综合孔径光学系统成像质量恢复方法研究

摘要

综合孔径光学系统大大降低了制造大孔径天文望远镜的难度，同时还能获得较高的成像分辨率。但光学系统像差、装调误差、大气湍流等因素的存在使得波前发生了畸变，成像质量下降。另外，即使对衍射受限综合孔径光学系统成像，由于综合孔径填充因子的下降，造成调制传递函数在中频处的值下降。本文针对这两类问题，研究恢复综合孔径成像质量的方法。
　　首先，概述了综合孔径光学系统的相关概念；建立了综合孔径光学系统成像模型；并分析了目前常见的几种综合孔径光学系统的特点。
　　其次，分析了影响综合孔径光学系统成像质量的各种因素，包括对综合孔径光学系统原理引起的中频缺损和外界未知影响因素造成的成像质量下降进行分析。
　　然后，为获得影响综合孔径光学系统成像质量的外界未知信息，探讨了几种波前探测方法；详细讨论了位相差法波前恢复的原理；建立了用位相差法恢复成像质量的模型；对成像质量恢复结果进行了分析，结果表明位相差法能够将一定范围内波前畸变的成像质量恢复到衍射极限。
　　最后，针对由于综合孔径光学系统调制传递函数中频下降带来的成像质量问题作了进一步研究。采用模拟理想物点的方法，计算了系统的调整传递函数；采用了维纳滤波法对衍射受限光学成像系统和有波前畸变光学成像系统的成像图进行恢复，并通过恢复后的调制传递函数，分析了恢复结果，结果表明维纳滤波能够不同程度的恢复综合孔径光学系统的中频信息。

目录

综合孔径光学系统成像质量恢复方法研究

RESTORATION METHODS OF IMAGEING QUALITY OF OPTICAL SPARSE APERTURE SYSTEMS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外发展现状

1.4 主要研究内容

第2章 综合孔径光学系统

2.1 点扩散函数和调制传递函数

2.2 综合孔径光学系统的成像模型

2.3 几种综合孔径光学系统结构及其特点

2.3.1 环面形结构的综合孔径光学系统

2.3.2 三臂形结构的综合孔径光学系统

2.3.3 Golay6 结构的综合孔径光学系统

2.4 本章小结

第3章 影响综合孔径光学系统成像质量的因素

3.1 综合孔径光学系统中频缺损

3.1.1 中频缺损机制

3.1.2 几种综合孔径光学系统结构成像分析

3.2 装调误差

3.2.1 Piston 误差

3.2.2 子孔径倾斜

3.2.3 离焦误差

3.3 大气湍流

3.4 本章小结

第4章 波前畸变成像质量恢复

4.1 常见波前探测比较

4.2 位相差数学模型

4.3 波前畸变像质恢复模拟

4.3.1 大气湍流

4.3.2 装调误差

4.4 恢复结果分析

4.4.1 点扩散函数主峰

4.4.2 点扩散函数次峰

4.5 本章小结

第5章 中频缺损成像质量恢复

5.1 图像恢复原理

5.2 常见的图像恢复方法

5.3 成像质量评估方法

5.3.1 基于图像评估

5.3.2 基于系统评估

5.4 中频恢复模拟

5.4.1 衍射受限系统

5.4.2 有波前畸变系统

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢