一種用于天文目標(biāo)成像的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天文目標(biāo)成像技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種天文目標(biāo)清晰成像方法與系統(tǒng)，進(jìn) 一步是設(shè)及一種通過評(píng)價(jià)點(diǎn)目標(biāo)的離焦圖像質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)天文目標(biāo)清晰成像的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前用于天文目標(biāo)成像的方法主要有Ξ種，分別是自適應(yīng)光學(xué)方法、圖像退卷積 方法和幸運(yùn)成像方法。自適應(yīng)光學(xué)方法成本高昂且只能在小視場(chǎng)范圍內(nèi)起作用。圖像退卷 積方法較為耗時(shí)且對(duì)成像質(zhì)量的改善也較有限。幸運(yùn)成像的方法通過對(duì)目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間拍 攝，從圖像序列中篩選出成像優(yōu)良者予W疊加從而獲得天文目標(biāo)的清晰成像，該方法實(shí)現(xiàn) 簡(jiǎn)單、成本低廉，已被廣泛采用。
[0003] 為篩選出像質(zhì)優(yōu)良的圖像，幸運(yùn)成像方法需要相應(yīng)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)手段，常見的 有斯特列爾比法和灰度梯度評(píng)價(jià)法，斯特列爾比法通過計(jì)算圖像中點(diǎn)目標(biāo)的能量集中度來 評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。然而圖像質(zhì)量的優(yōu)劣是與大氣端流的強(qiáng)度相關(guān)的，點(diǎn)目標(biāo)的能量集中度運(yùn) 一指標(biāo)無法精確描述大氣端流的強(qiáng)度，因此用于評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量時(shí)不恰當(dāng)?；叶忍荻仍u(píng)價(jià)法 通過計(jì)算圖像中目標(biāo)輪廓對(duì)比度來評(píng)價(jià)成像質(zhì)量，該方法應(yīng)用于擴(kuò)展的天文目標(biāo)時(shí)，因?yàn)?圖像中包含很多個(gè)等暈區(qū)，每個(gè)等暈區(qū)的成像質(zhì)量獨(dú)立變化，會(huì)導(dǎo)致整幅清晰圖像出現(xiàn)的 概率很低，從而使選取的圖像存在局部區(qū)域模糊嚴(yán)重的問題。
[0004] 大氣端流的機(jī)理復(fù)雜，會(huì)使目標(biāo)發(fā)出的光場(chǎng)受到隨機(jī)干擾。傳統(tǒng)的成像手段通過 目標(biāo)擾動(dòng)光場(chǎng)進(jìn)行相互疊加獲得成像結(jié)果，該過程沒有利用大氣擾動(dòng)信息，從圖像中無法 重建出真實(shí)的光場(chǎng)分布。因此在不利用導(dǎo)星輔助成像的情況下，直接從目標(biāo)圖像中難W判 斷其成像是否受到大氣干擾，或者干擾的程度是多少。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明基于一種新的天文目標(biāo)成像系統(tǒng)，提供一種新 的天文目標(biāo)成像方法，該方法通過評(píng)價(jià)一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)的離焦圖像的均勻度來實(shí)現(xiàn) 幸運(yùn)圖像區(qū)域的選取，將不同幸運(yùn)圖像區(qū)域拼接得到大視場(chǎng)天文目標(biāo)的清晰成像。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案一是：
[0007] 一種天文目標(biāo)成像系統(tǒng)，包括望遠(yuǎn)鏡物鏡（1)，寬譜偏振分光棱鏡（2)，中央控制 裝置（3)，數(shù)字微反射器件值igitalMicroDevice,DMD)式空間光調(diào)制器（4)，第一相機(jī) 巧），第二相機(jī)化），第一中繼鏡（7)，第二中繼鏡（8)，第Ξ中繼鏡巧），第四中繼鏡（10)，寬 譜段1/4波片（11)，其特征在于：第一中繼鏡（7)位于望遠(yuǎn)鏡物鏡（1)與寬譜偏振分光棱 鏡（2)之間，其焦平面所在位置
[0008] 與望遠(yuǎn)鏡物鏡（1)焦平面所在位置重合；第二中繼鏡（8)位于寬譜偏振分光棱鏡 (2)與第二相機(jī)（6)之間，其焦平面所在位置與第二相機(jī)化）的感光面所在位置重合；第 Ξ中繼鏡（9)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)之間，其 焦平面所在位置與數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)感光面所在位置重合；第四中繼鏡 (10)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與第一相機(jī)（5)之間，其焦平面所在位置與第一相機(jī)巧） 的感光面所在位置錯(cuò)開一定距離，該距離稱為離焦量，焦平面在第一相機(jī)（5)感光面的前 方和后方均可。寬譜段1/4波片（11)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與第Ξ中繼鏡（9)之間。 第一中繼鏡（7)、第二中繼鏡（8)、第Ξ中繼鏡巧）、第四中繼鏡（10)分別正對(duì)寬譜偏振分光 棱鏡（2)的四個(gè)可用的表面擺放，四個(gè)中繼鏡的主軸均垂直于寬譜偏振分光棱鏡（2)的相 應(yīng)正方形表面且通過正方形表面的中點(diǎn)。中央控制裝置（3)分別與第一相機(jī)巧）、第二相機(jī) (6)W及數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)電連接。
[0009] 為了表述更為直觀，下文將第一相機(jī)（5)稱為離焦相機(jī)巧），第二相機(jī)（6)稱為在 焦相機(jī)化）。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案二是：
[0011] 一種天文目標(biāo)成像方法，利用技術(shù)方案一提供的天文目標(biāo)成像系統(tǒng)，具體包括下 述步驟：
[0012] 第一步，設(shè)置成像坐標(biāo)系：
[0013] 在數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)的感光面上建立U0V坐標(biāo)系，其中U0V坐 標(biāo)系原點(diǎn)0位于感光面的中屯、，U軸和V軸分別平行于感光面的水平邊緣和垂直邊緣。在 離焦相機(jī)巧）的感光面上建立Χ〇ιΥ坐標(biāo)系，其中Χ〇ιΥ坐標(biāo)系原點(diǎn)〇1位于感光面的中屯、，X 軸和Υ軸分別平行于感光面的水平邊緣和垂直邊緣。在焦相機(jī)化）的感光面上建立Χι〇2Υι 坐標(biāo)系，其中Χι〇2Υι坐標(biāo)系原點(diǎn)02位于感光面的中屯、，X1軸和Υ1軸分別平行于感光面的水 平邊緣和垂直邊緣。
[0014] 第二步，選擇出適合用于離焦光場(chǎng)評(píng)價(jià)的獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)。
[0015] 利用在焦相機(jī)（6)進(jìn)行連續(xù)的圖像采集獲得天文目標(biāo)圖像，若某幅天文目標(biāo)圖像 中至少存在兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)通過下面的Ξ次篩選，則停止圖像采集：
[0016] 第一次篩選：選擇亮度足夠強(qiáng)的點(diǎn)目標(biāo)。亮度足夠強(qiáng)的點(diǎn)目標(biāo)是指該點(diǎn)目標(biāo)在 離焦相機(jī)（5)所采集的對(duì)應(yīng)圖像中像素平均灰度值大于設(shè)定的闊值，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置闊 值，通常設(shè)置闊值為10。假設(shè)滿足該篩選條件的點(diǎn)目標(biāo)個(gè)數(shù)為e(e>2)。
[0017] 第二次篩選：在已篩選出的e個(gè)點(diǎn)目標(biāo)中，假設(shè)其中某一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)與其最臨近的 點(diǎn)目標(biāo)之間的距離為d，若d滿足公式一，則通過第二次篩選： 陽0化]
(公式一）
[0019] 公式一中F為望遠(yuǎn)鏡物鏡（1)的焦距，D為望遠(yuǎn)鏡物鏡（1) 口徑，λme。。為觀測(cè)目 標(biāo)的光譜福射平均波長(zhǎng)。
[0020] 假設(shè)經(jīng)過第二次篩選后點(diǎn)目標(biāo)個(gè)數(shù)為f(1《f《e)。
[0021] 第Ξ次篩選：在已篩選出的f個(gè)點(diǎn)目標(biāo)中，某個(gè)點(diǎn)目標(biāo)與其最臨近的點(diǎn)目標(biāo)之間 的距離為di，若di滿足公式二，則通過第Ξ次篩選：
[0022]
(公式二）
[0023] 公式二中的Z為離焦量。
[0024] 設(shè)通過W上Ξ次篩選后剩余的點(diǎn)目標(biāo)為獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)，個(gè)數(shù)為M(1f)。
[0025] 第Ξ步，控制空間光調(diào)制器特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)入射光反射。
[00%] 調(diào)整數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)的微小反射鏡的傾斜角度，使不包括獨(dú) 立點(diǎn)目標(biāo)的區(qū)域?qū)?yīng)的光線經(jīng)數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)的反射后發(fā)生偏轉(zhuǎn)而 損失掉。只有獨(dú)立目標(biāo)點(diǎn)發(fā)出的光線直接平面反射，反射光由于兩次經(jīng)過了寬譜1/4波片， 因此偏振態(tài)發(fā)生了 90度偏轉(zhuǎn)，隨后該光線在經(jīng)過寬譜偏振分光棱鏡（2)時(shí)傳播方向產(chǎn)生 90°的折轉(zhuǎn)，最終進(jìn)入離焦相機(jī)（5)用于成像。
[0027] 經(jīng)過上述步驟，天文目標(biāo)成像系統(tǒng)的狀態(tài)調(diào)整完成，利用調(diào)整好的天文目標(biāo)成像 系統(tǒng)進(jìn)行下面的多幅圖像采集和篩選。
[002引第四步，計(jì)算各個(gè)獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的離焦圖像均勻度指數(shù)。
[0029]令離焦相機(jī)（5)和在焦相機(jī)化）同步工作，假設(shè)分別采集了P幅圖像，離焦相機(jī) 妨義集的圖像序列為Iimfecus二Πl(fā)utifDcus，I2utifDcus，…iPutifDcus}，在焦相機(jī)做義集的圖像序列 為Ifocus -{Ifocus)Ifocus)…Ifocus}。
[0030]對(duì)于lunhcu庶列中的其中一幅離焦圖像ILhcusQ蘭k蘭p)，設(shè)該圖像中第i個(gè) 獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo),<^</：^的在離焦相機(jī)（5)感光面上對(duì)應(yīng)配準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)為^1，/)，獨(dú)立點(diǎn)目 標(biāo)省對(duì)應(yīng)于Χ〇ιΥ坐標(biāo)系中的滿足公式四的像素點(diǎn)（a,，b,)共有N個(gè)，像素點(diǎn)的灰度值為 Kj，1《j《N : 陽〇3U
:公式四） 陽〇巧計(jì)算獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)少應(yīng)的圖像均勻度指數(shù): 陽〇3引
（公式五）
[0034] 第五步，篩選出幸運(yùn)圖像區(qū)域。
[00對(duì)針對(duì)獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)共有P個(gè)圖像均勻度指數(shù)I)，皆，假設(shè)該 序列中值最小的元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)為q(l^q^巧。對(duì)序列中第q帖在焦圖像，假設(shè) 在焦圖像上任意一塊圖像區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)（XI，yi)若滿足公式六：
陽03引則該圖像區(qū)域?yàn)楠?dú)立點(diǎn)目標(biāo)Ai(1《i《M)對(duì)應(yīng)的幸運(yùn)圖像區(qū)域。公式六中Η和W分別為離焦相機(jī)傳感器的物理高度和寬度，C是人為設(shè)置的幸運(yùn)圖像選擇半徑。對(duì)其它獨(dú) 立點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的圖像實(shí)施相同操作，可同樣得到相應(yīng)的幸運(yùn)圖像區(qū)域。
[0039] 第六步，對(duì)篩選出的所有圖像區(qū)域?qū)嵤┢唇印?W40] 建立一幅和在焦相機(jī)（6)所獲得的圖像相同尺寸的初始圖像，初始圖像中每個(gè)像 元的灰度值為零，然后分如下兩種情況處理：
[0041] 情況一，若兩個(gè)不同的獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的幸運(yùn)圖像區(qū)域之間無重疊，則上述幸運(yùn) 圖像區(qū)域內(nèi)容的復(fù)制到初始圖像的對(duì)應(yīng)位置。
[0042] 情況二，若兩個(gè)不同的獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的幸運(yùn)圖像區(qū)域之間存在重疊，則使用基 于互信息的圖像拼接方法將兩個(gè)幸運(yùn)圖像區(qū)域拼接在一起，并復(fù)制到初始圖像的對(duì)應(yīng)位 置。
[0043] 經(jīng)過上述處理后得到的初始圖像即為成像結(jié)果。
[0044] 本發(fā)明的有益效果是：使用一種全新的獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)光場(chǎng)評(píng)價(jià)方法取代傳統(tǒng)的圖像 灰度評(píng)價(jià)法，同時(shí)結(jié)合硬件上的多個(gè)獨(dú)立點(diǎn)目標(biāo)光場(chǎng)的同時(shí)獲取，達(dá)到對(duì)天文擴(kuò)展目標(biāo)多 區(qū)域清晰成像的目的。本發(fā)明不但顯著提高了獲得幸運(yùn)圖像的概率，而且使得獲取的目標(biāo) 圖像清晰度更高。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明提供的天文目標(biāo)成像系統(tǒng)原理示意圖；
[0046] 圖2為具體實(shí)施流程圖；
[0047] 圖3為實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)不同時(shí)刻獲取的點(diǎn)目標(biāo)離焦圖像； W4引圖4為圖3對(duì)應(yīng)的兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)目標(biāo)的在焦圖像。
【具體實(shí)施方式】 W例 W下將結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0050] 圖1中，焦距相同的中繼鏡7、8、9、10的焦比應(yīng)大于望遠(yuǎn)鏡物鏡1的焦比。寬譜偏 振分光棱鏡2的光波段可根據(jù)目標(biāo)福射特性（如可見光波段或紅外波段