一種用于天文目標成像的系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于天文目標成像技術領域，設及一種天文目標清晰成像方法與系統，進 一步是設及一種通過評價點目標的離焦圖像質量來實現天文目標清晰成像的方法和系統。
【背景技術】
[0002] 目前用于天文目標成像的方法主要有Ξ種，分別是自適應光學方法、圖像退卷積 方法和幸運成像方法。自適應光學方法成本高昂且只能在小視場范圍內起作用。圖像退卷 積方法較為耗時且對成像質量的改善也較有限。幸運成像的方法通過對目標的長時間拍 攝，從圖像序列中篩選出成像優良者予W疊加從而獲得天文目標的清晰成像，該方法實現 簡單、成本低廉，已被廣泛采用。
[0003] 為篩選出像質優良的圖像，幸運成像方法需要相應的圖像質量評價手段，常見的 有斯特列爾比法和灰度梯度評價法，斯特列爾比法通過計算圖像中點目標的能量集中度來 評價成像質量。然而圖像質量的優劣是與大氣端流的強度相關的，點目標的能量集中度運 一指標無法精確描述大氣端流的強度，因此用于評價圖像質量時不恰當。灰度梯度評價法 通過計算圖像中目標輪廓對比度來評價成像質量，該方法應用于擴展的天文目標時，因為 圖像中包含很多個等暈區，每個等暈區的成像質量獨立變化，會導致整幅清晰圖像出現的 概率很低，從而使選取的圖像存在局部區域模糊嚴重的問題。
[0004] 大氣端流的機理復雜，會使目標發出的光場受到隨機干擾。傳統的成像手段通過 目標擾動光場進行相互疊加獲得成像結果，該過程沒有利用大氣擾動信息，從圖像中無法 重建出真實的光場分布。因此在不利用導星輔助成像的情況下，直接從目標圖像中難W判 斷其成像是否受到大氣干擾，或者干擾的程度是多少。
【發明內容】
陽〇化]發明要解決的技術問題是：本發明基于一種新的天文目標成像系統，提供一種新 的天文目標成像方法，該方法通過評價一個或多個獨立點目標的離焦圖像的均勻度來實現 幸運圖像區域的選取，將不同幸運圖像區域拼接得到大視場天文目標的清晰成像。
[0006] 本發明的技術方案一是：
[0007] 一種天文目標成像系統，包括望遠鏡物鏡（1)，寬譜偏振分光棱鏡（2)，中央控制 裝置（3)，數字微反射器件值igitalMicroDevice,DMD)式空間光調制器（4)，第一相機 巧），第二相機化），第一中繼鏡（7)，第二中繼鏡（8)，第Ξ中繼鏡巧），第四中繼鏡（10)，寬 譜段1/4波片（11)，其特征在于：第一中繼鏡（7)位于望遠鏡物鏡（1)與寬譜偏振分光棱 鏡（2)之間，其焦平面所在位置
[0008] 與望遠鏡物鏡（1)焦平面所在位置重合；第二中繼鏡（8)位于寬譜偏振分光棱鏡 (2)與第二相機（6)之間，其焦平面所在位置與第二相機化）的感光面所在位置重合；第 Ξ中繼鏡（9)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與數字微反射器件式空間光調制器（4)之間，其 焦平面所在位置與數字微反射器件式空間光調制器（4)感光面所在位置重合；第四中繼鏡 (10)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與第一相機（5)之間，其焦平面所在位置與第一相機巧） 的感光面所在位置錯開一定距離，該距離稱為離焦量，焦平面在第一相機（5)感光面的前 方和后方均可。寬譜段1/4波片（11)位于寬譜偏振分光棱鏡（2)與第Ξ中繼鏡（9)之間。 第一中繼鏡（7)、第二中繼鏡（8)、第Ξ中繼鏡巧）、第四中繼鏡（10)分別正對寬譜偏振分光 棱鏡（2)的四個可用的表面擺放，四個中繼鏡的主軸均垂直于寬譜偏振分光棱鏡（2)的相 應正方形表面且通過正方形表面的中點。中央控制裝置（3)分別與第一相機巧）、第二相機 (6)W及數字微反射器件式空間光調制器（4)電連接。
[0009] 為了表述更為直觀，下文將第一相機（5)稱為離焦相機巧），第二相機（6)稱為在 焦相機化）。
[0010] 本發明的技術方案二是：
[0011] 一種天文目標成像方法，利用技術方案一提供的天文目標成像系統，具體包括下 述步驟：
[0012] 第一步，設置成像坐標系：
[0013] 在數字微反射器件式空間光調制器（4)的感光面上建立U0V坐標系，其中U0V坐 標系原點0位于感光面的中屯、，U軸和V軸分別平行于感光面的水平邊緣和垂直邊緣。在 離焦相機巧）的感光面上建立Χ〇ιΥ坐標系，其中Χ〇ιΥ坐標系原點〇1位于感光面的中屯、，X 軸和Υ軸分別平行于感光面的水平邊緣和垂直邊緣。在焦相機化）的感光面上建立Χι〇2Υι 坐標系，其中Χι〇2Υι坐標系原點02位于感光面的中屯、，X1軸和Υ1軸分別平行于感光面的水 平邊緣和垂直邊緣。
[0014] 第二步，選擇出適合用于離焦光場評價的獨立點目標。
[0015] 利用在焦相機（6)進行連續的圖像采集獲得天文目標圖像，若某幅天文目標圖像 中至少存在兩個點目標通過下面的Ξ次篩選，則停止圖像采集：
[0016] 第一次篩選：選擇亮度足夠強的點目標。亮度足夠強的點目標是指該點目標在 離焦相機（5)所采集的對應圖像中像素平均灰度值大于設定的闊值，根據實際情況設置闊 值，通常設置闊值為10。假設滿足該篩選條件的點目標個數為e(e>2)。
[0017] 第二次篩選：在已篩選出的e個點目標中，假設其中某一個點目標與其最臨近的 點目標之間的距離為d，若d滿足公式一，則通過第二次篩選： 陽0化]
(公式一）
[0019] 公式一中F為望遠鏡物鏡（1)的焦距，D為望遠鏡物鏡（1) 口徑，λme。。為觀測目 標的光譜福射平均波長。
[0020] 假設經過第二次篩選后點目標個數為f(1《f《e)。
[0021] 第Ξ次篩選：在已篩選出的f個點目標中，某個點目標與其最臨近的點目標之間 的距離為di，若di滿足公式二，則通過第Ξ次篩選：
[0022]
(公式二）
[0023] 公式二中的Z為離焦量。
[0024] 設通過W上Ξ次篩選后剩余的點目標為獨立點目標，個數為M(1f)。
[0025] 第Ξ步，控制空間光調制器特定區域實現入射光反射。
[00%] 調整數字微反射器件式空間光調制器（4)的微小反射鏡的傾斜角度，使不包括獨 立點目標的區域對應的光線經數字微反射器件式空間光調制器（4)的反射后發生偏轉而 損失掉。只有獨立目標點發出的光線直接平面反射，反射光由于兩次經過了寬譜1/4波片， 因此偏振態發生了 90度偏轉，隨后該光線在經過寬譜偏振分光棱鏡（2)時傳播方向產生 90°的折轉，最終進入離焦相機（5)用于成像。
[0027] 經過上述步驟，天文目標成像系統的狀態調整完成，利用調整好的天文目標成像 系統進行下面的多幅圖像采集和篩選。
[002引第四步，計算各個獨立點目標對應的離焦圖像均勻度指數。
[0029]令離焦相機（5)和在焦相機化）同步工作，假設分別采集了P幅圖像，離焦相機 妨義集的圖像序列為Iimfecus二ΠlutifDcus，I2utifDcus，…iPutifDcus}，在焦相機做義集的圖像序列 為Ifocus -{Ifocus)Ifocus)…Ifocus}。
[0030]對于lunhcu庶列中的其中一幅離焦圖像ILhcusQ蘭k蘭p)，設該圖像中第i個 獨立點目標,<^</：^的在離焦相機（5)感光面上對應配準點的坐標為^1，/)，獨立點目 標省對應于Χ〇ιΥ坐標系中的滿足公式四的像素點（a,，b,)共有N個，像素點的灰度值為 Kj，1《j《N : 陽〇3U
:公式四） 陽〇巧計算獨立點目標少應的圖像均勻度指數: 陽〇3引
（公式五）
[0034] 第五步，篩選出幸運圖像區域。
[00對針對獨立點目標共有P個圖像均勻度指數I)，皆，假設該 序列中值最小的元素所對應的序號為q(l^q^巧。對序列中第q帖在焦圖像，假設 在焦圖像上任意一塊圖像區域內的像素點（XI，yi)若滿足公式六：
陽03引則該圖像區域為獨立點目標Ai(1《i《M)對應的幸運圖像區域。公式六中Η和W分別為離焦相機傳感器的物理高度和寬度，C是人為設置的幸運圖像選擇半徑。對其它獨 立點目標對應的圖像實施相同操作，可同樣得到相應的幸運圖像區域。
[0039] 第六步，對篩選出的所有圖像區域實施拼接。 W40] 建立一幅和在焦相機（6)所獲得的圖像相同尺寸的初始圖像，初始圖像中每個像 元的灰度值為零，然后分如下兩種情況處理：
[0041] 情況一，若兩個不同的獨立點目標對應的幸運圖像區域之間無重疊，則上述幸運 圖像區域內容的復制到初始圖像的對應位置。
[0042] 情況二，若兩個不同的獨立點目標對應的幸運圖像區域之間存在重疊，則使用基 于互信息的圖像拼接方法將兩個幸運圖像區域拼接在一起，并復制到初始圖像的對應位 置。
[0043] 經過上述處理后得到的初始圖像即為成像結果。
[0044] 本發明的有益效果是：使用一種全新的獨立點目標光場評價方法取代傳統的圖像 灰度評價法，同時結合硬件上的多個獨立點目標光場的同時獲取，達到對天文擴展目標多 區域清晰成像的目的。本發明不但顯著提高了獲得幸運圖像的概率，而且使得獲取的目標 圖像清晰度更高。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發明提供的天文目標成像系統原理示意圖；
[0046] 圖2為具體實施流程圖；
[0047] 圖3為實驗中兩個不同時刻獲取的點目標離焦圖像； W4引圖4為圖3對應的兩個時刻點目標的在焦圖像。
【具體實施方式】 W例 W下將結合說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0050] 圖1中，焦距相同的中繼鏡7、8、9、10的焦比應大于望遠鏡物鏡1的焦比。寬譜偏 振分光棱鏡2的光波段可根據目標福射特性（如可見光波段或紅外波段