[發明專利]基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法

有效

• 申請號: 201610003279.8
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105651491B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 楊磊;方玉亮;金振宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 金耀生

1.一種基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)，確定掃描范圍：

在望遠鏡理論焦點位置安裝一臺快速讀出CCD或CMOS相機，通過望遠鏡自動調焦系統或電動位移臺使相機沿光軸方向進行聚焦勻速掃描，掃描范圍由離焦距離d與離焦像差Δ的關系式(6)式求得；

式(6)中，F/D是望遠鏡的成像焦比；

假定掃描過程中離焦像差變化范圍Δ∈[-2λ，+2λ]，其中λ為觀測波段的中心波長，根據公式(6)可求得對應的掃描范圍

步驟(2)，確定掃描時間：

整個掃描過程應在觀測目標無變化的時間內完成，但由于離焦像差測量精度Δl和相機讀出速度N_R限制，掃描時間s可由公式(7)求出：

s＝l/(Δl×N_R) 式(7)；

式(7)中，l為掃描范圍對應的距離；

步驟(3)，聚焦勻速掃描：

按照步驟(2)確定的掃描時間，在觀測目標無變化的時間內，利用望遠鏡自動調焦系統或電動位移臺使相機在步驟(1)確定的掃描范圍內進行聚焦勻速掃描，在掃描的同時通過快速讀出CCD或CMOS相機獲取觀測目標短曝光斑點圖；

步驟(4)，計算不同掃描位置對應的焦點探測評價函數ImageQ值：

首先對獲取的短曝光斑點圖進行平場和暗場預處理以消除呆象元、圖像污點和響應不均勻性；然后對預處理后的短曝光斑點圖進行相關位移疊加，獲得平均短曝光像，并按照公式(2)計算頻譜比值；最后根據公式(3)～(5)求出各掃描位置對應的焦點探測評價函數ImageQ值；

頻譜比值：

公式(2)中，FSR(u，v)為頻譜比值；OTF_t(u，v)為大氣——望遠鏡綜合光學傳遞函數；<OTF_t(u，v)>為平均綜合光學傳遞函數；

焦點探測評價函數ImageQ值計算公式：

ImageQ＝FSR_abs*FSR_angle 式(3)；

其中，abs(…)表示取模操作，angle(…)表示取相位操作；公式(4)是極坐標下的積分表示形式，ρ代表徑向積分區域，ρ₁代表積分頻率環的內徑，ρ₂代表積分頻率環的外徑；公式(5)中的||...||表示Frobenius范數或L₂范數，其定義為

步驟(5)，確定最佳焦點位置：

繪制ImageQ值與掃描位置的關系曲線圖，對該曲線進行高斯擬合，通過尋找擬合曲線峰值對應的掃描位置，即可確定出望遠鏡的最佳焦點位置。

2.根據權利要求1所述的基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法，其特征在于：步驟(3)中掃描的同時通過快速讀出CCD或CMOS相機獲取數量≥100張的觀測目標短曝光斑點圖。

3.根據權利要求1所述的基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法，其特征在于：步驟(4)所述的徑向積分區域可選取為望遠鏡截止頻域內的整個區域，也可選取與獲取的短曝光斑點圖平均視寧度r₀有關的局部區域。

4.根據權利要求1所述的基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法，其特征在于：對于大視場面源目標，在計算不同掃描位置對應的焦點探測評價函數ImageQ值時，需要先將整幅圖像按照等暈區大小進行分塊處理，分別計算各子塊的ImageQ值，最后再將相同掃描位置的各子塊ImageQ值統計平均，求得整幅圖像在該掃描位置對應的焦點評價函數ImageQ值。

5.根據權利要求1所述的基于短曝光斑點圖頻譜比值的地基望遠鏡焦點探測方法，其特征在于：在同樣的掃描區域，以相同的掃描速度，重復步驟(3)和步驟(4)，按照掃描位置按照掃描位置對得到的多組ImageQ值進行統計平均求得各掃描位置對應的最終焦點探測評價函數ImageQ值。