1.一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将波前斜率在稀疏字典下进行稀疏表示;
步骤2,采用观测矩阵对波前斜率进行稀疏测量,得到斜率测量值;
步骤3,通过稀疏度自适应匹配追踪算法重构波前斜率;
步骤4,根据波前斜率,计算泽尼克多项式的系数矩阵,重构出波前的相位。
2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,所述步骤1的具体过程为:M
设gx、gy分别为x、y方向上需要稀疏表示的斜率信号,将斜率信号gx、gy在稀疏字典ψ∈R×N
下进行稀疏表示为:
gx=ψαx,gy=ψαy (1)M×N M×N
式(1)中,αx∈R ,αy∈R 分别为x、y方向上的稀疏矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,所述步骤2中,斜率测量值的表达式为:fx=φgx,fy=φgy (2)M×N M×N
式(2)中fx∈R ,fy∈R ,分别为x、y方向上的斜率测量值;Φ为观测矩阵,其大小为M×N且满足RIP准则,M<
将公式(1)与公式(2)结合,得到公式(3),即x、y方向上的斜率测量值为:fx=φψαx=Aαx,fy=φψαy=Aαy (3)M×N
式(3)中A=φψ∈R 为感知矩阵。
4.根据权利要求3所述的一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,所述步骤3的具体按照以下步骤实施:步骤3.1,初始化参数:rx0=gx,ry0=gy,Λx0=φ,Λy0=φ,t=1;
其中,rx0为x方向上的初始残差;ry0为y方向上的初始残差;gx为x方向上需要稀疏表示的斜率信号;gy为y方向上需要稀疏表示的斜率信号;t为迭代次数;
步骤3.2,构建列序号集合sxk、syk,计算原子候选更新集、采用最小二乘法稀疏逼近真实稀疏度、波前重构矩阵,更新残差,更新迭代次数,判断运算终止条件,求解系数α'xt、α'yt;
步骤3.3,计算x、y方向上需要稀疏表示的斜率信号gx、gy的稀疏表示信号g'x、g'y,表达式为:
g′x=ψα′xt
g′y=ψα′yt
将稀疏表示信号g'x、g'y使用模式法进行重构,得到波前斜率值;
模式法用泽尼克多项式表示的波前定义为:式(4)中,Zi(x,y)为各项泽尼克多项式,hi为第i项泽尼克多项式的系数;
用泽尼克多项式对畸变波前拟合,表示为:G=CH (5)其中,H为泽尼克多项式的系数向量,C称为波前重构矩阵,G为波前斜率值,即g'x、g'y组成的矩阵。
5.根据权利要求4所述的一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,所述步骤3.2具体按照以下步骤实施:步骤3.2.1,设ux={uxj|uxj=|
其中,aj为感知矩阵A的第j列;j为列数;rx(t‑1)为x方向上t‑1次迭代的残差;ry(t‑1)为y方向上t‑1次迭代的残差;uxj为x方向上列序号j的内积;uyj为y方向上列序号j的内积;ux为x方向上的内积;uy为y方向上的内积;
步骤3.2.2,计算原子候选更新集,表达式为:Cxk=Λx(t‑1)∪Sxk,Cyk=Λy(t‑1)∪Syk,At={aj}其中,Cxk为x方向上原子候选更新集;Cyk为y方向上原子候选更新集;At为按Λt选出的aj列向量组成的集合;符号∪表示集合的并运算;Λt为t次迭代的列序号集合;Λx(t‑1)为x方向上t‑1次迭代的列序号集合;Λy(t‑1)为y方向上t‑1次迭代的列序号集合;
步骤3.2.3,采用最小二乘法稀疏逼近真实稀疏度,表达式为:式中,Axt为x方向上按Λt选出的aj列向量组成的集合;Ayt为y方向上按Λt选出的aj列向量组成的集合;αxt为x方向上t次迭代的稀疏矩阵;αyt为y方向上t次迭代的稀疏矩阵;
步骤3.2.4,从 中选出绝对值最大的Lx项记为 从 中选出绝对值最大的Ly项记为 对应的Axt中的Lx记为AxtL,对应的Ayt中的Ly记为AytL,对应AxtL的列序号记为ΛxtL,对应AytL的列序号记为ΛytL,记集合F=ΛxtL∪ΛytL;
步骤3.2.5,更新残差,表达式为:式中,rxt为x方向上的残差;ryt为y方向上的残差;
步骤3.2.6,更新迭代次数,判断运算终止条件:(1)判断是否满足rxt=0,ryt=0,若不满足则转入(2),若满足则停止;
2 2 2 2
(2)如果||rxt||≥||rx(t‑1)||、||ryt||≥||ry(t‑1)||更新步长Lx=Lx+S、Ly=Ly+S,返回步骤3.2.1继续迭代,其中,S为步长;
(3)如果(1)和(2)的条件均不满足,则Λt=F,t=t+1;
步骤3.2.7,求解系数α'xt、α'yt,即:集合Λt中存放非零项位置, 中对应的非零值为最终迭代求得的α'xt、α'yt。
6.根据权利要求4所述的一种基于压缩感知技术的自适应光学系统波前重构的方法,其特征在于,所述步骤4的具体过程为:根据波前斜率,把泽尼克多项式的系数矩阵H求出来,然后代入公式(4)中,即可重构出波前的相位。