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大口径望远镜的像差检测技术研究

大口径望远镜的像差检测技术研究

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作者：曹宇泽中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

地基大口径望远镜在观测的过程中,成像质量会受到镜面失调误差的影响。镜面失调误差会导致望远镜的成像质量下降、观测精度降低,使望远镜无法达到技术指标,无法准确的观测天体和空间碎片。因此,需要采用像差检测技术对望远镜的像差进行... 详细信息

地基大口径望远镜在观测的过程中,成像质量会受到镜面失调误差的影响。镜面失调误差会导致望远镜的成像质量下降、观测精度降低,使望远镜无法达到技术指标,无法准确的观测天体和空间碎片。因此,需要采用像差检测技术对望远镜的像差进行检测,并通过像差校正方法来减小镜面失调量,使望远镜处于最佳的工作状态。本文的研究对象是2.5米口径、3°视场的主焦望远镜,希望能采用一种无需额外添加光学元件的像差检测方法,通过相应的校正方法校正光学元件的失调误差。具体工作如下:1.研究了分裂式曲率传感器的像差检测方法。由于望远镜内部具有空间限制,无法在光学系统内部添加额外的光学元件。因此需要添加分光元件的传统曲率传感器方法不再适用。对曲率传感器方法进行改进,采用分裂式曲率传感器的方法,可以在仅使用拼接CCD的条件下进行检测。解决了大口径望远镜内部空间限制的问题。2.设计了300mm口径,0.6°视场的卡塞格林系统,用于验证像差校正方法能否适用于不同种类的光学系统。3.研究了两步式灵敏度矩阵法的像差校正方法。传统的灵敏度矩阵法精度较低,通过改进灵敏度函数的计算方法、泽尼克系数的选用原则和校正次数,提高了校正精度,并用两步式灵敏度矩阵法对卡塞格林系统和2.5米口径,3°视场的光学系统进行校正,证明了两步式灵敏度矩阵法可以解决镜面失调量校正的问题且具有足够的精度。

关键词：大口径望远镜卡塞格林系统曲率传感器灵敏度矩阵法像差检测像差校正

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光学成像系统中的自动检焦技术研究

光学成像系统中的自动检焦技术研究

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作者：邹雨彤中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

望远镜、航空相机等光学成像系统作为空间观测和空中监测的主要手段之一,是人类感知获取空间目标和检测空中目标的重要途径。由于其具有分辨率高、实时性强等优点,在获取太空信息、保障空防安全等方面得到了诸多应用。但光学成像系统实... 详细信息

望远镜、航空相机等光学成像系统作为空间观测和空中监测的主要手段之一,是人类感知获取空间目标和检测空中目标的重要途径。由于其具有分辨率高、实时性强等优点,在获取太空信息、保障空防安全等方面得到了诸多应用。但光学成像系统实际使用环境复杂多变,温度、压力、冲击、摩擦等各种因素都有可能在其复杂精密的成像过程中造成离焦现象,从而导致像质下降,干扰后续工作。调焦技术是提高光学成像系统质量的重要手段,而检焦技术则是调焦技术准确实施的前提与基础,因此快速高精度的检焦方法是高质量光学成像系统中的重要研究内容。本文通过研究各类别自动检焦技术,分析其发展历程、检测原理、对比其优缺点,深入探讨了基于传感器的像差检测技术和基于图像处理的离焦检测方法。并在此基础上,以扩展目标为主要检测任务,针对时间和精度两个目标提出了改进方法。文章首先对研究背景、意义、各类技术方法及发展、离焦基本原理及模型做了详细的归纳与解释。为了实现点目标的检焦,本文在基于夏克—哈特曼传感器检测像差的研究基础上,完成了对于离焦量的检测,平均误差为0.03?,并分析了影响其精度的各种因素。为了提升针对扩展目标检焦的快速性,本文在基于图像处理的检焦方法基础上,提出了直接对离焦图像频谱处理的方法。先根据离焦图像频域特性直接求得模糊参数,然后求出扩展目标的粗检离焦量,此方法可以节省基于图像的检调焦系统中大量的步进调整时间,将原本多幅图像所需的调整、传输、检测时间缩短至1s左右。为了提升针对扩展目标检焦方法的精度、改善基于图像处理的检焦方法抗噪性弱的问题,提出了一种基于图像灰度梯度算子的改进清晰度评价函数,该函数通过丰富算子灰度梯度方向、改善阈值和权重等方式,在精度方面相比于传统清晰度评价函数提升约0.0855～0.2145,同时极大地改善了抗噪性;在真实离焦扩展目标的验证中,该方法的灵敏度因子在单一场景和复杂场景下分别表现出至少13%和17%的提升。最终针对空中扩展目标提出了一种粗精结合的快速高精度检焦方法,为后续空中目标检测的高质量影像获取提供了保障。

关键词：离焦像差检测图像处理清晰度评价函数

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