）選擇。寬譜偏振 分光棱鏡2的尺寸應滿足由中繼透鏡1出射的光線全部能射入，中繼鏡7、8、9、10應該盡可 能的靠近寬譜偏振分光棱鏡2安裝，W降低成像的漸暈效應。圖中在焦相機6和離焦相機 5向中央控制裝置3發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。中央控制裝置3分別通過控制信號線向在焦相機6和 離焦相機5發(fā)送圖像采集控制信號；中央控制裝置3通過控制信號線向數(shù)字微反射器件式 空間光調(diào)制器4發(fā)送控制信號，控制空間光調(diào)制器4特定區(qū)域的偏振態(tài)。離焦相機5感光 面的離焦量的設置依據(jù)如下：設大氣端流相干長度（即化eid常數(shù)）為丫。，則離焦量Z應 滿足如下公式：
[00川
（公式屯）
[0052] 公式屯中Z可W為正數(shù)或負數(shù)，正數(shù)表明相機向遠離望遠鏡物鏡1的方向離焦，負 數(shù)表明相機向靠近望遠鏡物鏡1的方向離焦。本發(fā)明設及的望遠鏡物鏡1W折射式望遠鏡 物鏡為最佳。本發(fā)明設及的相機采用工業(yè)相機。本發(fā)明設及的中央控制裝置3采用通用計 算機或?qū)Ｓ玫目刂破鳎ㄈ绮捎肈SP或FPGA實現(xiàn)）均可。
[0053] 對本發(fā)明技術方案二的某些步驟進行詳細解釋。
[0054] 第二步，選擇出適合用于離焦光場評價的獨立點目標。本步驟中，在焦相機6單獨 的連續(xù)工作，采集多帖圖像，直到圖像中出現(xiàn)適合用于離焦光場評價的獨立點目標時才停 止采集圖像。選擇出的獨立點目標數(shù)量視大氣端流強度和具體的天文目標特性決定。本步 驟的第二條件中"最臨近的目標"指的可W是點目標也可W是擴展目標。
[0055] 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。在實施本步驟的過程中，在 焦相機6和離焦相機5是通常不工作的，它們并不需要采集圖像。數(shù)字微反射器件式空間 光調(diào)制器4的特定區(qū)域一旦選定且實現(xiàn)了偏振態(tài)偏置，則在焦相機6和離焦相機5開始工 作，進行圖像采集。
[0056] 第屯步，對篩選出的所有圖像區(qū)域?qū)嵤┢唇?。本步驟采用的基于互信息的圖像拼 接方法是公知方法和手段，方法的具體流程和相關詳細介紹參見文獻（周虎，楊建國，李舊 智.基于互信息測度的平面圖像拼接及其測量技術，東華大學學報自然科學版，2011年第6 期）。
[0057] 為了證明本發(fā)明方法的可行性，我們開展了仿真實驗。仿真實驗中，天文目標成 像系統(tǒng)的望遠鏡物鏡1的口徑為80mm，焦距為480mm，使用的中繼透鏡7、8、9、10的直徑為 25. 4mm，焦距為50mm，離焦相機5和在焦相機6選擇了Thorl油S公司的黑白工業(yè)相機，二者 通過硬件連接實現(xiàn)了同步觸發(fā)工作的功能。仿真實驗中使用一臺研華公司生產(chǎn)的工控計算 機作為中央控制裝置3。為了方便而清楚地證明實驗結果，利用系統(tǒng)對距離約700m的一個 點目標成像，圖3的左圖和右圖是仿真實驗中由離焦相機5在兩個不同時刻采集到的該點 目標的離焦圖像。從圖中對比可發(fā)現(xiàn)：在不同的時刻，由于大氣端流的程度不同，點目標的 離焦圖像均勻度也不一樣。圖4為圖3所獲得圖像對應時刻條件下由在焦相機6采集到的 目標在焦圖像，（左圖對左圖，右圖對右圖）圖中可見，當離焦圖像均勻度較好時，對應的在 焦圖像的成像質(zhì)量明顯較好，上述實驗說明離焦圖像的均勻度反映出圖像受端流影響的程 度，離焦圖像中均勻度指數(shù)最高的圖像對應著受端流影響最小的在焦圖像，從而說明利用 離焦圖像的均勻度指標可W判斷大氣端流對成像的影響程度，并可根據(jù)該判斷標準篩選出 成像質(zhì)量最好的在焦圖像。因此本實驗為本發(fā)明的方法可行性提供支撐。
【主權項】
1. 一種天文目標成像系統(tǒng)，包括望遠鏡物鏡（1)、寬譜偏振分光棱鏡（2)、中央控制裝 置（3)、數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)、第一相機（5)、第二相機（6)、第一中繼鏡（7)、 第二中繼鏡（8)、第三中繼鏡（9)、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)位于望遠鏡物鏡（1)與寬譜偏振分光棱鏡（2)之間，其焦平面所在位置與望 遠鏡物鏡（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（6)之間，其焦平面所在位置與第二相機（6)的感光面所在位置重合；第三中繼鏡（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（5)之間，其焦平面所在位置與第一相機（5)的感光面所在位 置錯開一定距離，該距離稱為離焦量；寬譜段1/4波片（11)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與 第三中繼鏡（9)之間；第一中繼鏡（7)、第二中繼鏡（8)、第三中繼鏡（9)、第四中繼鏡（10) 分別正對寬譜偏振分光棱鏡（2)的四個可用的表面擺放，四個中繼鏡的主軸均垂直于寬譜 偏振分光棱鏡（2)的相應正方形表面且通過正方形表面的中點；中央控制裝置（3)分別與 第一相機（5)、第二相機（6)以及數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器（4)電連接。2. -種天文目標成像方法，利用權利要求1提供的天文目標成像系統(tǒng)，具體包括下述 步驟： 第一步，設置成像坐標系： 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UOV坐標系，其中UOV坐標系 原點0位于感光面的中心，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（5)的感光面上建立XOJ坐標系，其中XOJ坐標系原點(^位于感光面的中心，X軸和Y 軸分別平行于感光面的水平邊緣和垂直邊緣；在焦相機（6)的感光面上建立XiOJi坐標系， 其中XAI坐標系原點02位于感光面的中心，X i軸和Y i軸分別平行于感光面的水平邊緣和 垂直邊緣； 第二步，選擇出適合用于離焦光場評價的獨立點目標： 利用在焦相機（6)進行連續(xù)的圖像采集獲得天文目標圖像，若某幅天文目標圖像中至 少存在兩個點目標通過下面的三次篩選，則停止圖像采集： 第一次篩選：選擇亮度足夠強的點目標；亮度足夠強的點目標是指該點目標在離焦相 機（5)所采集的對應圖像中像素平均灰度值大于設定的閾值，根據(jù)實際情況設置閾值；假 設滿足該篩選條件的點目標個數(shù)為e，e多2 ; 第二次篩選：在已篩選出的e個點目標中，假設其中某一個點目標與其最臨近的點目 標之間的距離為d，若d滿足公式一，則通過第二次篩選：公式一中F為望遠鏡物鏡（1)的焦距，D為望遠鏡物鏡（1) 口徑，λ_η為觀測目標的 光譜輻射平均波長； 假設經(jīng)過第二次篩選后點目標個數(shù)為f，1 < f < e ; 第三次篩選：在已篩選出的f個點目標中，某個點目標與其最臨近的點目標之間的距 離為山，若山滿足公式二，則通過第三次篩選：公式二中的Z為離焦量； 設通過以上三次篩選后剩余的點目標為獨立點目標，個數(shù)為M，1 < Μ < f ; 第三步，控制空間光調(diào)制器特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)入射光反射： 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，使不包括獨立點 目標的區(qū)域?qū)墓饩€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；只有獨立目標點發(fā)出的光線直接平面反射； 利用調(diào)整好的天文目標成像系統(tǒng)進行下面的多幅圖像采集和篩選； 第四步，計算各個獨立點目標對應的離焦圖像均勻度指數(shù)； 令離焦相機（5)和在焦相機（6)同步工作，假設分別采集了 p幅圖像，離焦相機（5)采 集的圖像序列為生焦相機（6)采集的圖像序列為If_ s對于Iunf_s序列中的其中一幅離焦圖像I kunf_s，1 = k = p，設該圖像中第i個獨立 點目標4在離焦相機（5)感光面上對應配準點的坐標為（χ1"1)」彡i彡M;獨立點目 標考對應于XOJ坐標系中的滿足公式四的像素點（a^bj)共有N個，像素點的灰度值為計算獨立點目標#對應的圖像均勻度指數(shù):第五步，篩選出幸運圖像區(qū)域； 針對獨立點目標4，共有P個圖像均勻度指數(shù)/)，/,2 ,··· /f，假設該序列中值最小的元 素所對應的序號為q，1 f q f P ;對If_s序列中第q幀在焦圖像，假設在焦圖像上任意一 塊圖像區(qū)域內(nèi)的像素點（Xl，yi)若滿足公式六：則該圖像區(qū)域為獨立點目標4對應的幸運圖像區(qū)域；公式六中Η和W分別為離焦相機 傳感器的物理高度和寬度，C是人為設置的幸運圖像選擇半徑；對其它獨立點目標對應的 圖像實施相同操作，可同樣得到相應的幸運圖像區(qū)域； 第六步，對篩選出的所有圖像區(qū)域?qū)嵤┢唇樱? 建立一幅和在焦相機（6)所獲得的圖像相同尺寸的初始圖像，初始圖像中每個像元的 灰度值為零，然后分如下兩種情況處理： 情況一，若兩個不同的獨立點目標對應的幸運圖像區(qū)域之間無重疊，則上述幸運圖像 區(qū)域內(nèi)容的復制到初始圖像的對應位置； 情況二，若兩個不同的獨立點目標對應的幸運圖像區(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幸運圖像區(qū)域拼接在一起，并復制到初始圖像的對應位置； 經(jīng)過上述處理后得到的初始圖像即為成像結果。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種天文目標成像系統(tǒng)。技術方案包括望遠鏡物鏡，寬譜偏振分光棱鏡，中央控制裝置，數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器，第一相機，第二相機，第一中繼鏡，第二中繼鏡，第三中繼鏡，第四中繼鏡，寬譜段1/4波片。第一中繼鏡位于望遠鏡物鏡與寬譜偏振分光棱鏡之間；第二中繼鏡位于寬譜偏振分光棱鏡與第二相機之間；第三中繼鏡位于寬譜偏振分光棱鏡與數(shù)字微反射器件式空間光調(diào)制器之間；第四中繼鏡位于寬譜偏振分光棱鏡與第一相機之間。寬譜段1/4波片位于寬譜偏振分光棱鏡與第三中繼鏡之間。第一中繼鏡、第二中繼鏡、第三中繼鏡、第四中繼鏡分別正對寬譜偏振分光棱鏡的四個可用的表面擺放。本發(fā)明能夠得到大視場天文目標的清晰成像。
【IPC分類】G02B23/12
【公開號】CN105278093
【申請?zhí)枴緾N201510641926
【發(fā)明人】張文靜, 張煊喆, 劉澤金, 曹毓, 寧禹
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月30日