Influencing factor of the characterization and restoration of phase aberrations resulting from atmospheric turbulence based on Principal Component Analysis
Year: 2025
Type: article
Abstract: 为了有效表征、还原大气湍流造成的相位畸变，解决传统Zernike多项式方法引起的相位还原高频信息不足问题，提出了基于主成分分析法的畸变相位特征表征、还原方法，对可能影响主成分精度从而影响还原效果的因素进行研究。首先建立了几组包含满足Von-Karman功率谱的畸变相位的原始数据集，几组数据集样本数量不等，并生成了D/r0 采样间隔分别为1和10的样本空间，D/r0 用于描述湍流强度，其中r0 是大气相干长度，D是光瞳直径。接着建立了不同湍流强度下畸变相位的测试集数据。之后从不同原始数据集中提取对应的主成分，并分别使用相同项数的主成分与Zernike多项式对同一组测试集畸变相位进行还原。最终对比还原结果，分析原始数据样本量和D/r0 采样间隔对主成分精度的影响。实验结果表明结果：更大的D/r0 采样间隔可以在原始数据量有限的情况下保证主成分的泛化能力和鲁棒性，从而帮助实际应用中快速实现模型的高精度部署；在测试集D/r0 =24的相对湍流较强的环境下，使用34阶主成分可以将校正后光斑Strehl比从原始的0.007提升至0.1585，而同样使用34阶Zernike还原后的光斑Strehl比仅为0.0215，几乎没有校正效果。可以看出基于主成分分析法的大气湍流相位畸变表征和还原方法优于Zernike多项式，可以为基于模型和深度学习的自适应光学校正提供参考。
Source: Chinese Optics
Authors: WANG Jiang-pu-zhen, WANG Zhi-qiang, ZHANG Jing-hui, QIAO Chun-hong, FAN Cheng-yu
Language: English
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: hybrid
OpenAlex ID: W4411575828