[发明专利]一种基于星像椭圆率模型的望远镜高效精准调焦方法

说明书

本发明公开了一种基于星像椭圆率模型的望远镜高效精准调焦方法。该方法涉及光学系统调焦领域，解决了调焦精度低、调整速度慢等问题。步骤如下：(1)以科学CCD实拍星图为基础；(2)扣除图像背景噪声；(2)使用主成分分析法恢复星像灰度分布；(3)利用星像椭圆率模型描述视场星像点扩散函数形态；(4)随机生成望远系统像面位置参数种子，代入光学系统模型中，计算系统评价函数，并通过智能优化算法迭代求得望远镜焦点位置与目前科学CCD位置差异值及方向；(5)指示电机调整科学CCD相机。

技术领域

本发明涉及望远系统高效调焦的技术领域，特别涉及一种基于星像椭圆率模型的望远镜高效精准调焦方法。

背景技术

大型望远镜在观测过程中，由于光学元件失调、重力变化、环境冲击等因素，光学像质会产生退化，在较准光学像质前，准确定位光学焦点是首先要解决的问题。目前光学调焦已广泛应用于航天、军事等领域。

针对望远镜高效调焦问题，目前常用方法为：首先定义星点图像特征，比如：图像清晰度函数或星点尺寸；然后调整CCD相机逐步迭代逼近星点能量最高点或尺寸最小的点。此类方法需要利用CCD相机不断跟踪拍摄星图，计算星点特征值，并且步长难以控制，时间成本较高而且精度难以保证。

发明内容

发明目的：鉴于以上问题，本发明提出一种基于星像椭圆率模型的望远镜高效精准调焦方法。该方法利用椭圆率模型对科学观测星图的视场星点PSF的测量，结合望远镜光学系统失焦调节仿真模拟过程，利用粒子群优化算法进行迭代求解，最终实现光学系统高精度焦点调整。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种基于星像椭圆率模型的望远镜高效精准调焦方法，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)拍摄天文图像；

步骤(2)阈值法去噪；

步骤(3)提取高信噪比非饱和星点信号，并记录星点灰度图像以及质心坐标作为目标采样数据；

步骤(4)利用主成分分析法对提取星点信号进行灰度分布还原；

步骤(5)利用椭圆率模型e1、e2、R分量对星点信号进行数值描述，作为目标函数；

步骤(6)随机生成光学系统元件失焦参数种子，并将当前失焦参数种子输入至当前失调望远镜光学系统的模型中，通过仿真获取当前失焦状态下步骤(3)中采样星点所在视场的点扩散函数，利用步骤(5)方法，得到仿真条件下椭圆率e1、e2、R分量，作为测试函数；

步骤(7)根据所述实际所得目标函数与所述当前测试函数，计算当前优化评价函数值；

步骤(8)：判断所述当前优化评价函数值是否大于等于预设优化评价阈值；

步骤(9)：若所述当前优化评价函数值小于所述预设优化评价阈值，则将所述当前测试失焦参数种子设为目标参数，根据所述目标参数对光学系统焦点进行调整。

进一步的，所述步骤(1)由科学CCD相机在望远镜观测时摄取；

进一步的，所述步骤(2)采用双峰阈值法进行去噪，可适当调低阈值，保证滤除大部分背景噪声并保留星像全部信息；

进一步的，所述步骤(3)中尽量提取天文图像中边缘星像，易于算法判断CCD调整方向，并且可在不同视场共提取三颗星点，可用于检测CCD相机平面与焦面平行程度；

进一步的，所述步骤(5)椭圆率模型采用KSB+(Kaiser Squires Broadhurst)模型，该模型是为了研究弱引力透镜效应而提出的。可应用该模型，用e1、e2、R三个参数描述单个星点的椭圆率。