一种用于天文目标成像的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天文目标成像技术领域，设及一种天文目标清晰成像方法与系统，进 一步是设及一种通过评价点目标的离焦图像质量来实现天文目标清晰成像的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 目前用于天文目标成像的方法主要有Ξ种，分别是自适应光学方法、图像退卷积 方法和幸运成像方法。自适应光学方法成本高昂且只能在小视场范围内起作用。图像退卷 积方法较为耗时且对成像质量的改善也较有限。幸运成像的方法通过对目标的长时间拍 摄，从图像序列中筛选出成像优良者予W叠加从而获得天文目标的清晰成像，该方法实现 简单、成本低廉，已被广泛采用。
[0003] 为筛选出像质优良的图像，幸运成像方法需要相应的图像质量评价手段，常见的 有斯特列尔比法和灰度梯度评价法，斯特列尔比法通过计算图像中点目标的能量集中度来 评价成像质量。然而图像质量的优劣是与大气端流的强度相关的，点目标的能量集中度运 一指标无法精确描述大气端流的强度，因此用于评价图像质量时不恰当。灰度梯度评价法 通过计算图像中目标轮廓对比度来评价成像质量，该方法应用于扩展的天文目标时，因为 图像中包含很多个等晕区，每个等晕区的成像质量独立变化，会导致整幅清晰图像出现的 概率很低，从而使选取的图像存在局部区域模糊严重的问题。
[0004] 大气端流的机理复杂，会使目标发出的光场受到随机干扰。传统的成像手段通过 目标扰动光场进行相互叠加获得成像结果，该过程没有利用大气扰动信息，从图像中无法 重建出真实的光场分布。因此在不利用导星辅助成像的情况下，直接从目标图像中难W判 断其成像是否受到大气干扰，或者干扰的程度是多少。
【发明内容】
阳〇化]发明要解决的技术问题是：本发明基于一种新的天文目标成像系统，提供一种新 的天文目标成像方法，该方法通过评价一个或多个独立点目标的离焦图像的均匀度来实现 幸运图像区域的选取，将不同幸运图像区域拼接得到大视场天文目标的清晰成像。
[0006] 本发明的技术方案一是：
[0007] 一种天文目标成像系统，包括望远镜物镜（1)，宽谱偏振分光棱镜（2)，中央控制 装置（3)，数字微反射器件值igitalMicroDevice,DMD)式空间光调制器（4)，第一相机 巧），第二相机化），第一中继镜（7)，第二中继镜（8)，第Ξ中继镜巧），第四中继镜（10)，宽 谱段1/4波片（11)，其特征在于：第一中继镜（7)位于望远镜物镜（1)与宽谱偏振分光棱 镜（2)之间，其焦平面所在位置
[0008] 与望远镜物镜（1)焦平面所在位置重合；第二中继镜（8)位于宽谱偏振分光棱镜 (2)与第二相机（6)之间，其焦平面所在位置与第二相机化）的感光面所在位置重合；第 Ξ中继镜（9)位于宽谱偏振分光棱镜（2)与数字微反射器件式空间光调制器（4)之间，其 焦平面所在位置与数字微反射器件式空间光调制器（4)感光面所在位置重合；第四中继镜 (10)位于宽谱偏振分光棱镜（2)与第一相机（5)之间，其焦平面所在位置与第一相机巧） 的感光面所在位置错开一定距离，该距离称为离焦量，焦平面在第一相机（5)感光面的前 方和后方均可。宽谱段1/4波片（11)位于宽谱偏振分光棱镜（2)与第Ξ中继镜（9)之间。 第一中继镜（7)、第二中继镜（8)、第Ξ中继镜巧）、第四中继镜（10)分别正对宽谱偏振分光 棱镜（2)的四个可用的表面摆放，四个中继镜的主轴均垂直于宽谱偏振分光棱镜（2)的相 应正方形表面且通过正方形表面的中点。中央控制装置（3)分别与第一相机巧）、第二相机 (6)W及数字微反射器件式空间光调制器（4)电连接。
[0009] 为了表述更为直观，下文将第一相机（5)称为离焦相机巧），第二相机（6)称为在 焦相机化）。
[0010] 本发明的技术方案二是：
[0011] 一种天文目标成像方法，利用技术方案一提供的天文目标成像系统，具体包括下 述步骤：
[0012] 第一步，设置成像坐标系：
[0013] 在数字微反射器件式空间光调制器（4)的感光面上建立U0V坐标系，其中U0V坐 标系原点0位于感光面的中屯、，U轴和V轴分别平行于感光面的水平边缘和垂直边缘。在 离焦相机巧）的感光面上建立Χ〇ιΥ坐标系，其中Χ〇ιΥ坐标系原点〇1位于感光面的中屯、，X 轴和Υ轴分别平行于感光面的水平边缘和垂直边缘。在焦相机化）的感光面上建立Χι〇2Υι 坐标系，其中Χι〇2Υι坐标系原点02位于感光面的中屯、，X1轴和Υ1轴分别平行于感光面的水 平边缘和垂直边缘。
[0014] 第二步，选择出适合用于离焦光场评价的独立点目标。
[0015] 利用在焦相机（6)进行连续的图像采集获得天文目标图像，若某幅天文目标图像 中至少存在两个点目标通过下面的Ξ次筛选，则停止图像采集：
[0016] 第一次筛选：选择亮度足够强的点目标。亮度足够强的点目标是指该点目标在 离焦相机（5)所采集的对应图像中像素平均灰度值大于设定的阔值，根据实际情况设置阔 值，通常设置阔值为10。假设满足该筛选条件的点目标个数为e(e>2)。
[0017] 第二次筛选：在已筛选出的e个点目标中，假设其中某一个点目标与其最临近的 点目标之间的距离为d，若d满足公式一，则通过第二次筛选： 阳0化]
(公式一）
[0019] 公式一中F为望远镜物镜（1)的焦距，D为望远镜物镜（1) 口径，λme。。为观测目 标的光谱福射平均波长。
[0020] 假设经过第二次筛选后点目标个数为f(1《f《e)。
[0021] 第Ξ次筛选：在已筛选出的f个点目标中，某个点目标与其最临近的点目标之间 的距离为di，若di满足公式二，则通过第Ξ次筛选：
[0022]
(公式二）
[0023] 公式二中的Z为离焦量。
[0024] 设通过W上Ξ次筛选后剩余的点目标为独立点目标，个数为M(1f)。
[0025] 第Ξ步，控制空间光调制器特定区域实现入射光反射。
[00%] 调整数字微反射器件式空间光调制器（4)的微小反射镜的倾斜角度，使不包括独 立点目标的区域对应的光线经数字微反射器件式空间光调制器（4)的反射后发生偏转而 损失掉。只有独立目标点发出的光线直接平面反射，反射光由于两次经过了宽谱1/4波片， 因此偏振态发生了 90度偏转，随后该光线在经过宽谱偏振分光棱镜（2)时传播方向产生 90°的折转，最终进入离焦相机（5)用于成像。
[0027] 经过上述步骤，天文目标成像系统的状态调整完成，利用调整好的天文目标成像 系统进行下面的多幅图像采集和筛选。
[002引第四步，计算各个独立点目标对应的离焦图像均匀度指数。
[0029]令离焦相机（5)和在焦相机化）同步工作，假设分别采集了P幅图像，离焦相机 妨义集的图像序列为Iimfecus二ΠlutifDcus，I2utifDcus，…iPutifDcus}，在焦相机做义集的图像序列 为Ifocus -{Ifocus)Ifocus)…Ifocus}。
[0030]对于lunhcu庶列中的其中一幅离焦图像ILhcusQ兰k兰p)，设该图像中第i个 独立点目标,<^</：^的在离焦相机（5)感光面上对应配准点的坐标为^1，/)，独立点目 标省对应于Χ〇ιΥ坐标系中的满足公式四的像素点（a,，b,)共有N个，像素点的灰度值为 Kj，1《j《N : 阳〇3U
:公式四） 阳〇巧计算独立点目标少应的图像均匀度指数: 阳〇3引
（公式五）
[0034] 第五步，筛选出幸运图像区域。
[00对针对独立点目标共有P个图像均匀度指数I)，皆，假设该 序列中值最小的元素所对应的序号为q(l^q^巧。对序列中第q帖在焦图像，假设 在焦图像上任意一块图像区域内的像素点（XI，yi)若满足公式六：
阳03引则该图像区域为独立点目标Ai(1《i《M)对应的幸运图像区域。公式六中Η和W分别为离焦相机传感器的物理高度和宽度，C是人为设置的幸运图像选择半径。对其它独 立点目标对应的图像实施相同操作，可同样得到相应的幸运图像区域。
[0039] 第六步，对筛选出的所有图像区域实施拼接。 W40] 建立一幅和在焦相机（6)所获得的图像相同尺寸的初始图像，初始图像中每个像 元的灰度值为零，然后分如下两种情况处理：
[0041] 情况一，若两个不同的独立点目标对应的幸运图像区域之间无重叠，则上述幸运 图像区域内容的复制到初始图像的对应位置。
[0042] 情况二，若两个不同的独立点目标对应的幸运图像区域之间存在重叠，则使用基 于互信息的图像拼接方法将两个幸运图像区域拼接在一起，并复制到初始图像的对应位 置。
[0043] 经过上述处理后得到的初始图像即为成像结果。
[0044] 本发明的有益效果是：使用一种全新的独立点目标光场评价方法取代传统的图像 灰度评价法，同时结合硬件上的多个独立点目标光场的同时获取，达到对天文扩展目标多 区域清晰成像的目的。本发明不但显著提高了获得幸运图像的概率，而且使得获取的目标 图像清晰度更高。
【附图说明】
[0045] 图1为本发明提供的天文目标成像系统原理示意图；
[0046] 图2为具体实施流程图；
[0047] 图3为实验中两个不同时刻获取的点目标离焦图像； W4引图4为图3对应的两个时刻点目标的在焦图像。
【具体实施方式】 W例 W下将结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。
[0050] 图1中，焦距相同的中继镜7、8、9、10的焦比应大于望远镜物镜1的焦比。宽谱偏 振分光棱镜2的光波段可根据目标福射特性（如可见光波段或红外波段