(19)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 202211312565.4 (22)申请日 2022.10.25 (71)申请人 中国科学院光电技 术研究所 地址 610209 四川省成 都市双流3 50信箱 (72)发明人 马霞飞　谢宗良　马浩统　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 邓治平 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种基于全光衍射神经网络的共相误差校 正方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于全光衍射神经网络 的共相误差校正方法， 可用于光学合成孔径成像 系统子孔径共相误差的实时校正， 包括： 利用合 成孔径成像模块生成光学合成孔径成像光场并 实施共相误差的加载和补偿； 利用衍射神经网络 模块对输入光场信息进行特征提取和 信息转换； 利用共相误差检测模块接收全光衍射神经网络 模块的输 出光场， 将输出光场信息转换为光强分 布， 以此表征共相误差预测值。 相对于以往依赖 计算机硬件的共相检测技术， 本方法利用光的自 由空间传播特性和矢量叠加原理实现矩阵运算， 具有超并行处理和传输信息的独特优势， 能够在 光速下执行共相检测任务， 尤其对气动光学领域 的高频相差 检测研究具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115471428 A 2022.12.13 CN 115471428 A 1.一种基于全光 衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特 征在于， 包括： 利用合成孔径成像模块 生成光学合成孔径成像光场并实施共相误差的加载和补偿； 利用衍射神经网络模块对输入光场信息进行 特征提取和信息转换； 利用共相误差检测模块接收全光衍射神经网络模块的输出光场， 将输出光场信 息转换 为可探测的物理量 来构建共相误差表征 数学模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 所述合成孔径成像模块基于点目标成像， 光波 经加载共相误差的多孔径阵列分束， 然后 干涉会聚到成像面， 获得合成孔径成像光场信息 。 3.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 所述衍射神经网络模块由多个衍射元件构成， 衍射网络的物理参数包括光源波长、 像元 尺寸、 衍射层尺寸以及衍 射层间距。 4.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 所述共相误差检测模块将共相误差探测范围划分为N个子区间， 对应于探测 像面的N个 探测区域， 利用衍 射网络输出光场在探测面上的光强分布来表征共相误差 。 5.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 衍射神经网络模块利用光衍射叠加原理实现相邻两层衍射元件之间的连接， 衍射层上 的每个像元相当于数字神经网络中神经元， 通过改变光经过像元时的折射率或透过率从而 在相位和振幅两个维度实现对光场的调控， 像元对相位和振幅的调制系数定义为衍射神经 网络的权 重。 6.根据权利要求5所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 以相位信息和振 幅信息组成的多孔径成像光场信息作为衍射网络的输入， 以探测面光 强分布作为衍射网络的输出， 通过光在自由空间中的衍射传播实现输入数据在衍射网络中 的前向传输， 通过梯度下降算法迭代优化网络权重， 保证出射光能量集中在目标探测区域， 实现从成像光场到共相误差之间的关系映射。 7.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 在实际检测光路中， 从成像光场输入到共相误差输出的整个过程均为光学运算， 能够以 光速实现共相误差的实时检测。 8.根据权利要求1所述的一种基于全光衍射神经网络的共相误差校正方法， 其特征在 于， 具体步骤如下： 步骤1)、 构建光学合成孔径成像数值仿真平台， 批量加载共相误差生成对应成像光场 数据作为输入， 相应的理想光强分布作为输出， 构造 仿真训练集和仿真测试集； 步骤2)、 搭建衍射神经网络， 设置衍射神经网络的物理参数， 其中， 光源波长以及像元 尺寸要和成像仿真平台一 致， 衍射层尺寸和衍 射层间距等 参数根据训练效果进行调整； 步骤3)、 基于仿真训练集对衍射网络权重进行优化， 直至代价函数收敛到一个非常小 的值， 从而 使网络输出光场在探测面上的光强分布接 近理想光强分布； 步骤4)、 基于仿真测试集对衍射网络性能进行评估， 包括共相预测精度、 各个探测区域 光强对比度、 网络对衍射层 间距偏差和 衍射层中心对准误差的容忍度， 以及对像差和噪声 的鲁棒性等， 结合共相检测需求进一 步对网络进行优化调整； 步骤5)、 训练得到衍 射网络权重， 并通过光刻技 术进行衍 射元件的加工制造；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115471428 A 2步骤6)、 光学合成孔径成像系统的成像光场经衍射网络传输到探测面， 根据像面光强 分布可获得共相误差检测结果， 并通过闭环控制模块对 共相误差进行补偿。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115471428 A 3