2024年4月30日发(作者：米振博)
Ａｒｔｉｃｌｅ
２０１８年，第４５卷，第３期
ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
计算光场自适应光学成像
技术研究
吕 洋１，宁 禹１ ，马浩统２，孙全１，
张炬枯１，刘文广１，许晓军
１国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南长沙４１００７３；
中国科学院光电技术研究所，四川成都６１０２０９
摘要：计算光场自适应光学成像技术将目标和干扰的光场进行整体测量，再利用目标与干扰光场的四维光场信息分布
特点，通过计算方法将其进行有效地区分、滤除，能在大视角范围内对干扰导致的目标光场波前畸变进行探测复原，
并以计算方式自适应地补偿成像空间中的复杂波前像差扰动。与传统自适应光学成像方法相比，该方法具有较大的探
测视场，可以直接以扩展目标作为信标进行波前信息解算。本文从传统自适应光学技术面临的挑战出发，简述了计算
光场自适应光学成像技术的优势及发展现状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面开展的主要工作。
关键词：自适应光学；计算成像；光场成像；光场相机
中图分类号：０４３６；０４３９ 文献标志码：Ａ
引用格式：吕洋，宁禹，马浩统，等．计算光场自适应光学成像技术研究［Ｊ】．光电工程，２０１８，４５（３）：１８００７５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ 一 一 ｃｏｍＤｕｔａｔｉｏｎａｌＩ－■ ‘■ ｖ ａｄａｐｔｉ０ 。 ｖｅ ｐｌ’ｅｎｏｐｎＣ ■■
ｉｍａｇｉｎｇ
Ｌｖ Ｙａｎｇ ，Ｎｉｎｇ Ｙｕ ，Ｍａ Ｈａｏｔｏｎｇ ，Ｓｕｎ Ｑｕａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｕａｎｚｈｅ ，
Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ ，Ｘｕ Ｘｉａｏｊｕｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐ１ｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏ￣ｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ
ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉ－
ｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ
ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ；ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ；ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｃａｍｅｒａ
Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｌｖ丫Ｎｉｎｇ Ｍａ Ｈ ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ ８，４５（３）：１ ８００７５
收稿日期：２０１８－０１—０６；收到修改稿日期：２０１８－０２—０９
作者简介：Ｍ￣（１９８８－），男，博士，主要从事白适应光学成像系统的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｕｄｔｌｖｙａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：宁ｒ￣（１９７９一），女，博士，副研究员，主要从事光束控制、自适应光学系统的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｉｎｇｙｕ
０２０５＠１２６．ｃｏｍ
一
１ ８００７５．１
光电工程 ＤＯｌ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
１ 引 言
传统自适应光学技术在天文观测、暗弱目标成像
等领域已经取得巨大成功。但是随着应用领域的不断
拓展，在更加复杂苛刻的成像环境下，自适应光学面
临诸多挑战，主要来自以下两个方面：
构和波前重建原理与Ｃｌａｒｅ的基本相同，ＣＡＦＡＤＩＳ相
机能够测量物体的深度信息。此外，ＣＡＦＡＤＩＳ相机利
用傅里叶切片技术进行波前重构，采用ＧＰＵ和ＦＰＧＡ
进行并行计算，大大加快了波前重构的速度，使之能
满足实时探测波前畸变的要求【６】。
２００９年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ．Ｒａｍｏｓ等人搭建了实验系统，
分别以照明的十字架和太阳微粒组织照片为信标进行
１）大视场问题。由于受到等晕区的限制，传统自
适应光学系统只能在一个较小的视场内进行高精度成
像。为了能在更大的视场范围内获得清晰的扩展目标
了波前探测，得到了子孔径图像［７］，但他们并未进行
子孑Ｌ径的质心测量和波前重构，也没有进行波前探测
精度分析。由于ＣＡＦＡＤＩＳ相机可以同时获得来自各
成像，研究人员提出了多层共轭自适应光学
（ｍｕｌｔｉ—ｃｏｎ）ｕｇａｔｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ，ＭＣＡＯ）。该方法虽然
个方向的波前信息，能够提取出大气湍流的层析波前
信息，欧洲太阳望远镜（ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｏｌａｒ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ，ＥＳＴ）
拟将ＣＡＦＡＤＩＳ相机作为波前传感器备选方案【８】。２０１０
有效地扩大了等晕区范围，但是增加了系统的复杂度
和研制成本；
２）复杂成像环境中的适用性问题。传统自适应光
学是以光场波前像差为研究对象的校正系统，由于复
杂成像环境中，光传输通道上可能存在障碍物对目标
光场进行了调制，不仅使目标光场信息缺失，还可能
使系统无法通过传统自适应光学方法以目标为信标获
取波前畸变，进而对目标清晰成像。
计算光场自适应光学成像技术将光场成像系统应
年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ．Ｒａｍｏｓ等人研究了光场相机对大气湍流
的波前层析探测能力。利用ＣＡＯＳ系统建立了一个多
层共轭自适应光学（ＭＣＡＯ）系统，包含６层湍流、５个
激光导星（１个轴内，４个轴外），仅用一个光场相机就
可以代替多个波前传感器完成测量波前的任务［９］。
２０１２年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ等将光场相机安装到实际
望远镜（ＯＧＳ，口径１ ｍ，焦距３８．９５ ｍ）上，以点星（Ｖｅｇａ）
用于自适应光学波前探测领域，能够不受信标扩展性
限制，同时具有大视场波前探测能力．通过一套光学系
和扩展目标月球表面为信标进行了波前探测，得到了
两者的子孔径图像，并对点星所测子孔径图像进行了
波前重构，结果表明，ＣＡＦＡＤＩＳ相机测量到的波前畸
统、一次曝光来获取目标的光场信息，一次性获得多
视角对应的波前畸变，具有结构简单、测量动态范围
大、探测视场大的优点，同时绕开了传统大视场波前
变符合大气湍流Ｋｏｌｍｏｇｒｏｖ谱ｎ。１。
２０１４年，西班牙Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学的Ｙｒ￣ｉｌｌｏ．Ｓｅｖｉｌｌａ
探测技术中多传感器采样同步性和均匀性难以保证的
问题。开展计算光场自适应光学成像技术研究，探索
大视场波前探测方法及复杂环境中的像清晰化方法，
具有重要的研究意义和实用价值。
等利用光场相机测量出畸变波前，然后利用测量得到
的波前信息进行解卷积［１１】，实现高分辨率重建。除了
Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学的研究组外，美国Ｍａｒｙｌａｎｄ大学的Ｗｕ
等于２０１５年对光场相机传感器进行了改造，他们将光
场相机中微透镜阵列的位置变换到主透镜与微透镜焦
距之和的距离处，指出改造后的光场相机可以探测畸
近年来，计算光场成像在自适应光学技术中的应
用逐步受到关注，研究工作以波前相位探测为主。２００３
年，新西兰的Ｃｌａｒｅ和Ｌａｎｅ提出将夏克．哈特曼波前传
感器中的微透镜阵列替换到主透镜的焦面处来实现波
变严重的入射波前【ｌ２］。此外，美国Ｎａｎｏｈｍｉｃｓ公司为
了给军事飞机或无人机空间侦察提供更高的成像质
量，在２０１４年研制了基于光场相机的自适应光学系统
前测量［１－２】，这实际上就是光场相机。光场相机不仅记
录了光线的位置信息，同时也记录了光线的角度信息，
因而可以从图像中提取光场信息，从而获得入射的畸
原型机。他们以分辨率标准板为信标，以光场相机为
波前传感器，对简单的离焦畸变进行了探测和自适应
补偿，得到了较好的结果，但没有在实际湍流测量中
得到验证，且没有报道具体的波前探测方法。
变波前信息。同时，他们还指出四棱锥波前传感器是
光场相机在微透镜阵列为２ｘ２时的特殊情况，通过对
四棱锥传感器【３＿４１的斜率测量公式进行一般性总结得
到了光场相机的波前斜率测量公式。２００７年，西班牙
Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学申请了一个光场相机用作波前传感器
的专利——ｃＡＦＡＤＩｓ相机［５＿。ＣＡＦＡＤＩＳ相机的光学结
国内对计算光场自适应光学成像的研究相对较
少，主要集中在光场相机自由空间成像领域。在光场
相机波前探测技术方面，中科院张锐【ｌ３】等以点源为信
标对光场相机的波前探测能力进行了初步仿真验证；
光电工程ＤＯＩ：１Ｏ．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
国防科技大学的许杰平、蒋鹏志等【１４］对光场相机的波
前探测精度进行了仿真分析。
本文将介绍国防科技大学许晓军研究团队在计算
２）解算目标物光场相位波前畸变；
３）估计成像系统的相干成像点扩散函数，求解成
像系统的系统成像点扩散函数；
４）在频域对退化图像进行解卷积运算，求解得到
成像目标理想成像的傅里叶变换、进行傅里叶逆变换，
得到成像目标接近于衍射极限的理想成像。
光场自适应光学成像方面开展的主要工作，简述计算
光场自适应光学成像清晰化理论方法，并给出仿真和
实验研究结果。
２计算光场自适应光学成像系统的
为了验证上述图像清晰化算法的有效性，搭建了
如图１所示的目标图像清晰化系统，开展了数值仿真
和实验验证工作。
图像清晰化方法
基于国内外的相关研究，我们提出了基于光场波
前测量的图像清晰化方法，利用光场成像装置采集的
３算法仿真验证
仿真中取望远镜主镜口径为１００ ｍｍ，Ｆ数为１Ｏ，
微透镜的尺寸为１００ ｇｍ，成像光束中心波长为０．６３２
ｇｍ，每个微透镜下像素采样为１２８ｘ１２８。采用均匀照
明的分辨率板作为拓展目标，目标发出的光经光学相
物空间光场信息，解算得到目标物光场波前畸变信息
后，结合直接解卷积的图像后处理方法，对传统相机
采集的受到波前畸变影响的模糊图像进行清晰化复
原，并建立了相关算法：
ｄ（ｘ， ）＝ｏ（ｘ， ）０ｈ（ｘ， ）＋，？（ ， ）， （１）
位板后进入主镜，一部分光通过分束镜成像于传统相
机靶面，获得目标图像；另一部分光进人光场相机用
于波前探测。该系统可同时获取目标光场波前信息与
受到扰动的目标图像。
选取离焦像差及低阶混合像差，对基于扩展目标
式中：ｄ（ｘ，Ｙ）为相机记录的模糊图像，ｏ（ｘ，Ｙ）为目
标的理想图像，ｈ（ｘ，Ｙ）为光学系统的点扩散函数，
ｎ（ｘ，ｙ）为探测相机的噪声：
ｈ（ｘ， ）＝１ ｓ （ ，１，）·ｅｘｐ［ｉ￣（ｕ，Ｖ）】 ， （２）
式中：ｐ（ｕ，ｖ）是光学系统的光瞳函数， （甜，ｖ）是恢复
的光场波前测量和传统成像图像的像清晰化进行了仿
的波前分布。近衍射极限的恢复图像可由下式给出：
。（ ）＝ ， （３）
真分析。图２为输入的离焦波前畸变和低阶混合像差
波前畸变，图３为受扰动模糊的传统相机图像，图４
为光场相机原始图像，图５为利用光场信息解算的相
位畸变相对于输入波前的复原残差，图６为利用波前
测量结果清晰化的目标图像。
式中：Ｄ（ ，ｆｙ）、Ｈ（ ， ）、Ｄ（ ， ）分别为
ｏ（ｘ， ）、ｈ（ｘ， ）、ａ（ｘ， ）的二维傅里叶变换。
在对光场成像装置采集的物空间光场信息进行解
算，得到目标物光场波前畸变信息后，结合直接解卷
从仿真结果可以看出，在离焦像差及低阶混合像
差的影响下，传统相机得到的目标图像变得模糊。光
场相机得到的原始图像中各微透镜的子图像强度分布
也发生变化。在采用本文提出的图像清晰化方法后，
积的图像后处理方法，对传统成像采集的受到波前畸
变影响的模糊图像进行清晰化处理，该方法具体流程
如下：
分辨率板的图像清晰化程度得到有效提高，可初步验
证算法的有效性。
１）采集成像目标的四维光场分布和退化图像；
Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
图１ 计算光场清晰化成像系统
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
１ ８００７５－３
光电工程ＤＯＩ：１０
１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
．
（ａ） ０．１０
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．
０．１
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图２加载的波前畸变。（ａ）离焦：（ｂ）低阶混合像差
２ Ｐｈ。。。 。 ｅｎｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｎｕｍｅ ｒｉｃａＩ ｓｉｍｕＩａｌ＿０ｎ＿（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｃｒｅｅｎ；（ｂ）Ａｌｍｏ
ｓｃｒｅｅｎ
ｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ
（ａ）
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ＰＯｓｉｔｉＯｎ，ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｒａｍ
图３传统相机模糊图像。（ａ）离焦；（ｂ）低阶混合像差
Ｆｉｇ．３ Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅｓ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｉｍａｇｉｎｇ ＣＣＤ ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ａｂ
ａｔ ｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔ ｕｒｂｕｌｅ
ｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
ｅｒｒａｌ＿０ｎｓ （ａ）Ｗｉｔｈ ｄｅｆ０ｃｕｓ ｐｈａｓｅ ｅ
ｂｅｒｒａｔｉ。ｎ：（ｂ）ｗｉｔｈ
…… …’
。寸ｌ 。Ｉ Ｐ二．
（ａ）
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１
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（ｂ）
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ｌ。０
蓦０
ｏ Ｏ
１
１
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图４光场相机原始图像。（ａ）离焦；（ｂ）低阶混合像差
Ｆ
ｉｇ４ Ｉｎｔｅｎｓ ｄｊｓｌｒｊｂｕｔｊ０ｎ ｏｆ ｉｍａｇｅｓ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＣＣＤ
．
ｄ。ｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ｗｉｔｈ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａ“ｏｎ
。
ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏ ｎＳ．（ａ）Ｗ．ｆｈ
‘
１ ８００７５－４
ｆ）
光电工程
（ａ）·Ｏ．１０
ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
（ｂ）
１２
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０
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１．５
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
ｌ －２
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图５ 复原波前残差分布 （ａ）离焦（ＲＭＳ＝０．０３８２）：（ｂ）低阶混合像￣（ＲＭＳ＝０．０６３２）
Ｆｉｇ ５ Ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ＲＭＳ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ａｂｅｒｒａ
ｔ｛ｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｒｅ Ｏ．０３８），ａｎｄ ０ Ｏ６３Ａ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
（ａ）
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（ｂ）
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Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图６清晰化目标图像。（ａ）去除离焦；（ｂ）去除低阶混合像差
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｎｅａｒ－ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ—ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅｓ．（ａ）Ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｂｙ ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ｄｉｓ—
ｔｕｒｂｅｄ ｂｙ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
性。结果如图７，冈８所示。
４实验研究
在实验研究中，利用大口径光学相位板产生离焦
利Ｊ｛＿ｊ解算得到的同标物光场相位波前畸变信息，
估汁成像系统的相十成像点扩散函数求解成像系统的
系统成像点扩散函数，在频域对退化图像进行解卷积
（ｂ）
．
像差，基于图２所示的实验系统验证本文算法的有效
（ａ） 一３．０
—
１．０
２．０
２．５
２．０
１．５
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０
．
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Ｅ
．
墨０
∞
墨０
０．５
ｏ
Ｑ＿
１ ０
２．Ｏ
３．０
．
Ｏ．５
Ｏ
１．０
．
２．０ ０ ２．Ｏ １．０ —０．５ ０ ０．５ １．０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｒａｍ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图７（ａ）加载的离焦波前畸变；（ｂ）传统相机得到的模糊图像
Ｆｉｇ ７ Ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ．（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
（ｂ）Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ
１ ８００７５—５
光电工程ＤＯＩ：１Ｏ．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
运算，求解得到成像目标理想成像，图像复原结果如
图９、图１０所示
５结论
实验结果表明，基于波前测量数据和传统成像数
据的高清晰图像复原方法使目标图像清晰度得到了有
效提升。实验过程巾，受到光场相机微透镜阵列加Ｔ
本文从传统自适应光学技术面临的挑战｝Ｈ发，简
述了计算光场自适应光学成像技术的优势及发展现
状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面
开展的主要Ｔ作。仿真和实验研究结果表明，通过采
误差等因素影响，复原得到的离焦波前相位对称性欠
佳，这一问题将在进一步的实验器件优化中得到改善。
集目标四维光场信息，从中解算ｍ目标光场的波前相
（ｂ） 。３．０
—
（ａ）
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ＥｕＪ／ｕ０ ０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
０
０
０
２ ３
Ｏ ０ Ｏ
图８（ａ）原始光场相机图像；（ｂ）利用光场信息解算的波前畸变
Ｏ Ｏ Ｏ
Ｆｉｇ ８ Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．（ａ）Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｅ；（ｂ）Ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
０
．
０．５
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Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ａｍ ｒ
２．０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图９（ａ）清晰化目标图像；（ｂ）复原波前残差分布（ＲＭＳ值０．０１８７ ）
Ｆｉｇ ９ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｎｅａｒ—ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ—ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒｔｉｏｎ．（ａ）Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ
ｎｅａｒ—ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ－ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅ；（ｂ）Ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅ ＲＭＳ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｓ Ｏ．０１８７２
（ａ） （ｂ）
图１０距实验系统４ ｋｍ外的发射塔清晰化成像实验结果。（ａ）传统相机目标图像：（ｂ）清晰化目标图像
Ｆｉｇ．１ ０ Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ４ ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ．（ａ）Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ＣＣＤ；（ｂ）Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｍａｇｅ
１ ８００７５—６
ｆ １
光电工程ＤＯＩ－１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
Ｃｏｎｄｅ Ｃ．ｅｔ ａ１．２Ｄ—ＦＦＴ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｎ ＦＰＧＡ ｆｏｒ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ
位，可以对传统相机得到的模糊图像进行有效的清晰
化处理。
ｐｈａｓｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ ｃａｍｅｒａ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ＳＰｆＥ．２００８。７０１ ５：７０１ ５３９．
计算光场自适应光学成像技术是自适应光学与计
算成像学科交叉产生的新兴技术。我们在这方面的研
究才刚刚起步，如何发挥光场相机结构和算法优势，
使自适应光学成像技术应用于更多领域，是我们研究
的不竭动力；如何兼顾大视场和成像分辨率、针对特
定环境展开光场自适应光学系统结构设计是下一步要
解决的主要问题。
［１０】
［８ ８】
Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ Ｊ Ｍ．Ｆｅｍｅｎｉａ Ｃａｓｔｅｌｌａ Ｂ，Ｐｅｒｅｚ Ｎａｖａ Ｆ，ｅｔ
ａ１．Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ
ｃａｍｅｒａ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，２００８．７０１ ５：７０１ ５５Ｑ
Ｅｄｕａｒｄｏ Ｍ，Ｍａｎｕｅｌ Ｒ，Ｍａｎｕｅ Ｊ Ｒ Ｒ Ｊ．Ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ
Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ Ｃａｍｅｒａ ｆｏｒ Ｅｘ—
ｔｒｅｍｅｌｙ Ｌａｒｇｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏ￣，２０１０，ｌｏ（１１：１
ｇｕｅｚ Ｒａｍｏｓ Ｌ Ｆ｜Ｍｏｎｔｉｌｌａ ｌ，ＬＯｋｅ Ｊ ｅｔ ａ１．Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｌ
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Ｒｏｄｒｉ
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Ｘｕ
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Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ Ｊ Ｍ．Ｆｅｍｅｎｉａ Ｂ，Ｍｏｎｔｉｌｌａ Ｉ，Ｂｆ ａ１．Ｔｈｅ ＣＡＦＡＤｌＳ
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ｃａｍｅｒａ：ａ ｎｅｗ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｏｒｆ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐ—
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［６】
Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ Ｊ Ｍ，Ｍａｇｄａｌｅｎｏ Ｃａｓｔｅｌｌ６ Ｅ，Ｄｏｍｉｎｇｕｅｚ
１ ８００７５．７
光电工程ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０ｔ８．１８００７５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ
ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ
Ｌｖ Ｙａｎｇ ，Ｎｉｎｇ Ｙｕ ，Ｍａ Ｈａｏｔｏｎｇ２，Ｓｕｎ Ｑｕａｎ１，
Ｚｈａｎｇ Ｘｕａｎｚｈｅ ，Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ ，Ｘｕ ＸｉａｏｊｕｎＩ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ
Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ
，
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９
Ｃｈｉｎａ
，
Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
．＿一
Ｊ
Ｄ
Ｄｊｆｆｕｓｅｒ
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
０ｖｅｒｖｉｅｗ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ
．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｓｔ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ａｌｗａｙｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ
Ａｓ ｆ０ｒ ｐｏｓｔ ｉｍ—
ａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｔ ｈａｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ
．
ｔｈｅ ｉｍａｇｅ，ｔｈｕｓ ｉｔ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ １ｏａｄ ａｎｄ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｒ ｎｅａｒ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｔｈｏｕｇｈ
ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ
．
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔ ｃａｎｎｏｔ ｄｅａ１ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｎｉｓｏｐｌａｎａｔｉｃ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍ—
ｐｌｉｃａｔｅｄ，ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｈａｒｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｏ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ａ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
．
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ
ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｓｓ ｍａｙ ｍｏｄｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｌａｃｋｉｎｇ ｏｆ
ｔａｒｇｅｔ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｎｎｏｔ ｏｂｔａｉｎ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｂｅｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｏｃｃｌｕｄｅｄ．Ｉｔ
ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎｎｏｔ ｏｂｔａｉｎ ｃｌｅａｒ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｂｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐ—
ｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｓ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｏｃｃｌｕｄｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｉｆｌｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ
ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ
ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａ—
ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ，ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ．Ｏｎ ｏｎｅ ｈａｎｄ，ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｂｅ
ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ、ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．０ｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｉｔ ｃａｎ ｄｅｌｅｔｅ ｔｈｅ ｃｅｒｔａｉｎ
ｅｆｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｆｌｙ
ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｒｎ
ｈａｓ ｎｏ ａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｔ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ ｄｅ—
ｆｏｒｍａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｎ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｐｈａｓｅ
ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐａｃｅ．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ １ｏｗ ｃｏｓｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｃａｎ ｄｅｌｅｔｅ
ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ
ｃｌｅａｒ ｉｍａｇｅｓ．
Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｌｖ Ｎｉｎｇ Ｍａ Ｈ Ｔ ｅｔ ａｌ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２０ １ ８，４５（３）：１ ８００７５
Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｉｎｇｙｕ
０２０５＠１ ２６．ｃｏｒｎ
＿
１ ８００７５—８
2024年4月30日发(作者：米振博)
Ａｒｔｉｃｌｅ
２０１８年，第４５卷，第３期
ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
计算光场自适应光学成像
技术研究
吕 洋１，宁 禹１ ，马浩统２，孙全１，
张炬枯１，刘文广１，许晓军
１国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南长沙４１００７３；
中国科学院光电技术研究所，四川成都６１０２０９
摘要：计算光场自适应光学成像技术将目标和干扰的光场进行整体测量，再利用目标与干扰光场的四维光场信息分布
特点，通过计算方法将其进行有效地区分、滤除，能在大视角范围内对干扰导致的目标光场波前畸变进行探测复原，
并以计算方式自适应地补偿成像空间中的复杂波前像差扰动。与传统自适应光学成像方法相比，该方法具有较大的探
测视场，可以直接以扩展目标作为信标进行波前信息解算。本文从传统自适应光学技术面临的挑战出发，简述了计算
光场自适应光学成像技术的优势及发展现状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面开展的主要工作。
关键词：自适应光学；计算成像；光场成像；光场相机
中图分类号：０４３６；０４３９ 文献标志码：Ａ
引用格式：吕洋，宁禹，马浩统，等．计算光场自适应光学成像技术研究［Ｊ】．光电工程，２０１８，４５（３）：１８００７５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ 一 一 ｃｏｍＤｕｔａｔｉｏｎａｌＩ－■ ‘■ ｖ ａｄａｐｔｉ０ 。 ｖｅ ｐｌ’ｅｎｏｐｎＣ ■■
ｉｍａｇｉｎｇ
Ｌｖ Ｙａｎｇ ，Ｎｉｎｇ Ｙｕ ，Ｍａ Ｈａｏｔｏｎｇ ，Ｓｕｎ Ｑｕａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｕａｎｚｈｅ ，
Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ ，Ｘｕ Ｘｉａｏｊｕｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐ１ｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏ￣ｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ
ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉ－
ｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ
ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ；ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ；ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｃａｍｅｒａ
Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｌｖ丫Ｎｉｎｇ Ｍａ Ｈ ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ ８，４５（３）：１ ８００７５
收稿日期：２０１８－０１—０６；收到修改稿日期：２０１８－０２—０９
作者简介：Ｍ￣（１９８８－），男，博士，主要从事白适应光学成像系统的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｕｄｔｌｖｙａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：宁ｒ￣（１９７９一），女，博士，副研究员，主要从事光束控制、自适应光学系统的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｉｎｇｙｕ
０２０５＠１２６．ｃｏｍ
一
１ ８００７５．１
光电工程 ＤＯｌ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
１ 引 言
传统自适应光学技术在天文观测、暗弱目标成像
等领域已经取得巨大成功。但是随着应用领域的不断
拓展，在更加复杂苛刻的成像环境下，自适应光学面
临诸多挑战，主要来自以下两个方面：
构和波前重建原理与Ｃｌａｒｅ的基本相同，ＣＡＦＡＤＩＳ相
机能够测量物体的深度信息。此外，ＣＡＦＡＤＩＳ相机利
用傅里叶切片技术进行波前重构，采用ＧＰＵ和ＦＰＧＡ
进行并行计算，大大加快了波前重构的速度，使之能
满足实时探测波前畸变的要求【６】。
２００９年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ．Ｒａｍｏｓ等人搭建了实验系统，
分别以照明的十字架和太阳微粒组织照片为信标进行
１）大视场问题。由于受到等晕区的限制，传统自
适应光学系统只能在一个较小的视场内进行高精度成
像。为了能在更大的视场范围内获得清晰的扩展目标
了波前探测，得到了子孔径图像［７］，但他们并未进行
子孑Ｌ径的质心测量和波前重构，也没有进行波前探测
精度分析。由于ＣＡＦＡＤＩＳ相机可以同时获得来自各
成像，研究人员提出了多层共轭自适应光学
（ｍｕｌｔｉ—ｃｏｎ）ｕｇａｔｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ，ＭＣＡＯ）。该方法虽然
个方向的波前信息，能够提取出大气湍流的层析波前
信息，欧洲太阳望远镜（ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｏｌａｒ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ，ＥＳＴ）
拟将ＣＡＦＡＤＩＳ相机作为波前传感器备选方案【８】。２０１０
有效地扩大了等晕区范围，但是增加了系统的复杂度
和研制成本；
２）复杂成像环境中的适用性问题。传统自适应光
学是以光场波前像差为研究对象的校正系统，由于复
杂成像环境中，光传输通道上可能存在障碍物对目标
光场进行了调制，不仅使目标光场信息缺失，还可能
使系统无法通过传统自适应光学方法以目标为信标获
取波前畸变，进而对目标清晰成像。
计算光场自适应光学成像技术将光场成像系统应
年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ．Ｒａｍｏｓ等人研究了光场相机对大气湍流
的波前层析探测能力。利用ＣＡＯＳ系统建立了一个多
层共轭自适应光学（ＭＣＡＯ）系统，包含６层湍流、５个
激光导星（１个轴内，４个轴外），仅用一个光场相机就
可以代替多个波前传感器完成测量波前的任务［９］。
２０１２年，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ等将光场相机安装到实际
望远镜（ＯＧＳ，口径１ ｍ，焦距３８．９５ ｍ）上，以点星（Ｖｅｇａ）
用于自适应光学波前探测领域，能够不受信标扩展性
限制，同时具有大视场波前探测能力．通过一套光学系
和扩展目标月球表面为信标进行了波前探测，得到了
两者的子孔径图像，并对点星所测子孔径图像进行了
波前重构，结果表明，ＣＡＦＡＤＩＳ相机测量到的波前畸
统、一次曝光来获取目标的光场信息，一次性获得多
视角对应的波前畸变，具有结构简单、测量动态范围
大、探测视场大的优点，同时绕开了传统大视场波前
变符合大气湍流Ｋｏｌｍｏｇｒｏｖ谱ｎ。１。
２０１４年，西班牙Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学的Ｙｒ￣ｉｌｌｏ．Ｓｅｖｉｌｌａ
探测技术中多传感器采样同步性和均匀性难以保证的
问题。开展计算光场自适应光学成像技术研究，探索
大视场波前探测方法及复杂环境中的像清晰化方法，
具有重要的研究意义和实用价值。
等利用光场相机测量出畸变波前，然后利用测量得到
的波前信息进行解卷积［１１】，实现高分辨率重建。除了
Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学的研究组外，美国Ｍａｒｙｌａｎｄ大学的Ｗｕ
等于２０１５年对光场相机传感器进行了改造，他们将光
场相机中微透镜阵列的位置变换到主透镜与微透镜焦
距之和的距离处，指出改造后的光场相机可以探测畸
近年来，计算光场成像在自适应光学技术中的应
用逐步受到关注，研究工作以波前相位探测为主。２００３
年，新西兰的Ｃｌａｒｅ和Ｌａｎｅ提出将夏克．哈特曼波前传
感器中的微透镜阵列替换到主透镜的焦面处来实现波
变严重的入射波前【ｌ２］。此外，美国Ｎａｎｏｈｍｉｃｓ公司为
了给军事飞机或无人机空间侦察提供更高的成像质
量，在２０１４年研制了基于光场相机的自适应光学系统
前测量［１－２】，这实际上就是光场相机。光场相机不仅记
录了光线的位置信息，同时也记录了光线的角度信息，
因而可以从图像中提取光场信息，从而获得入射的畸
原型机。他们以分辨率标准板为信标，以光场相机为
波前传感器，对简单的离焦畸变进行了探测和自适应
补偿，得到了较好的结果，但没有在实际湍流测量中
得到验证，且没有报道具体的波前探测方法。
变波前信息。同时，他们还指出四棱锥波前传感器是
光场相机在微透镜阵列为２ｘ２时的特殊情况，通过对
四棱锥传感器【３＿４１的斜率测量公式进行一般性总结得
到了光场相机的波前斜率测量公式。２００７年，西班牙
Ｌａ Ｌａｇｕｎａ大学申请了一个光场相机用作波前传感器
的专利——ｃＡＦＡＤＩｓ相机［５＿。ＣＡＦＡＤＩＳ相机的光学结
国内对计算光场自适应光学成像的研究相对较
少，主要集中在光场相机自由空间成像领域。在光场
相机波前探测技术方面，中科院张锐【ｌ３】等以点源为信
标对光场相机的波前探测能力进行了初步仿真验证；
光电工程ＤＯＩ：１Ｏ．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
国防科技大学的许杰平、蒋鹏志等【１４］对光场相机的波
前探测精度进行了仿真分析。
本文将介绍国防科技大学许晓军研究团队在计算
２）解算目标物光场相位波前畸变；
３）估计成像系统的相干成像点扩散函数，求解成
像系统的系统成像点扩散函数；
４）在频域对退化图像进行解卷积运算，求解得到
成像目标理想成像的傅里叶变换、进行傅里叶逆变换，
得到成像目标接近于衍射极限的理想成像。
光场自适应光学成像方面开展的主要工作，简述计算
光场自适应光学成像清晰化理论方法，并给出仿真和
实验研究结果。
２计算光场自适应光学成像系统的
为了验证上述图像清晰化算法的有效性，搭建了
如图１所示的目标图像清晰化系统，开展了数值仿真
和实验验证工作。
图像清晰化方法
基于国内外的相关研究，我们提出了基于光场波
前测量的图像清晰化方法，利用光场成像装置采集的
３算法仿真验证
仿真中取望远镜主镜口径为１００ ｍｍ，Ｆ数为１Ｏ，
微透镜的尺寸为１００ ｇｍ，成像光束中心波长为０．６３２
ｇｍ，每个微透镜下像素采样为１２８ｘ１２８。采用均匀照
明的分辨率板作为拓展目标，目标发出的光经光学相
物空间光场信息，解算得到目标物光场波前畸变信息
后，结合直接解卷积的图像后处理方法，对传统相机
采集的受到波前畸变影响的模糊图像进行清晰化复
原，并建立了相关算法：
ｄ（ｘ， ）＝ｏ（ｘ， ）０ｈ（ｘ， ）＋，？（ ， ）， （１）
位板后进入主镜，一部分光通过分束镜成像于传统相
机靶面，获得目标图像；另一部分光进人光场相机用
于波前探测。该系统可同时获取目标光场波前信息与
受到扰动的目标图像。
选取离焦像差及低阶混合像差，对基于扩展目标
式中：ｄ（ｘ，Ｙ）为相机记录的模糊图像，ｏ（ｘ，Ｙ）为目
标的理想图像，ｈ（ｘ，Ｙ）为光学系统的点扩散函数，
ｎ（ｘ，ｙ）为探测相机的噪声：
ｈ（ｘ， ）＝１ ｓ （ ，１，）·ｅｘｐ［ｉ￣（ｕ，Ｖ）】 ， （２）
式中：ｐ（ｕ，ｖ）是光学系统的光瞳函数， （甜，ｖ）是恢复
的光场波前测量和传统成像图像的像清晰化进行了仿
的波前分布。近衍射极限的恢复图像可由下式给出：
。（ ）＝ ， （３）
真分析。图２为输入的离焦波前畸变和低阶混合像差
波前畸变，图３为受扰动模糊的传统相机图像，图４
为光场相机原始图像，图５为利用光场信息解算的相
位畸变相对于输入波前的复原残差，图６为利用波前
测量结果清晰化的目标图像。
式中：Ｄ（ ，ｆｙ）、Ｈ（ ， ）、Ｄ（ ， ）分别为
ｏ（ｘ， ）、ｈ（ｘ， ）、ａ（ｘ， ）的二维傅里叶变换。
在对光场成像装置采集的物空间光场信息进行解
算，得到目标物光场波前畸变信息后，结合直接解卷
从仿真结果可以看出，在离焦像差及低阶混合像
差的影响下，传统相机得到的目标图像变得模糊。光
场相机得到的原始图像中各微透镜的子图像强度分布
也发生变化。在采用本文提出的图像清晰化方法后，
积的图像后处理方法，对传统成像采集的受到波前畸
变影响的模糊图像进行清晰化处理，该方法具体流程
如下：
分辨率板的图像清晰化程度得到有效提高，可初步验
证算法的有效性。
１）采集成像目标的四维光场分布和退化图像；
Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
图１ 计算光场清晰化成像系统
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
１ ８００７５－３
光电工程ＤＯＩ：１０
１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
．
（ａ） ０．１０
（ｂ） 一０．１０
＿
０＿０５
—
０．０５
Ｅ
Ｅ ０
Ｅ
鲁
８
０．０５
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一
０．１０
０．１
＿
－Ｏ．０５ ０ ０
０５
．
０．１
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图２加载的波前畸变。（ａ）离焦：（ｂ）低阶混合像差
２ Ｐｈ。。。 。 ｅｎｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｎｕｍｅ ｒｉｃａＩ ｓｉｍｕＩａｌ＿０ｎ＿（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ｓｃｒｅｅｎ；（ｂ）Ａｌｍｏ
ｓｃｒｅｅｎ
ｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ
（ａ）
一
１．５
１．０
（ｂ）
Ｅｕ』，ｕｏｆｌ
１ ０
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０
量．０ ５
０
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１．０
１．５
０ ０
Ｅ
Ｅ
Ｃ
与 Ｄ ５
Ｑ
：
。
ＰＯｓｉｔｉＯｎ，ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｒａｍ
图３传统相机模糊图像。（ａ）离焦；（ｂ）低阶混合像差
Ｆｉｇ．３ Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅｓ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｉｍａｇｉｎｇ ＣＣＤ ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ａｂ
ａｔ ｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔ ｕｒｂｕｌｅ
ｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
ｅｒｒａｌ＿０ｎｓ （ａ）Ｗｉｔｈ ｄｅｆ０ｃｕｓ ｐｈａｓｅ ｅ
ｂｅｒｒａｔｉ。ｎ：（ｂ）ｗｉｔｈ
…… …’
。寸ｌ 。Ｉ Ｐ二．
（ａ）
－
１
１
（ｂ）
—
ｌ。０
蓦０
ｏ Ｏ
１
１
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图４光场相机原始图像。（ａ）离焦；（ｂ）低阶混合像差
Ｆ
ｉｇ４ Ｉｎｔｅｎｓ ｄｊｓｌｒｊｂｕｔｊ０ｎ ｏｆ ｉｍａｇｅｓ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＣＣＤ
．
ｄ。ｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ｗｉｔｈ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａ“ｏｎ
。
ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏ ｎＳ．（ａ）Ｗ．ｆｈ
‘
１ ８００７５－４
ｆ）
光电工程
（ａ）·Ｏ．１０
ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
（ｂ）
１２
Ｉ５
。
１０
８
Ｅ
∈
亡
Ｅ
Ｅ
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６
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Ｑ
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坌
１３－
０
２
０
１．５
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
ｌ －２
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图５ 复原波前残差分布 （ａ）离焦（ＲＭＳ＝０．０３８２）：（ｂ）低阶混合像￣（ＲＭＳ＝０．０６３２）
Ｆｉｇ ５ Ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ＲＭＳ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ａｂｅｒｒａ
ｔ｛ｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｒｅ Ｏ．０３８），ａｎｄ ０ Ｏ６３Ａ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
（ａ）
一
（ｂ）
１．５
—
＿
１ ５
１ ０
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１．０
∈ 一０．５
舌０
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１．０
１．５
１．０ ０ １．０
需
ｌ Ｉｏ－５
毫０
０·５
１ ０
１．５
—
１ ０ ０ １ ０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图６清晰化目标图像。（ａ）去除离焦；（ｂ）去除低阶混合像差
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｎｅａｒ－ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ—ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅｓ．（ａ）Ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｂｙ ｄｅｆｏｃｕｓ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ｄｉｓ—
ｔｕｒｂｅｄ ｂｙ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
性。结果如图７，冈８所示。
４实验研究
在实验研究中，利用大口径光学相位板产生离焦
利Ｊ｛＿ｊ解算得到的同标物光场相位波前畸变信息，
估汁成像系统的相十成像点扩散函数求解成像系统的
系统成像点扩散函数，在频域对退化图像进行解卷积
（ｂ）
．
像差，基于图２所示的实验系统验证本文算法的有效
（ａ） 一３．０
—
１．０
２．０
２．５
２．０
１．５
１
０
．
—
０ ５
Ｅ一１．０
Ｅ
．
墨０
∞
墨０
０．５
ｏ
Ｑ＿
１ ０
２．Ｏ
３．０
．
Ｏ．５
Ｏ
１．０
．
２．０ ０ ２．Ｏ １．０ —０．５ ０ ０．５ １．０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｒａｍ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图７（ａ）加载的离焦波前畸变；（ｂ）传统相机得到的模糊图像
Ｆｉｇ ７ Ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ．（ａ）Ｄｅｆｏｃｕｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
（ｂ）Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ
１ ８００７５—５
光电工程ＤＯＩ：１Ｏ．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
运算，求解得到成像目标理想成像，图像复原结果如
图９、图１０所示
５结论
实验结果表明，基于波前测量数据和传统成像数
据的高清晰图像复原方法使目标图像清晰度得到了有
效提升。实验过程巾，受到光场相机微透镜阵列加Ｔ
本文从传统自适应光学技术面临的挑战｝Ｈ发，简
述了计算光场自适应光学成像技术的优势及发展现
状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面
开展的主要Ｔ作。仿真和实验研究结果表明，通过采
误差等因素影响，复原得到的离焦波前相位对称性欠
佳，这一问题将在进一步的实验器件优化中得到改善。
集目标四维光场信息，从中解算ｍ目标光场的波前相
（ｂ） 。３．０
—
（ａ）
一
１．０
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—
２．０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
２．０
ＥｕＪ／ｕ０ ０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
０
０
０
２ ３
Ｏ ０ Ｏ
图８（ａ）原始光场相机图像；（ｂ）利用光场信息解算的波前畸变
Ｏ Ｏ Ｏ
Ｆｉｇ ８ Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．（ａ）Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｅ；（ｂ）Ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
０
．
０．５
·
Ｅ
Ｅ
亡
．
２．０
１．５
Ｑ
ｏ
０
１３．
１．０
０．５
０．５
１．０ ０
．
１．０ —０．５ ０ ０．５ １．０
一
２．０ ０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ａｍ ｒ
２．０
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｍｍ
图９（ａ）清晰化目标图像；（ｂ）复原波前残差分布（ＲＭＳ值０．０１８７ ）
Ｆｉｇ ９ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｎｅａｒ—ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ—ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒｔｉｏｎ．（ａ）Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ
ｎｅａｒ—ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ－ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｅ；（ｂ）Ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅ ＲＭＳ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｓ Ｏ．０１８７２
（ａ） （ｂ）
图１０距实验系统４ ｋｍ外的发射塔清晰化成像实验结果。（ａ）传统相机目标图像：（ｂ）清晰化目标图像
Ｆｉｇ．１ ０ Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ４ ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ．（ａ）Ｂｌｕｒｒｅｄ ｉｍａｇｅ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ＣＣＤ；（ｂ）Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｍａｇｅ
１ ８００７５—６
ｆ １
光电工程ＤＯＩ－１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１８００７５
Ｃｏｎｄｅ Ｃ．ｅｔ ａ１．２Ｄ—ＦＦＴ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｎ ＦＰＧＡ ｆｏｒ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ
位，可以对传统相机得到的模糊图像进行有效的清晰
化处理。
ｐｈａｓｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ ｃａｍｅｒａ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ＳＰｆＥ．２００８。７０１ ５：７０１ ５３９．
计算光场自适应光学成像技术是自适应光学与计
算成像学科交叉产生的新兴技术。我们在这方面的研
究才刚刚起步，如何发挥光场相机结构和算法优势，
使自适应光学成像技术应用于更多领域，是我们研究
的不竭动力；如何兼顾大视场和成像分辨率、针对特
定环境展开光场自适应光学系统结构设计是下一步要
解决的主要问题。
［１０】
［８ ８】
Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ Ｊ Ｍ．Ｆｅｍｅｎｉａ Ｃａｓｔｅｌｌａ Ｂ，Ｐｅｒｅｚ Ｎａｖａ Ｆ，ｅｔ
ａ１．Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ
ｃａｍｅｒａ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，２００８．７０１ ５：７０１ ５５Ｑ
Ｅｄｕａｒｄｏ Ｍ，Ｍａｎｕｅｌ Ｒ，Ｍａｎｕｅ Ｊ Ｒ Ｒ Ｊ．Ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ
Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＡＦＡＤＩＳ Ｃａｍｅｒａ ｆｏｒ Ｅｘ—
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Ｘｕ
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Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｒａｍｏｓ Ｊ Ｍ，Ｍａｇｄａｌｅｎｏ Ｃａｓｔｅｌｌ６ Ｅ，Ｄｏｍｉｎｇｕｅｚ
１ ８００７５．７
光电工程ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０ｔ８．１８００７５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ
ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ
Ｌｖ Ｙａｎｇ ，Ｎｉｎｇ Ｙｕ ，Ｍａ Ｈａｏｔｏｎｇ２，Ｓｕｎ Ｑｕａｎ１，
Ｚｈａｎｇ Ｘｕａｎｚｈｅ ，Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ ，Ｘｕ ＸｉａｏｊｕｎＩ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ
Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ
，
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９
Ｃｈｉｎａ
，
Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
．＿一
Ｊ
Ｄ
Ｄｊｆｆｕｓｅｒ
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
０ｖｅｒｖｉｅｗ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ
．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｓｔ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ａｌｗａｙｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ
Ａｓ ｆ０ｒ ｐｏｓｔ ｉｍ—
ａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｔ ｈａｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ
．
ｔｈｅ ｉｍａｇｅ，ｔｈｕｓ ｉｔ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ １ｏａｄ ａｎｄ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｒ ｎｅａｒ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｔｈｏｕｇｈ
ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ
．
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔ ｃａｎｎｏｔ ｄｅａ１ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｎｉｓｏｐｌａｎａｔｉｃ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍ—
ｐｌｉｃａｔｅｄ，ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｈａｒｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｏ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ａ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
．
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ
ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｓｓ ｍａｙ ｍｏｄｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｌａｃｋｉｎｇ ｏｆ
ｔａｒｇｅｔ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｎｎｏｔ ｏｂｔａｉｎ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｂｅｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｏｃｃｌｕｄｅｄ．Ｉｔ
ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎｎｏｔ ｏｂｔａｉｎ ｃｌｅａｒ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｂｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐ—
ｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｓ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｏｃｃｌｕｄｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｉｆｌｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ
ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ
ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａ—
ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ，ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ．Ｏｎ ｏｎｅ ｈａｎｄ，ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｂｅ
ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ、ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．０ｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｉｔ ｃａｎ ｄｅｌｅｔｅ ｔｈｅ ｃｅｒｔａｉｎ
ｅｆｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ａｎｄ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｆｌｙ
ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｒｎ
ｈａｓ ｎｏ ａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｔ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ ｄｅ—
ｆｏｒｍａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｎ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｐｈａｓｅ
ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐａｃｅ．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ １ｏｗ ｃｏｓｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｃａｎ ｄｅｌｅｔｅ
ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ
ｃｌｅａｒ ｉｍａｇｅｓ．
Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｌｖ Ｎｉｎｇ Ｍａ Ｈ Ｔ ｅｔ ａｌ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２０ １ ８，４５（３）：１ ８００７５
Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｉｎｇｙｕ
０２０５＠１ ２６．ｃｏｒｎ
＿
１ ８００７５—８