）选择。宽谱偏振 分光棱镜2的尺寸应满足由中继透镜1出射的光线全部能射入，中继镜7、8、9、10应该尽可 能的靠近宽谱偏振分光棱镜2安装，W降低成像的渐晕效应。图中在焦相机6和离焦相机 5向中央控制装置3发送图像数据。中央控制装置3分别通过控制信号线向在焦相机6和 离焦相机5发送图像采集控制信号；中央控制装置3通过控制信号线向数字微反射器件式 空间光调制器4发送控制信号，控制空间光调制器4特定区域的偏振态。离焦相机5感光 面的离焦量的设置依据如下：设大气端流相干长度（即化eid常数）为丫。，则离焦量Z应 满足如下公式：
[00川
（公式屯）
[0052] 公式屯中Z可W为正数或负数，正数表明相机向远离望远镜物镜1的方向离焦，负 数表明相机向靠近望远镜物镜1的方向离焦。本发明设及的望远镜物镜1W折射式望远镜 物镜为最佳。本发明设及的相机采用工业相机。本发明设及的中央控制装置3采用通用计 算机或专用的控制器（如采用DSP或FPGA实现）均可。
[0053] 对本发明技术方案二的某些步骤进行详细解释。
[0054] 第二步，选择出适合用于离焦光场评价的独立点目标。本步骤中，在焦相机6单独 的连续工作，采集多帖图像，直到图像中出现适合用于离焦光场评价的独立点目标时才停 止采集图像。选择出的独立点目标数量视大气端流强度和具体的天文目标特性决定。本步 骤的第二条件中"最临近的目标"指的可W是点目标也可W是扩展目标。
[0055] 第Ξ步，控制空间光调制器特定区域实现入射光反射。在实施本步骤的过程中，在 焦相机6和离焦相机5是通常不工作的，它们并不需要采集图像。数字微反射器件式空间 光调制器4的特定区域一旦选定且实现了偏振态偏置，则在焦相机6和离焦相机5开始工 作，进行图像采集。
[0056] 第屯步，对筛选出的所有图像区域实施拼接。本步骤采用的基于互信息的图像拼 接方法是公知方法和手段，方法的具体流程和相关详细介绍参见文献（周虎，杨建国，李舊 智.基于互信息测度的平面图像拼接及其测量技术，东华大学学报自然科学版，2011年第6 期）。
[0057] 为了证明本发明方法的可行性，我们开展了仿真实验。仿真实验中，天文目标成 像系统的望远镜物镜1的口径为80mm，焦距为480mm，使用的中继透镜7、8、9、10的直径为 25. 4mm，焦距为50mm，离焦相机5和在焦相机6选择了Thorl油S公司的黑白工业相机，二者 通过硬件连接实现了同步触发工作的功能。仿真实验中使用一台研华公司生产的工控计算 机作为中央控制装置3。为了方便而清楚地证明实验结果，利用系统对距离约700m的一个 点目标成像，图3的左图和右图是仿真实验中由离焦相机5在两个不同时刻采集到的该点 目标的离焦图像。从图中对比可发现：在不同的时刻，由于大气端流的程度不同，点目标的 离焦图像均匀度也不一样。图4为图3所获得图像对应时刻条件下由在焦相机6采集到的 目标在焦图像，（左图对左图，右图对右图）图中可见，当离焦图像均匀度较好时，对应的在 焦图像的成像质量明显较好，上述实验说明离焦图像的均匀度反映出图像受端流影响的程 度，离焦图像中均匀度指数最高的图像对应着受端流影响最小的在焦图像，从而说明利用 离焦图像的均匀度指标可W判断大气端流对成像的影响程度，并可根据该判断标准筛选出 成像质量最好的在焦图像。因此本实验为本发明的方法可行性提供支撑。
【主权项】
1. 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)、数字微反射器件式空间光调制器（4)、第一相机（5)、第二相机（6)、第一中继镜（7)、 第二中继镜（8)、第三中继镜（9)、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（6)的感光面所在位置重合；第三中继镜（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（5)的感光面所在位 置错开一定距离，该距离称为离焦量；宽谱段1/4波片（11)位于宽谱偏振分光棱镜（2)与 第三中继镜（9)之间；第一中继镜（7)、第二中继镜（8)、第三中继镜（9)、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（5)、第二相机（6)以及数字微反射器件式空间光调制器（4)电连接。2. -种天文目标成像方法，利用权利要求1提供的天文目标成像系统，具体包括下述 步骤： 第一步，设置成像坐标系： 在数字微反射器件式空间光调制器（4)的感光面上建立UOV坐标系，其中UOV坐标系 原点0位于感光面的中心，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（5)的感光面上建立XOJ坐标系，其中XOJ坐标系原点(^位于感光面的中心，X轴和Y 轴分别平行于感光面的水平边缘和垂直边缘；在焦相机（6)的感光面上建立XiOJi坐标系， 其中XAI坐标系原点02位于感光面的中心，X i轴和Y i轴分别平行于感光面的水平边缘和 垂直边缘； 第二步，选择出适合用于离焦光场评价的独立点目标： 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三次筛选，则停止图像采集： 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阈值，根据实际情况设置阈值；假 设满足该筛选条件的点目标个数为e，e多2 ; 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：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，λ_η为观测目标的 光谱辐射平均波长； 假设经过第二次筛选后点目标个数为f，1 < f < e ; 第三次筛选：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 离为山，若山满足公式二，则通过第三次筛选：公式二中的Z为离焦量； 设通过以上三次筛选后剩余的点目标为独立点目标，个数为M，1 < Μ < f ; 第三步，控制空间光调制器特定区域实现入射光反射： 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； 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； 第四步，计算各个独立点目标对应的离焦图像均匀度指数； 令离焦相机（5)和在焦相机（6)同步工作，假设分别采集了 p幅图像，离焦相机（5)采 集的图像序列为生焦相机（6)采集的图像序列为If_ s对于Iunf_s序列中的其中一幅离焦图像I kunf_s，1 = k = p，设该图像中第i个独立 点目标4在离焦相机（5)感光面上对应配准点的坐标为（χ1"1)」彡i彡M;独立点目 标考对应于XOJ坐标系中的满足公式四的像素点（a^bj)共有N个，像素点的灰度值为计算独立点目标#对应的图像均匀度指数:第五步，筛选出幸运图像区域； 针对独立点目标4，共有P个图像均匀度指数/)，/,2 ,··· /f，假设该序列中值最小的元 素所对应的序号为q，1 f q f P ;对If_s序列中第q帧在焦图像，假设在焦图像上任意一 块图像区域内的像素点（Xl，yi)若满足公式六：则该图像区域为独立点目标4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； 第六步，对筛选出的所有图像区域实施拼接； 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： 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； 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； 经过上述处理后得到的初始图像即为成像结果。
【专利摘要】本发明提供一种天文目标成像系统。技术方案包括望远镜物镜，宽谱偏振分光棱镜，中央控制装置，数字微反射器件式空间光调制器，第一相机，第二相机，第一中继镜，第二中继镜，第三中继镜，第四中继镜，宽谱段1/4波片。第一中继镜位于望远镜物镜与宽谱偏振分光棱镜之间；第二中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与第二相机之间；第三中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与数字微反射器件式空间光调制器之间；第四中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与第一相机之间。宽谱段1/4波片位于宽谱偏振分光棱镜与第三中继镜之间。第一中继镜、第二中继镜、第三中继镜、第四中继镜分别正对宽谱偏振分光棱镜的四个可用的表面摆放。本发明能够得到大视场天文目标的清晰成像。
【IPC分类】G02B23/12
【公开号】CN105278093
【申请号】CN201510641926
【发明人】张文静, 张煊喆, 刘泽金, 曹毓, 宁禹
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月30日