[发明专利]基于短曝光斑点图频谱比值的地基望远镜焦点探测方法

摘要

本发明涉及一种基于短曝光斑点图频谱比值的地基望远镜焦点探测方法，属于天文测量与光学成像技术领域，该方法以瞬时短曝光斑点图与平均短曝光像的频谱比值作为焦点评价依据，利用聚焦匀速扫描方式作为探测手段，定量地给出了焦点评价函数与离焦距离变化趋势，通过对变化趋势的曲线拟合，寻找出焦点评价函数最大值对应的最佳焦点位置。该方法的优势在于：可在不需要增加额外探测设备的前提下，适用于所有望远镜的焦点探测，解决了现有地基望远镜焦点探测技术的难点，通过利用频谱比值消除了平均大气湍流和目标信息对望远镜离焦像差探测的影响，为地基望远镜提供了高精度的焦点探测方法及离焦像差实时监测手段。 1

主权项

1.一种基于短曝光斑点图频谱比值的地基望远镜焦点探测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，确定扫描范围：在望远镜理论焦点位置安装一台快速读出CCD或CMOS相机，通过望远镜自动调焦系统或电动位移台使相机沿光轴方向进行聚焦匀速扫描，扫描范围由离焦距离d与离焦像差Δ的关系式(6)式求得；式(6)中，F/D是望远镜的成像焦比；假定扫描过程中离焦像差变化范围Δ∈[‑2λ，+2λ]，其中λ为观测波段的中心波长，根据公式(6)可求得对应的扫描范围步骤(2)，确定扫描时间：整个扫描过程应在观测目标无变化的时间内完成，但由于离焦像差测量精度Δl和相机读出速度NR限制，扫描时间s可由公式(7)求出：s＝l/(Δl×NR)        式(7)；式(7)中，l为扫描范围对应的距离；步骤(3)，聚焦匀速扫描：按照步骤(2)确定的扫描时间，在观测目标无变化的时间内，利用望远镜自动调焦系统或电动位移台使相机在步骤(1)确定的扫描范围内进行聚焦匀速扫描，在扫描的同时通过快速读出CCD或CMOS相机获取观测目标短曝光斑点图；步骤(4)，计算不同扫描位置对应的焦点探测评价函数ImageQ值：首先对获取的短曝光斑点图进行平场和暗场预处理以消除呆象元、图像污点和响应不均匀性；然后对预处理后的短曝光斑点图进行相关位移叠加，获得平均短曝光像，并按照公式(2)计算频谱比值；最后根据公式(3)～(5)求出各扫描位置对应的焦点探测评价函数ImageQ值；频谱比值：公式(2)中，FSR(u，v)为频谱比值；OTFt(u，v)为大气——望远镜综合光学传递函数；为平均综合光学传递函数；焦点探测评价函数ImageQ值计算公式：ImageQ＝FSRabs*FSRangle     式(3)；其中，abs(…)表示取模操作，angle(…)表示取相位操作；公式(4)是极坐标下的积分表示形式，ρ代表径向积分区域，ρ₁代表积分频率环的内径，ρ₂代表积分频率环的外径；公式(5)中的||...||表示Frobenius范数或L₂范数，其定义为步骤(5)，确定最佳焦点位置：绘制ImageQ值与扫描位置的关系曲线图，对该曲线进行高斯拟合，通过寻找拟合曲线峰值对应的扫描位置，即可确定出望远镜的最佳焦点位置。