自适应光学校正仿真中可视化数据交互的设计与实现

摘要

光学成像系统由于受到各种扰动，尤其是大气湍流的动态干扰，其分辨率通常远远达不到理论分辨率。美国天文学家巴布科克在1953年提出了自适应补偿的设想，其核心是通过对波前畸变的实时测量获得的数据，用校正系统对波前畸变进行实时补偿，使光学系统能够自动适应环境的变化，始终保持良好的工作能力，其分辨率可以接近或达到衍射极限分辨率。自适应光学系统在1970年代开始投入实用，此后获得了迅猛发展，其理论研究不断深入，各种算法相继提出，应用领域不断拓宽，在天文学，医学，军事等诸多领域得到了广泛应用。
　　随着信息技术的进步，自适应光学的计算机仿真及数据可视化技术也发展起来。我国独立研发的AO61单元的仿真软件采用的是Fortran平台，作为一种典型的面向过程的语言，其开发与维护很不方便，人机交互很单调，数据可视化的能力很弱，迫切需要改进。本文首先用面向对象的的技术对系统的各个模块进行了重新划分，利用C++提供的类机制对各个模块进行封装，各模块之间通过类的接口交互，实现了信息隐藏，提高了系统的可读性，改善了系统的可维护性。
　　Fortran平台上的仿真软件对系统的配置是通过配置文件进行的，由于Fortran语言对变量长度的限制，程序中的各项参数的物理意义不明确，程序运行时，用户看到的信息十分有限，交互能力很弱。程序产生的数据通常要借用第三方软件进行处理，带来了软件使用的不便。本文采用了Visual C++6.0结合MFC作为技术平台，开发了实验管理，数据管理，运行等各个模块，实现了对实验环境的可视化配置；采用了多线程技术实现程序数据与运行界面的实时交互，程序运行时用户可以看到实时信息。根据课题要求，开发了一些独立的模块如湍流相屏模块，传感器和驱动器布局模块，传递函数模块等并实现了一些实验数据的可视化处理。
　　本文首先介绍了自适应光学系统的理论、结构、原理和发展现状，分析了目前使用的计算机仿真软件的不足，提出了改进措施。接着对整个系统在数据可视化的要求下进行了模块的设计和开发，并完成了编程实现。最后通过仿真测试验证了该平台的正确性。文章的最后是全篇的总结和展望，说明了今后仍需努力的方向。

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第一章引言

1.1光学系统的分辨率

1.2自适应光学简介

1.3自适应光学的发展

1.4课题来源及主要研究任务

第二章自适应光学的计算机仿真与可视化简介

2.1自适应光学计算机仿真的可行性和必要性

2.2自适应光学计算机仿真的发展现状

第三章自适应光学仿真的平台与建模

3.1 Fortran平台的局限性

3.2 C++平台的特点

3.3 VC++6.0与MFC的特点

第四章 实验配置模块的可视化设计与实现

4.1本课题的难点和主要任务

4.2解决方案

4.3各模块可视化的设计与实现

第五章 独立模块的可视化设计与实现

5.1自适应校正模块的设计与实现

5.2 湍流相屏模块的设计与实现

5.3 数据管理和数据可视化模块的设计与实现

第六章 软件测试

6.1参数配置的准确性测试

6.2软件整体运行的正确性测试

6.3 其他测试

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果