光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法

对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析,并采用基于光学实验测量的调制传递函数(MTF)完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理.针对复杂目标成像,为了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量,不仅考虑系统的调制传递函数指标,还提出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法.数值仿真结果和光学实验结果均表明,基于相关系数的成像质量客观

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笫 3卷第 6期 720 0 8年 6月

光子

学报

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光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法 *王大勇韩骥刘汉承伏西洋。郭红锋。陶世荃 ,,,,,( 1北京工业大学应用数理学院，京 1 0 2 )北 0 0 2( 2中国科学院国家天文台，京 1 0 1 )北 0 0 2

摘要：对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析，采用基于光学实验并测量的调制传递函数 ( MTF完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理 .针对复杂目标 )

成像，了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量，为不仅考虑系统的调制传递函数指标，提还出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法 .数值仿真结果和光学实验结果均表明，于相基关系数的成像质量客观评价方法是可行的，实验说明光学稀疏孔径系统成像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果 .

关键词：学成像；疏孔径系统；关系数；光稀相图像复原中图分类号： TH7 104 5; 3文献标识码： A文章编号：0 44 1 (0 8 0~2 85 1 0 2 3 2 0 ) 61 0—外，出了一种新的基于相关系数的成像质量客观提评价方法，这是一种全局的评价方法，直接采用图像随着空间探索、文研究以及对地观测的不断天

0引言

内容之间的相似性进行评价，过对不同情况下相通关系数的比较，够进行阵列结构选择、孔径分布能子和图像复原算法参量的选择 .其次，成了原理性完光学稀疏孔径系统成像的光学实验，到了复杂扩得

发展，对观测准确度的要求越来越高，高望远镜的提间分辨率成为迫切的需求 . 0 m级的地基系统 1和 2 4m的哈勃望远镜 (基系统 )当前被认为 .空在已经达到了系统设计和经济承受的极限 .光学稀。 疏孔径系统在达到等效单个大孔径望远镜系统成像质量的同时，够有效地降低系统的重量、能体积和成本，因而受到广泛关注 .多数发达国家相继建立实验系

统或建成样机进行系统成像的关键技术研究. 我国的一些大学和研究机构也已开始进行成像机理和系统设计等理论方面的研究 . 由于光学稀疏孔径系统不同于传统的光学成像系统，光学稀疏孔径系统直接输出的是低对比度的

展物体直接所成的图像，而且使用实际的光学实验

测量数据 (点扩散函数和调制传递函数 )进行了图像复原，并应用前面提出的相关系数来评价成像质量， 实际光学实验的成像及复原结果与理论数值仿真结果吻合，明基于相关系数的图像质量客观评价方表法是可行的，从实验上说明光学稀疏孔径系统成也

像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果 .

模糊图像，必须进行图像复原处理才能达到或接近个孔径系统成像的图像质量，因此，过对最终整通

1光学稀疏孔径系统成像特性 1 1光学稀疏孔径系统的阵列结构及调制传递函数 .

体成像质量的评价选择阵列结构、子孔径分布和图像复原算法参量是光学稀疏孔径系统的重要内容 .

对于由相同小孔径系统构成的光学稀疏孔径成像系统，瞳函数可以表示为光N

目前除使用调制传递函数评价成像系统之外，其成像质量的客观评价方法及其基于光学实验数据的验

P(, )= ==P_ , )* _ (

8( . — ) ( x 2 7, 1)

N~ I

证有待进一步的研究 .本文研究 r不同阵列结构的

式中，, ) ( 为第”个小孔径系统光瞳函数的中心

光学稀疏孔径系统成像.先，虑到光学稀疏孔径首考成像系统的点扩散函数和 i制传递函数非常复杂，佶】使用常规的准则不够充分，接所成的像又需要图直

坐标，。 )系统的小孔径的光瞳函数 . P(。为因此，光学稀疏孔径阵列结构形式决定了系统

的凋制传递函数分布 .下面给出子孔径数目为 6的三种典型光学稀疏孔径阵列结构形式，分别为环型、G l- oa 6和 Y型 ( r Ar,图 1 y T i m)如— .为了对光学稀疏孔径成像系统的 MT F有直观的了解，据式 ( )根 1进行了仿真计算，求三种阵列结构的等效单个大要孔径直径均为 1m.这里等效

单个大孔径是指稀疏

像复原后处理，冈此本文除使用调制传递函数评价国家自然科学基金 ( 0 7 0 9、京市委组织部优秀人才 6 5 7 2 )北 培养基金 ( 0 5 DO 0 2 )北京市属市管高等学校人才 20 1 5 1 3和 5强教计划资助Te: 1 6 3 2 81 E i wd o g bu . d . n l0 0 7 9 0 mal: y n@ j te u c 收稿日期： 0 7 2 0 0l 0 一 4

孔径系统成像性能逼近的完全填充的单个大孔径.

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