[發明專利]基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機

在審

• 申請號: 202110585908.3
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113393380A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 單秋莎;周亮;劉朝暉;黃靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

1.一種基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：包括成像鏡頭、探測器和數據處理模塊；

所述成像鏡頭為大F數、大Q值成像鏡頭，F數＞20，Q值＞1.5，用于采集被測目標的成像光；所述成像鏡頭包括主反射鏡、次反射鏡和校正鏡組；所述主反射鏡為拋物面反射鏡，所述次反射鏡為雙曲面反射鏡，所述校正鏡組包括第一光學玻璃、第二光學玻璃、第三光學玻璃和第四光學玻璃，所述第一光學玻璃為負光焦度彎向像面的彎月重火石玻璃，所述第二光學玻璃為正光焦度雙凸的重火石玻璃，所述第三光學玻璃為負光焦度雙凹的鑭火石玻璃，所述第三光學玻璃為正光焦度彎向物面的彎月輕冕玻璃；

所述探測器為低噪聲探測器，用于將成像鏡頭采集的成像光轉化為圖像；

所述數據處理模塊包括計算機程序，計算機程序被執行時實現像素編碼算法，利用像素編碼算法進行衍射實時校正以獲取高分辨率圖像；

所述像素編碼算法包括以下步驟：

步驟一、利用成像鏡頭拍攝的多幅星點圖像得到其對應中心點X、Y兩方向的灰度分布曲線，對多條灰度分布曲線進行有理函數擬合分別得到成像鏡頭X、Y方向的一維點擴散函數，再利用X、Y方向的一維點擴散函數構建成像鏡頭的二維點擴散函數；

步驟二、利用步驟一獲得的二維點擴散函數PSF，在空域中構建編碼的塊循環矩陣H_e，根據矩陣定理求出循環矩陣相對應的逆矩陣即為成像鏡頭的編碼矩陣；

步驟三、圖像讀出解碼；

3.1)成像鏡頭對被測目標進行拍攝得到目標圖像，目標圖像在探測器上以矩陣形式呈現，然后將探測器上以矩陣形式呈現的目標圖像按行順序讀出，得到目標圖像的目標像向量g_e；

3.2)將目標像向量g_e與逆矩陣相乘，得到經校正處理后的目標復原圖像向量再將該目標復原圖像向量重組為矩陣，實現對相機圖像的解碼，從而得到高分辨率的目標圖像。

2.根據權利要求1所述的基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：步驟3.1)中，成像鏡頭對被測目標進行拍攝得到目標圖像，隨后將目標圖像按m×n大小進行分區域處理，獲得多個子區域圖像，然后將低噪聲探測器上以矩陣形式呈現的子區域圖像按行順序讀出，得到子區域圖像的目標像向量g_e；

3.2)將子區域圖像的目標像向量g_e與逆矩陣相乘，得到經校正處理后子區域圖像的目標復原圖像向量再將該目標復原圖像向量重組為矩陣，實現對子區域圖像的解碼，將各子區域圖像按照已知的順序進行組合，得到高分辨率的目標圖像。

3.根據權利要求2所述的基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：所述低噪聲探測器為CCD探測器。

4.根據權利要求1或2歐3所述的基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：所述成像鏡頭的焦距為9000mm，F數為25，視場角為0.28°，可見光波段的波長為450nm～750nm。

5.根據權利要求4所述的基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：所述主反射鏡、次反射鏡的焦距為4000mm，校正鏡組放大率為2.25倍，系統遮攔比＜30％。

6.根據權利要求5或所述的基于像素編碼的大F數衍射實時校正的高分辨成像相機，其特征在于：所述主反射鏡的曲率半徑為-1355.2，所述次反射鏡的曲率半徑為-317.7，所述第一光學玻璃兩個球面的曲率半徑為682.3和65.67，所述第二光學玻璃兩個球面的曲率半徑為74.38和-116.68，所述第三光學玻璃兩個球面的曲率半徑為-66.53和69.36，所述第四光學玻璃兩個球面的曲率半徑為-150.66和-62.37。