一种基于波前编码的钝化共形光学系统像差的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波前编码的钝化共形像差的方法，所述方法步骤如下：在共形光学系统的光阑处加入奇对称相位掩模板，对光学系统的波前进行调制，在探测器上形成编码图像，通过数字滤波手段对编码图像进行图像解码处理，得到最终的清晰图像。波前编码技术的引入可以在保证共形光学系统的光通量和成像分辨率的情况下，实现更大的焦深的目的，同时还可以抑制了像散、球差、色差以及由安装误差和温度变化引起的离焦带来的像差。本发明专利技术操作简单，可以在不增加共形光学系统复杂度的情况下钝化像差、提高像质，从而提高导引头的捕获性能和跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用计算光学的方法来校正共形光学系统像差的方法，尤其涉及一种利用波前编码成像技术来校正共形光学系统像差的方法。
技术介绍
共形整流罩具有优异的气动外形，虽然可以改善导弹的气动性能，但是是以牺牲光学导引头成像质量为代价的。像质的好坏直接关系到导引头的捕获性能与跟踪精度。由于共形整流罩在不同的目标视场下，系统失去旋转对称性，从而引入了大量的随着目标视场变化的动态像差，必须引入像差补偿机构改善像质，光学像差的校正问题亟待解决。而传统的校正共形光学系统像差的方法又有着各自的局限性：固定像差校正器对于大口径、大视场的共形光学系统像差校正效果不理想；动态像差校正器引入了附加的机械和电子元件，致使导引头重量增加、体积增大、系统结构复杂、工作稳定性下降。
技术实现思路
本专利技术针对现有的校正共形光学系统像差方法的不足，提供了一种基于波前编码的钝化共形光学系统像差的方法，引入像差补偿机构钝化共形光学系统动态像差，改善像质，从而提高导引头的捕获性能和跟踪精度。波前编码光学系统原理图及MTF比较如图1所示。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于波前编码的钝化共形像差的方法，包括如下步骤：在共形光学系统的光阑处加入奇对称相位掩模板，对光学系统的波前进行调制，在探测器上形成编码图像，通过数字滤波手段对编码图像进行图像解码处理，得到最终的清晰图像。本专利技术在共形光学系统的光阑处加入奇对称相位掩模板，对光学系统的波前进行调制，使得各个视场的成像质量趋于一致，其光学传递函数(OTF)或者点扩散函数(PSF)基本保持不变，从而在探测器上形成差异极小的模糊的中间成像，并且这些中间图像可以通过数字滤波的手段复原成清晰的最终成像(解码过程包括逆滤波、维纳滤波等技术，不影响本专利技术的最终结果)。本专利技术具有如下优点：1、波前编码(WFC)技术的引入可以在保证共形光学系统的光通量和成像分辨率的情况下，实现更大的焦深的目的，同时还可以抑制了像散、球差、色差以及由安装误差和温度变化引起的离焦带来的像差。2、在共形光学系统加入相位掩模板后，光学成像部分的点扩散函数(PSF)增大，使得能量分布较为分散，用CCD接受中间图像时不易发生饱和现象，有利于测量。3、操作简单(仅仅是在光学系统光阑处放置一个纯相位掩模板)，可以在不增加共形光学系统复杂度的情况下钝化像差、提高像质，从而提高导引头的捕获性能和跟踪精度。附图说明图1为波前编码光学系统原理图及MTF比较，(a)成像过程，(b)MTF比较；图2为共形光学系统结构图(视角：左0°右30°)；图3为共形光学系统MTF(视角：左0°右30°)；图4为共形光学系统PSF(视角：左0°右30°)；图5为加入CPM后的共形光学系统MTF(视角：左0°右30°)；图6为加入CPM后的共形光学系统PSF(视角：左0°右30°)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。在光学设计软件CodeV中设计一个焦距为120mm，F/#为2的变焦共形光学系统作为初始结构，共形光学系统的参数见表1、结构图如图2所示：前端是径长比为1的椭球形共形整流罩，紧接其后的两片是固定矫正器，光学系统为卡塞格林结构加五片透镜，分别由Ge、ZnS、Ge、ZnS和Si材料制成，其中最后一片透镜为探测器窗口，整流罩的后表面设为衍射面。将卡塞格林结构的第一个反射镜(即第7个光学表面)设为光阑，并将光阑处设为基本偏心，其后的光学系可绕光阑中心旋转。系统的工作波段为3.7～4.8um，目标视场为±30°，瞬时视场为±1°。系统的MTF如图3所示，可以看到其MTF曲线在其整个扫描视场范围内都非常低，而且还有很多零点。图4是共形光学系统的PSF。表1共形光学系统参数本专利技术提出的解决方案是在该共形光学系统的光阑处加入相位板，如三次相位掩模板(通常相位掩模板可以是加入一个特别的非球面镜，也可以将传统光学器件的一面改造为非球面，此处选用后者)，其表达式如(1-1)所示：f(x，y)＝α(x3+y3)(1-1)；式中：α为相位板参数，x，y为光瞳处归一化空间坐标。经调试，α取值为10-6时钝化像差效果最好，加入相位板后共形光学系统的MTF、PSF分别如图5、6所示，由图5、6可以明显的看出：在加入三次相位板后，系统的MTF曲线其整个目标扫描视场范围内得到了明显提高，接近衍射极限(在17lp/mm处均达到0.41以上)，而且系统的PSF也比较稳定。再通过采用数字图像处理技术对编码图像进行解码，便可得到不同视场下接近衍射限的清晰像。因此，通过在共形光学系统中加入相位掩模板来钝化像差的方法十分可行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波前编码的钝化共形像差的方法，其特征在于所述方法步骤如下：在共形光学系统的光阑处加入奇对称相位掩模板，对光学系统的波前进行调制，在探测器上形成编码图像，通过数字滤波手段对编码图像进行图像解码处理，得到最终的清晰图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于波前编码的钝化共形像差的方法，其特征在于所述方法步骤如下：在共形光学系统的光阑处加入奇对称相位掩模板，对光学系统的波前进行调制，在探测器上形成编码图像，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于佳倩，陈守谦，范志刚，党凡阳，包春慧，陈超，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23