[發(fā)明專(zhuān)利]一種稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)Piston誤差的檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611009172.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106596056B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范君柳;吳泉英;陳寶華;陳芒保;王軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)Piston誤差的檢測(cè)方法。它是基于相位差異法對(duì)稀疏孔徑的Piston誤差進(jìn)行檢測(cè)。與傳統(tǒng)的相位差異法采用焦平面圖像和離焦圖像進(jìn)行處理不同，本發(fā)明技術(shù)方案采用的兩幅焦平面圖像之一為稀疏孔徑中某個(gè)子孔徑存在有已知Piston相位差的圖像，以這兩幅圖像構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，再通過(guò)最優(yōu)化算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算Piston誤差。與傳統(tǒng)的Piston誤差檢測(cè)方法相比，該方法在未增加任何硬件成本和操作難度的前提下，提高了高斯噪聲影響下的Piston誤差檢測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Piston誤差檢測(cè)的方法，具體涉及一種稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)的Piston誤差檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)是指由多個(gè)小孔徑光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的陣列，這些小孔徑光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)相位匹配和光路調(diào)整，使得通過(guò)各個(gè)子孔徑的光束在焦平面上實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的相干疊加。稀疏孔徑與通光口徑相當(dāng)?shù)膯我淮罂趶较到y(tǒng)相比，不但具有相同的衍射極限分辨率，而且還具有加工簡(jiǎn)單，容易檢測(cè)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了獲取高品質(zhì)的圖像，稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)(通常為反射式)在裝調(diào)時(shí)，各個(gè)子孔徑間的相對(duì)位置誤差特別是Piston誤差必須要得到嚴(yán)格控制(通常小于λ/20rms)，這對(duì)于目前的檢測(cè)和裝調(diào)技術(shù)而言難度較大；此外，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)周?chē)沫h(huán)境如溫度和重力等因素也會(huì)導(dǎo)致子孔徑Piston誤差的產(chǎn)生，因此需要一種精確、高效的波前檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)此類(lèi)誤差并予以校正。

對(duì)于稀疏孔徑這類(lèi)不連續(xù)表面的光學(xué)系統(tǒng)，Piston誤差檢測(cè)方法主要為基于后期圖像處理的相位恢復(fù)、相位差異等方法。而相位差異法相比于相位恢復(fù)法由于能適用于拓展目標(biāo)物，因此應(yīng)用更為廣泛，其基本原理是通過(guò)系統(tǒng)采集目標(biāo)物的一幅焦平面圖像和一幅離焦量已知的離焦圖像，根據(jù)這兩幅圖像構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，再采用最優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)求極值。但是由于相位恢復(fù)、相位差異等方法計(jì)算處理的對(duì)象—圖像，在獲取過(guò)程中易受高斯噪聲的影響，因此，Piston誤差的計(jì)算值往往會(huì)偏離實(shí)際值，高斯噪聲強(qiáng)度越大，這種偏差也越大；

文獻(xiàn)“基于遺傳算法的相位差法對(duì)綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡的Piston誤差進(jìn)行檢測(cè)”([J]天文研究與技術(shù)，2011,8(4)：369-373)公開(kāi)了一種利用離焦相位差法測(cè)量稀疏孔徑子孔徑Piston誤差的方法，該方法中離焦圖像的離焦量選取為1個(gè)波長(zhǎng)，文獻(xiàn)最后對(duì)兩幅圖像都加上方差為1％的高斯隨機(jī)白高斯噪聲時(shí)，Piston誤差的計(jì)算精度明顯受到影響，而文獻(xiàn)中未提出解決該問(wèn)題的方法。實(shí)際上目前高斯噪聲對(duì)稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)Piston誤差檢測(cè)的影響尚未有好的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)是在檢測(cè)稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)的Piston誤差時(shí)所存在的不足，提供一種操作簡(jiǎn)單，且能有效提高在高斯噪聲影響下對(duì)稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)Piston誤差檢測(cè)精度的方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)Piston誤差的檢測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)通過(guò)稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物成像，在焦平面處獲得圖像g₁；沿著光軸方向移動(dòng)某個(gè)子孔徑距離z，再次通過(guò)稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)對(duì)同一目標(biāo)成像，在焦平面處獲得圖像g₂；

(2)根據(jù)傅里葉變換關(guān)系分別得到圖像g₁和g₂對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)S₁和S₂；

(3)依據(jù)圖像g₁和g₂以及光學(xué)傳遞函數(shù)S₁和S₂，采用相位差異法，建立目標(biāo)函數(shù)E；

(4)利用最優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)E求極值，得到稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)各子孔徑的Piston誤差

其中，N為稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)的子孔徑個(gè)數(shù)。