[发明专利]一种虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统

权利要求书

1.一种虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于包括：卡塞格林天文望远镜系统(1)、中继光路系统(8)和瞳面复振幅测量拼接与图像处理系统(11)；所述瞳面复振幅测量拼接与图像处理系统(11)包括：分束镜(12)、微阵列透镜(13)、阵列光子计数器(14)、夏克-哈特曼波前传感器(15)、时钟同步信号系统(16)和复振幅拼接和图像处理计算机(17)；卡塞格林天文望远镜系统(1)对运动目标进行跟踪成像，在跟踪时随方位轴(18)和俯仰轴(19)转动过程中自身光学出瞳的位置保持不变；中继光路系统(8)将光学信号传导到后端瞳面复振幅测量拼接与图像处理系统(11)，并分别将卡塞格林天文望远镜系统(1)的出瞳共轭到微阵列透镜(13)和夏克-哈特曼波前传感器(15)的位置；随后光学信号经分束镜(12)后，一部分经微阵列透镜(13)耦合进阵列光子计数器(14)中，得到系统的瞳面振幅分布矩阵；一部分进入夏克-哈特曼波前传感器(15)得到系统的瞳面相位分布矩阵；时钟同步信号系统(16)根据卡塞格林天文望远镜系统(1)的位置信息实现阵列光子计数器(14)和夏克-哈特曼波前传感器(15)的信号同步采集；复振幅拼接和图像处理计算机(17)利用夏克-哈特曼波前传感器(15)孔径测量的瞳面相位分布矩阵和阵列光子计数器(14)测量的瞳面振幅分布矩阵，重建波前复振幅分布，利用连续多帧图像复振幅信息的相关性，得到一个在沿目标运动方向上的多帧大复振幅面，进而计算像面光场分布，从而完成卡塞格林天文望远镜系统(1)瞳面复振幅的测量、多帧复振幅信息的拼接，最终获得超过系统理论极限分辨率的超分辨率图像相邻帧复振幅匹配与拼接。

2.根据权利要求1所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述多帧复振幅信息的拼接为：复振幅拼接和图像处理计算机(17)使用频域互相关算法计算相邻帧的方向平移量，再计算两帧重叠区域的平均相位差获得相邻帧的相位平移误差，然后完成相邻两帧的复振幅拼接，依次获得多帧的复振幅拼接。

3.根据权利要求1所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述计算远场像面的光场分布方法为：根据傅里叶光学的相关定理，远场光场分布是瞳面复振幅分布的傅里叶变换，取远场光场分布的模的平方即获得远场像面的光场分布。

4.根据权利要求2所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述频域互相关算法计算相邻帧的方向平移量为：相邻两帧的方向平移量(Δx,Δy)和相位平移误差获得第n帧和第n+1帧的复振幅拼接其中，j表示虚数单位j=-1;]]>

第n帧和第n+1帧的复振幅频域的归一化互相关函数其傅里叶逆变换的最高点的坐标即为两帧的方向平移量(Δx,Δy)，其中，表示傅里叶变换，*表示复共轭，C_n，C_n+1分别表示第n帧和第n+1帧的复振幅。

5.根据权利要求2所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述两帧重叠区域的平均相位差获得相邻帧的相位平移误差为：其中S_n+1为第n+1帧图像内的重叠部分，S_n为第n幅图像内的重叠部分，S为两帧重复部分的面积，分别表示第n帧和第n+1帧的复振幅。

6.根据权利要求1所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述的卡塞格林天文望远镜(1)也可以用其他天文望远镜架构代替，其他天文望远镜架构包括牛顿望远镜和开普勒折射式望远镜。

7.根据权利要求1所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述分束镜分束比由阵列光子计数器和夏克-哈特曼波前相位传感器的子孔径数量比及量子效率比决定，以保证振幅探测光路和相位探测光路都有较高的信噪比。

8.根据权利要求1所述的虚拟孔径复振幅拼接超分辨率天文望远镜系统，其特征在于：所述夏克-哈特曼波前相位传感器也可以由其他波前相位传感器代替，其他波前相位传感器包括金字塔波前相位传感器。