Originally issued as author's Ph. D. thesis, University of Canterbury, 2002. / Includes bibliographical references (p. 215-222). Thesis available online from Univ. of Canterbury.

Diese Diplomarbeit befasst sich mit stochastischen Gradientenverfahren als Methoden der numerischen Optimierung für die Anwendung in der adaptiven Optik. Die adaptive Optik wird insbesondere im Fall der Propagation von Licht durch die Atmosphäre zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems verwendet. Als Verfahren der Wahl wird das Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation Verfahren (SPSA-Verfahren) betrachtet, das aufgrund seiner geringen Anzahl von benötigten Zielfunktionsauswertungen pro Iteration sehr gut zu den Echtzeit-Anforderungen der Anwendung passt. Neben der Darstellung des physikalischen Hintergrunds wird Wert auf eine fundierte Verankerung der Analyse der Verfahren in der Wahrscheinlichkeitstheorie gelegt. Die verwendeten Resultate u.a. der Martingaltheorie werden im Rahmen der Arbeit in die benötigte Form gebracht. Als Hintergrund wird ein Einblick in die Theorie der deterministischen, ableitungsfreienGradientenverfahren gegeben. Die Konvergenz des SPSA-Verfahrens wird auf ein Konvergenztheorem für Stochastic-Approximation-Verfahren von Kushner und Clark zurückgeführt. Dabei wurde in der Konvergenztheorie zunächst Spall gefolgt, aufgrund von wahrscheinlichkeitstheoretischen Überlegungen werden dann aber teilweise geänderte Voraussetzungen verwendet.Der praktische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung des Verfahrens in der adaptiven Optik am Beispiel eines Labor-Testsystems. Die Voraussetzungen der Theorie werden für die Anwendung gewürdigt. Zur Umsetzung des Verfahrens in einen konkreten Algorithmus wird auf die Parameterwahl und mögliche Erweiterungen eingegangen. Die Wahl der Parameter nach Spall wird um eine Überlegung aus der Theorie der numerischen Differentiation erweitert, so dass sich eine andere Empfehlung hinsichtlich der Wahl der Schrittweite für die Gradientenschätzung ergibt. Ein Optimierungsdurchgang wird dargestellt und bewertet und anschließend ein Ausblick für die mögliche Verwendung des Verfahrens in einem adaptiv-optischen System gegeben.

The degradation of astronomical images caused by atmospheric turbulence will be much more severe in the next generation of terrestrial telescopes and its compensation will require deformable mirrors with up to tens-of-thousands of actuators.<p>Current designs for these correctors consist of scaling up the proven technologies of flexible optical plates deformed under the out-of-plane action of linear actuators. This approach will lead to an exponential growth of cost with the number of actuators, and in very complex mechanisms.<p><p>This thesis proposes a new concept of optical correction which is modular, robust, lightweight and low-cost and is based on the bimorph in-plane actuation.<p><p>The adaptive mirror consists of segmented identical hexagonal bimorph mirrors allowing to indefinitely increase the degree of correction while maintaining the first mechanical resonance at the level of a single segment and showing an increase in price only proportional to the number of segments.<p><p>Each bimorph segment can be mass-produced by simply screen-printing an array of thin piezoelectric patches onto a silicon wafer resulting in very compact and lightweight modules<p>and at a price essentially independent from the number of actuators.<p><p>The controlled deformation of a screen-printed bimorph mirror was experimentally achieved with meaningful optical shapes and appropriate amplitudes; its capability for compensating turbulence was evaluated numerically. The generation of continuous surfaces<p>by an assembly of these mirrors was numerically simulated and a demonstrator of concept consisting of 3 segments was constructed. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Adaptive-optics optical coherence tomography (AOOCT) is a technology that has been rapidly advancing in recent years and offers amazing capabilities in scanning the human eye in vivo. In order to bring the ultra-high resolution capabilities to clinical use, however, newer technology needs to be used in the image reconstruction process. General purpose computation on graphics processing units is one such way that this computationally intensive reconstruction can be performed in a desktop computer in real-time. This work shows the process of AOOCT image reconstruction, the basics of how to use NVIDIA's CUDA to write parallel code, and a new AOOCT image reconstruction technology implemented using NVIDIA's CUDA. The results of this work demonstrate that image reconstruction can be done in real-time with high accuracy using a GPU.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Adaptive optics-optical coherence tomography (AO-OCT) is a non-invasive method of imaging the human retina in vivo. It can be used to visualize microscopic structures, making it incredibly useful for the early detection and diagnosis of retinal disease. The research group at Indiana University has a novel multi-camera AO-OCT system capable of 1 MHz acquisition rates. Until this point, a method has not existed to process data from such a novel system quickly and accurately enough on a CPU, a GPU, or one that can scale to multiple GPUs automatically in an efficient manner. This is a barrier to using a MHz AO-OCT system in a clinical environment. A novel approach to processing AO-OCT data from the unique multi-camera optics system is tested on multiple graphics processing units (GPUs) in parallel with one, two, and four camera combinations. The design and results demonstrate a scalable, reusable, extensible method of computing AO-OCT output. This approach can either achieve real time results with an AO-OCT system capable of 1 MHz acquisition rates or be scaled to a higher accuracy mode with a fast Fourier transform of 16,384 complex values.