[發明專利]一種基于波前編碼的鈍化共形光學系統像差的方法

有效

• 申請號: 201610702182.6
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106324832B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 于佳倩;陳守謙;范志剛;黨凡陽;包春慧;陳超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種基于波前編碼的鈍化共形像差的方法，所述方法步驟如下：在共形光學系統的光闌處加入奇對稱相位掩模板，對光學系統的波前進行調制，在探測器上形成編碼圖像，通過數字濾波手段對編碼圖像進行圖像解碼處理，得到最終的清晰圖像。波前編碼技術的引入可以在保證共形光學系統的光通量和成像分辨率的情況下，實現更大的焦深的目的，同時還可以抑制了像散、球差、色差以及由安裝誤差和溫度變化引起的離焦帶來的像差。本發明操作簡單，可以在不增加共形光學系統復雜度的情況下鈍化像差、提高像質，從而提高導引頭的捕獲性能和跟蹤精度。

技術領域

本發明涉及一種利用計算光學的方法來校正共形光學系統像差的方法，尤其涉及一種利用波前編碼成像技術來校正共形光學系統像差的方法。

背景技術

共形整流罩具有優異的氣動外形，雖然可以改善導彈的氣動性能，但是是以犧牲光學導引頭成像質量為代價的。像質的好壞直接關系到導引頭的捕獲性能與跟蹤精度。由于共形整流罩在不同的目標視場下，系統失去旋轉對稱性，從而引入了大量的隨著目標視場變化的動態像差，必須引入像差補償機構改善像質，光學像差的校正問題亟待解決。

而傳統的校正共形光學系統像差的方法又有著各自的局限性：固定像差校正器對于大口徑、大視場的共形光學系統像差校正效果不理想；動態像差校正器引入了附加的機械和電子元件，致使導引頭重量增加、體積增大、系統結構復雜、工作穩定性下降。

發明內容

本發明針對現有的校正共形光學系統像差方法的不足，提供了一種基于波前編碼的鈍化共形光學系統像差的方法，引入像差補償機構鈍化共形光學系統動態像差，改善像質，從而提高導引頭的捕獲性能和跟蹤精度。波前編碼光學系統原理圖及MTF比較如圖1所示。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于波前編碼的鈍化共形像差的方法，包括如下步驟：

在共形光學系統的光闌處加入奇對稱相位掩模板，對光學系統的波前進行調制，在探測器上形成編碼圖像，通過數字濾波手段對編碼圖像進行圖像解碼處理，得到最終的清晰圖像。

本發明在共形光學系統的光闌處加入奇對稱相位掩模板，對光學系統的波前進行調制，使得各個視場的成像質量趨于一致，其光學傳遞函數(OTF)或者點擴散函數(PSF)基本保持不變，從而在探測器上形成差異極小的模糊的中間成像，并且這些中間圖像可以通過數字濾波的手段復原成清晰的最終成像(解碼過程包括逆濾波、維納濾波等技術，不影響本發明的最終結果)。

本發明具有如下優點：

1、波前編碼(WFC)技術的引入可以在保證共形光學系統的光通量和成像分辨率的情況下，實現更大的焦深的目的，同時還可以抑制了像散、球差、色差以及由安裝誤差和溫度變化引起的離焦帶來的像差。

2、在共形光學系統加入相位掩模板后，光學成像部分的點擴散函數(PSF)增大，使得能量分布較為分散，用CCD接受中間圖像時不易發生飽和現象，有利于測量。

3、操作簡單(僅僅是在光學系統光闌處放置一個純相位掩模板)，可以在不增加共形光學系統復雜度的情況下鈍化像差、提高像質，從而提高導引頭的捕獲性能和跟蹤精度。

附圖說明

圖1為波前編碼光學系統原理圖及MTF比較，(a)成像過程，(b)MTF比較；

圖2為共形光學系統結構圖(視角：左0°右30°)；

圖3為共形光學系統MTF(視角：左0°右30°)；

圖4為共形光學系統PSF(視角：左0°右30°)；

圖5為加入CPM后的共形光學系統MTF(視角：左0°右30°)；

圖6為加入CPM后的共形光學系統PSF(視角：左0°右30°)。