[發明專利]一種基于星像橢圓率模型的望遠鏡高效精準調焦方法

有效

• 申請號: 202110521795.0
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113253416B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 袁祥巖;李博;李正陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G02B7/28
• 分類號: G02B7/28;G02B23/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本發明公開了一種基于星像橢圓率模型的望遠鏡高效精準調焦方法。該方法涉及光學系統調焦領域，解決了調焦精度低、調整速度慢等問題。步驟如下：(1)以科學CCD實拍星圖為基礎；(2)扣除圖像背景噪聲；(2)使用主成分分析法恢復星像灰度分布；(3)利用星像橢圓率模型描述視場星像點擴散函數形態；(4)隨機生成望遠系統像面位置參數種子，代入光學系統模型中，計算系統評價函數，并通過智能優化算法迭代求得望遠鏡焦點位置與目前科學CCD位置差異值及方向；(5)指示電機調整科學CCD相機。

技術領域

本發明涉及望遠系統高效調焦的技術領域，特別涉及一種基于星像橢圓率模型的望遠鏡高效精準調焦方法。

背景技術

大型望遠鏡在觀測過程中，由于光學元件失調、重力變化、環境沖擊等因素，光學像質會產生退化，在較準光學像質前，準確定位光學焦點是首先要解決的問題。目前光學調焦已廣泛應用于航天、軍事等領域。

針對望遠鏡高效調焦問題，目前常用方法為：首先定義星點圖像特征，比如：圖像清晰度函數或星點尺寸；然后調整CCD相機逐步迭代逼近星點能量最高點或尺寸最小的點。此類方法需要利用CCD相機不斷跟蹤拍攝星圖，計算星點特征值，并且步長難以控制，時間成本較高而且精度難以保證。

發明內容

發明目的：鑒于以上問題，本發明提出一種基于星像橢圓率模型的望遠鏡高效精準調焦方法。該方法利用橢圓率模型對科學觀測星圖的視場星點PSF的測量，結合望遠鏡光學系統失焦調節仿真模擬過程，利用粒子群優化算法進行迭代求解，最終實現光學系統高精度焦點調整。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明是一種基于星像橢圓率模型的望遠鏡高效精準調焦方法，所述方法包括如下步驟：

步驟(1)拍攝天文圖像；

步驟(2)閾值法去噪；

步驟(3)提取高信噪比非飽和星點信號，并記錄星點灰度圖像以及質心坐標作為目標采樣數據；

步驟(4)利用主成分分析法對提取星點信號進行灰度分布還原；

步驟(5)利用橢圓率模型e1、e2、R分量對星點信號進行數值描述，作為目標函數；

步驟(6)隨機生成光學系統元件失焦參數種子，并將當前失焦參數種子輸入至當前失調望遠鏡光學系統的模型中，通過仿真獲取當前失焦狀態下步驟(3)中采樣星點所在視場的點擴散函數，利用步驟(5)方法，得到仿真條件下橢圓率e1、e2、R分量，作為測試函數；

步驟(7)根據所述實際所得目標函數與所述當前測試函數，計算當前優化評價函數值；

步驟(8)：判斷所述當前優化評價函數值是否大于等于預設優化評價閾值；

步驟(9)：若所述當前優化評價函數值小于所述預設優化評價閾值，則將所述當前測試失焦參數種子設為目標參數，根據所述目標參數對光學系統焦點進行調整。

進一步的，所述步驟(1)由科學CCD相機在望遠鏡觀測時攝取；

進一步的，所述步驟(2)采用雙峰閾值法進行去噪，可適當調低閾值，保證濾除大部分背景噪聲并保留星像全部信息；

進一步的，所述步驟(3)中盡量提取天文圖像中邊緣星像，易于算法判斷CCD調整方向，并且可在不同視場共提取三顆星點，可用于檢測CCD相機平面與焦面平行程度；

進一步的，所述步驟(5)橢圓率模型采用KSB+(Kaiser Squires Broadhurst)模型，該模型是為了研究弱引力透鏡效應而提出的。可應用該模型，用e1、e2、R三個參數描述單個星點的橢圓率。