다중 해상도 중심점 탐색법을 이용한 샥-하트만 센서용 상관관계법의 속도 개선

Abstract

샥-하트만(Shack-Hartmann) 파면 측정 센서는 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 특히 적응광학은 주요 응용분야 중 하나이다. 적응광학 시스템은 실시간으로 빠르게 동작되어야 하므로 고속 파면 측정이 필수적이다. 고속 파면 측정에서는 카메라의 노출시간이 매우 작기 때문에 파면 측정시에 광자 잡음(photon noise)와 판독 잡음(readout noise)등의 잡음의 영향을 크게 받는다. 따라서 잡음에 둔감한 고속 중심점 탐색 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 잡음에 둔감한 고속 중심점 탐색 알고리즘으로 다중 해상도 상관관계법이 제안되었다. 이 방법은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 이용한 상관관계법과 비교하여 다중 해상도 이미지를 이용함으로써 계산시간을 향상시켰다. 본 논문에서는 무게중심법(center of mass method)과 상관관계법(correlation method)과 다중해상도 상관관계법(multi-resolution correlation method)의 계산시간과 측정 정확도를 비교하기 위해 전산모사 방법이 사용되었다. 제안된 방법의 정확도는 기존의 상관관계법과 유사한 것을 확인하였다. Shack-Hartmann sensors are widely employed as a wavefront measuring device in various applications. Adaptive optics is one of the major applications. Since an adaptive optics system should be operated in real-time, high-speed wavefront sensing is essential. In high-speed operation, integration time of an image detector is very short. In this case, noises such as readout noise and photon noise greatly influence the accuracy of wavefront sensing. Therefore a fast and noise-insensitive centroid finding algorithm is required for the real-time wavefront sensing. In this paper, the multi-resolution correlation method is proposed. By employing multi-resolution images, this method greatly reduces the computation time when compared to the fast Fourier transform (FFT) correlation method. The verification is performed through the computational simulation. In this paper, the center of mass method, correlation method and multi-resolution correlation method are employed to compare the measurement accuracy of the centroid finding algorithms. The accuracy of a Shack-Hartmann wavefront sensor using the proposed algorithm is proved to be comparable to that of the conventional correlation method.