[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

本發明涉及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，屬于天文測量與光學成像技術領域，該方法以瞬時短曝光斑點圖與平均短曝光像的頻譜比值作為焦點評價依據，利用聚焦勻速掃描方式作為探測手段，定量地給出了焦點評價函數與離焦距離變化趨勢，通過對變化趨勢的曲線擬合，尋找出焦點評價函數最大值對應的最佳焦點位置。該方法的優勢在于：可在不需要增加額外探測設備的前提下，適用于所有望遠鏡的焦點探測，解決了現有地基望遠鏡焦點探測技術的難點，通過利用頻譜比值消除了平均大氣湍流和目標信息對望遠鏡離焦像差探測的影響，為地基望遠鏡提供了高精度的焦點探測方法及離焦像差實時監測手段。

技術領域

本發明屬于天文測量與光學成像技術領域，具體涉及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。

背景技術

大氣湍流引起的動態波前畸變和望遠鏡的自身靜態像差是影響望遠鏡成像質量的主要因素，其中望遠鏡的靜態像差取決于主鏡、副鏡等主要成像元件的加工精度和安裝精度，通常安裝好的望遠鏡的成像質量是相對穩定的，但在望遠鏡運行過程中，由于探測器的安裝位置、環境溫度等因素的變化都會導致望遠鏡的焦點發生變化產生離焦像差，該像差嚴重地影響了望遠鏡成像質量，因此為了讓望遠鏡工作在最佳狀態，高精度的焦點探測則成為了保證望遠鏡獲得高空間分辨率成像質量的關鍵。

從大氣—望遠鏡綜合系統成像模型來看，望遠鏡的離焦像差和大氣湍流產生的隨機波前畸變都可以歸結為對望遠鏡光瞳上波前相位的調制，而僅從圖像上是無法區分開望遠鏡離焦像差和大氣湍流分別導致的像質模糊，因此如何消除大氣湍流的影響，則成為了地基望遠鏡焦點探測必然面臨的困難所在。

由于目標信息和大氣湍流的影響，使得目前常用的基于圖像的清晰度信息判斷焦點的圖像處理方法(聚焦深度法和離焦深度法)并不適用于地基望遠鏡焦點探測；而對于波前探測來說，大氣湍流引起的動態擾動是一個瞬時變化的零均值高斯隨機過程，而望遠鏡的離焦像差則是靜態的或者緩慢變化的，因此利用波前探測可以恢復出望遠鏡光瞳上各個時刻的瞬時波前相位分布，通過系綜平均便可分離出望遠鏡的離焦像差，盡管波前探測法可以有效消除湍流大氣和目標信息的干擾，但是波前探測法需要專門的探測設備和附加的光學系統，并且探測精度易受大氣視寧度和信噪比的影響。因此如何克服現有技術的不足是目前天文測量與光學成像技術領域亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供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，該方法可以有效消除湍流大氣和觀測目標信息對地基望遠鏡離焦像差探測的干擾，實現地基望遠鏡離焦像差的高精度探測。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

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，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Δd∈[d₁＝-2λ×8×(F/D)²，d₂＝+2λ×8×(F/D)²]

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，因此掃描時間越短越好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)；