Learning-based Shack-Hartmann wavefront sensor for high-order aberration detection

斯太尔率 泽尼克多项式 波前传感器 自适应光学 光学 波前 计算机科学 质心 人工智能 变形镜 计算机视觉 物理
作者
Lejia Hu,Shuwen Hu,Wei Gong,Ke Si
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:27 (23): 33504-33504 被引量:69
标识
DOI:10.1364/oe.27.033504
摘要

We present a learning-based Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWS) to achieve the high-order aberration detection without image segmentation or centroid positioning. Zernike coefficient amplitudes of aberrations measured from biological samples are referred and expanded to generate the training datasets. With one SHWS pattern inputted, up to 120th Zernike modes could be predicted within 10.9 ms with 95.56% model accuracy by a personal computer. The statistical experimental results show that compared with traditional modal-based SHWS, the root mean squared error in phase residuals of this method is reduced by ∼40.54% and the Strehl ratio of the point spread functions is improved by ∼27.31%. The aberration detection performance of this method is also validated on a mouse brain slice with 300 µm thickness and the median improvement of peak-to-background ratio of this method is ∼30% to 40% compared with traditional SHWS. With the high detection accuracy, simple processes, fast prediction speed and good compatibility, this work offers a potential approach to improve the wavefront sensing ability of SHWS, which could be combined with an existing adaptive optics system and be further applied in biological applications.
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