[发明专利]多孔径干涉成像方法

说明书

本发明涉及一种多孔径干涉成像方法，包括步骤：a.利用多个小孔径阵列接收光信号，并进行分频干涉实现光信号从观测平面到孔径平面最后到达像平面的干涉成像，并计算得到多孔径干涉图像；b.根据得到的所述多孔径干涉图像重建目标图像。本发明能够明显提高成像质量，降低了成像系统的共相调整难度，且大大减小了系统的体积、功耗和重量。

技术领域

本发明涉及一种多孔径干涉成像方法。

背景技术

现有技术中，普通基于精确折光原理的成像系统由成像物镜组和光电转换器件阵列构成，物体光进入成像物镜组，形成的像由光电转换器件阵列接收，从而得到物体图像，通过成像系统可实时记录和观测物体形貌。传统光学望远镜的基本设计原理仍基于精确折光的设计理念，受衍射极限约束，为提高分辨率，必须增大系统口径，为实现更高的分辨率，传统空间望远镜的体积、重量极其庞大：例如，哈勃空间望远镜主镜口径为2.4m，JWST望远镜采用拼接主镜为6m，正在论证的ATLAST望远镜将达到惊人的8m口径。传统空间望远镜的发射成本和在轨维护难度都具有极大的挑战性。

光波干涉是一种基本的光学物理现象，光学干涉测量是通过产生相干的两路光，一路作为参考光，一路作为测量光，参考光照射到位置固定的参考反射镜，测量光照射到被测对象，由参考反射镜反射回的参考光与被测对象反射回的物光光波叠加发生干涉，干涉条纹反映两路光光程差信息，从而根据干涉条纹的变化获得被测对象的特征信息。

在干涉成像中，两个不同口径接收到干涉光信号是被艾里斑和干涉条纹降质的观测物体。在Richard L.Kendrick等人提出了一种用于光电侦察的分段平面成像探测器(Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance，SPIDER)的概念中，由于受到空间光耦合入波导的切趾效应影响，导致单个波导或者光纤接收视场为2λ/D，其中λ为观测的波长，D为单个小透镜的口径。这种切趾效应使得无法获取空间频率低于D/λ的信息，观测物体的大致形状是由低频信号决定，因此会使得恢复图像的对比度得到较大的损失，从而影响成像的像质。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种多孔径干涉成像方法。

本发明提供一种多孔径干涉成像方法，该方法包括如下步骤：a.利用多个小孔径阵列接收光信号，并进行分频干涉实现光信号从观测平面到孔径平面最后到达像平面的干涉成像，并计算得到多孔径干涉图像；b.根据得到的所述多孔径干涉图像重建目标图像。

进一步地，所述的步骤a具体包括：

a1.利用部分相干理论描述远场非相干源的光从观测平面传播到孔径平面的过程，得到孔径平面上的互谱密度函数；

a2.通过移相器件的共相调整，使得光信号从观测平面到孔径平面最后到达像平面的各个子孔径之间达到共相关系，并利用所述互谱密度函数计算得到多孔径干涉图像。

进一步地，所述的步骤a1包括：

所述孔径平面上的互谱密度函数表示为：

其中，空间频率为表示孔径平面上任意一点的坐标，观测光的频率为ν波长为λ，非相干源的归一化频谱可以表示为G(ν)，并有∫G(ν)dν＝1，观测平面上某一点的视场角为α'，观测平面的成像目标为O_b(α')。

进一步地，所述的步骤a2包括：

所述光信号从观测平面到孔径平面最后到达像平面的过程光信号传输表示为：

I(α,ν)＝G(ν)·[O_b(α)*PSF(α)]