1]基于多核DSP的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前處理器的研究[D]. 吳敏.中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2013
[2]基于哈特曼—夏克傳感器的波前檢測方法研究[D]. 汪偉.華中科技大學(xué) 2011
[3]用于人眼像差測量的夏克哈特曼波前傳感器[D]. 華力為.南京理工大學(xué) 2009
[4]哈特曼對模擬大氣湍流的測量研究[D]. 黃盛煬.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[5]用哈特曼波前傳感器測量人眼像差的研究[D]. 饒學(xué)軍.電子科技大學(xué) 2003



本文編號：3418350