4-44 H-S波前传感器子孔径光斑质心探测误差

　　HS（Hartman-Shack）波前传感器是一种使用较广泛的波前传感器，是由R.k.Shack在1971年改进了测量几何相差的经典哈特曼(Hartmamn)方法而制成的，主要是由微透镜阵列和CCD阵列组成。目前HS波前传感器常用于自适应光学相位补偿系统，在系统像差和镜面面型检测中也有广泛的应用。

　　HS波前传感器的微透镜阵列是由若干个等焦距的小凸透镜排列成的，通常是用二元光学技术制造的。微透镜阵列将待探测波面划分为若干个小单元区域，每一个小透镜（也被称为子孔径）对其接收的波面聚焦成像。因此，子孔径的大小决定了波前探测的空间分辨率。与H-S波前传感器的每个子孔径对应的是其焦面位置的CCD上某一区域的像素，H-S波前传感器的测量是基于测量子孔径光斑质心的偏移量。

　　对波前探测的环境噪声和CCD器件的各种噪声（包括电子噪声、暗电流、散粒噪声等）的影响进行了详细的分析，推导的一阶矩计算质心方法中，综合考虑信噪比和各种噪声的质心误差公式

式中，SNR表示探测器上的信噪比，V_n是单个子孔径内总的噪声电子数；L，M为子孔径两个方向上的像素数目；为每个像素的噪声电子方差；x_n为噪声质心位置；是实际探测光斑质心；是噪声统计质心；s_A为信号光斑的等效高斯宽度（以CCD像素为单位）；V_p为子孔径内所有像素输出的表征信息光的电子总数。

　　由于一阶矩法抗噪声、抗干扰能力差，提出了高斯匹配法计算光斑质心，即利用形如（2）式的高斯模板

其中，A为模板幅值，是模板的宽度。在子孔径内按区域进行光斑阵列分布和的相关计算，相关结果为

(3)

　　逐点记录C（x，y），则C（x，y）值最大时对应的（x，y）就是与模板最接近的质心位置。

　　试验结果表明，采用高斯匹配法可以很有效地消除光斑阵列中噪声对质心探测精度的影响。