[发明专利]一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法

说明书

本发明公开了一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法，包括基于自适应光学技术的望远镜成像系统A和图像后处理部分B。目标发出的光场经扰动后成为畸变波前并经望远镜收集后进入自适应光学(AO)系统，经过自适应光学系统内的波前校正器校正后得到光学成像，光学成像再继续进入图像后处理部分，经过图像复原算法处理后输出复原图像，对复原图像进行像质评价，评价结果反馈到自适应光学系统并参与波前校正器的控制。本发明特点在于将自适应光学技术和图像复原技术相结合，把A、B看作一个系统，使得复原图像可以成为被控对象，通过信号反馈，系统A产生的输出图像可以让复原算法发挥最大的潜力，最终得到高质量的复原图像。

技术领域

本发明涉及自适应光学控制技术领域，特别是一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法。

背景技术

在高分辨力成像领域，自适应光学校正和图像复原都是必不可少的环节，但是长期以来，这两种技术由于分属不同的学科门类而处于独自发展的状态，自适应光学系统控制方法是以得到更加清晰的光学成像为目的，并未考虑图像复原环节的任何因素，而事后复原技术以AO成像为输入条件，两者之间并无交叉，这对于提升最终复原图像质量来讲并不是最优的。

即使是目前AO系统上广泛采用的结合AO的混合处理方法也仅仅是这两种技术的简单拼接，即AO系统对像差的校正完全结束后，将输出的光学成像再进行二次处理，处理后的复原图像不会对AO系统进行任何反馈。

因此，研究一种结合两者并能使得最终复原图像质量更优的控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足而提供一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法，其特点是能够将复原图像的信息反馈到自适应光学系统的控制器中并参与校正器控制信号的生成。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法，其中包括基于自适应光学技术的望远镜成像系统和图像后处理部分。目标发出的光场经扰动后成为畸变波前并经望远镜收集后进入自适应光学系统，经过自适应光学系统内的波前校正器校正后得到光学成像，光学成像再继续进入图像后处理部分，经过图像复原算法处理后输出复原图像，对复原图像进行像质评价，评价结果反馈到自适应光学系统并参与波前校正器的控制。

自适应光学系统包含变形镜、波前传感器、波前控制器、成像系统，畸变波前从进入自适应光学系统到生成光学成像，过程如下：

进入自适应光学系统的畸变波前ψ(x,y)被波前传感器实时探测，探测信号输入波前控制器并计算出变形镜的控制电压，该控制电压的目的是让变形镜产生与畸变波前相位共轭的光场由于实际中受硬件条件限制无法获得完全校正，经变形镜校正后的波前残差为计算式如下：

如果用Zernike多项式描述波前残差，其结果可分为两部分之和，如下式所示：

其中，为和畸变波前ψ(x,y)具有相同Zernike模式分量的残差部分，对于室内静态像差或者大气湍流引起的波前畸变的主要部分，ψ(x,y)为低频像差，因此为低频成分；为原始像差ψ(x,y)所不包含的、由变形镜新产生的Zernike模式分量，通常为高频成分。

定义广义光瞳函数P(x,y)如下：

其中λ是系统工作时的波长，p(x,y)是系统衍射受限时的光瞳函数：

r是瞳半径，系统的点扩散函数(PSF)就可由广义瞳函数的傅立叶变换后取模的平方得到：