CN101887170B - 一种抑制气动光学效应的成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制气动光学效应的成像方法和系统，利用该方法和系统及其特别设计的与其载体的匹配结构，通过红外全焦距摄像装置获取气动光学效应影响的模糊图像，通过与该系统和设计对应的图像处理算法得到抑制气动光学效应的较清晰的目标成像。

Description

一种抑制气动光学效应的成像方法和系统

技术领域

本发明涉及通过多焦点群聚焦特性、安装结构及图像处理方法而实现抑制气动光学效应进行成像的领域。

背景技术

飞机、导弹等飞行器在大气层中高速飞行时，除了大气中本身的流场外，在飞行器周围也会产生非常复杂的气流层，它对飞行器头罩处的光学探测制导系统发生剧烈的作用，使头罩周围的气体密度和温度发生巨大变化以及产生分子电离等现象，由光学理论知光线在介质中传播时，其传输特性与光线的入射方向，介质分界面的曲率半径，介质的介电常数以及他们的吸收损耗、散射损耗等有关。所以头罩周围大气的变化导致气体折射率发生脉动，从而当光线进入成像头罩时，使光的波阵面发生了畸变、倾斜和抖动，引起目标图像偏移、抖动、模糊，这种效应称为气动光学效应。

新一代的飞行器大多采用红外成像末制导系统，它具有制导精度高，能够实现目标图像识别等优点。但是应用高速飞行器时也会产生一系列的气动光学效应问题。它包括复杂流场光学传输效应、激波与光学头罩窗口气动热辐射效应和光学头罩气动热效应。前两种效应使图像模糊，偏移，抖动，后两种效应使得头罩和窗口温度升高，降低了红外辐射导引头对目标的探测的信噪比或者对其降温又产生新的湍流，从而也造成了图像模糊，偏移和抖动，从而降低了红外辐射导引头对目标的探测、跟踪和识别的能力。这些效应严重影响了导引头上的成像系统对目标的捕获、影响了目标质心轨道和目标形状，甚至造成飞行器制导系统完全失效。

发明内容

为了抑制气动光学效应对导引头成像的干扰，利用本发明提供一种基于成模糊和中间像然后进行图像处理的方法和使用该方法的系统与其载体的结构的特殊的结构设计方法，使气动光学效应的干扰尽量得到抑制并提取出清晰的目标信息。

本发明中提出了以下几个概念：

模糊景深：相对于清晰成像的景深的概念，模糊景深是指对于物空间的点光源，在像空间能得到非点状psf的物距范围，在整个物距范围内，和清晰景深互补。

等模糊景深：模糊景深内的点光源在像面的psf近似相等的模糊景深范围。

渐增模糊景深：模糊景深内的点光源在像面的psf随物距不断变化的物距范围。

本发明的成像技术基于一种大模糊景深的全焦距成像系统和方法，其原理之一是实现在一定物距范围内的成非共轭等模糊中间像，即为空不变传递特性，在该范围之外像质急剧降低，即为强烈的空变传递特性，该物距范围是可控的。该等模糊中间像成像装置的使用一种等模糊景深红外镜头，该镜头的特点为多焦点光学聚焦，其镜头曲面分为偶对称聚焦曲面、奇对称聚焦曲面和奇偶对称聚焦曲面。其原理之二是利用光电成像传感器得到等模糊中间像和降质模糊像，用计算机系统和与光学系统和结构匹配的算法进行数字图像处理，对得到的图像进行恢复和滤波，最后得到清晰的图像。

多焦点光学聚焦镜头的曲面特征具体为：

A偶对称式多焦点群光学聚焦曲面或其等效曲面，其特征为符合下列数学描述：

(a)圆偶对称曲面

其中为曲面在的轴向矢高，z_rgi为第i段余弦曲线的轴向振幅，r_rgi为第i段余弦曲线的归一化半径，r_i为第i段余弦曲线的外端点的径向矢高，r₀=0，0≤r≤r_m为曲面的径向矢高变量，r_m为光瞳半径，为曲面的极坐标角度变量，pd_i为第i段曲面的周期系数，ph_i为第i段曲面的初始相位系数，c为基球面的曲率，u(r-r_i)为起点在r_i径向阶跃函数，n为余弦曲线径向分段的段数，i为各段的序号；

(b)关于中心偶对称曲面：

其中代表函数，并且为对连续函数；

其中为曲面在的轴向矢高，为曲面的的极坐标系的角度变量，0≤r≤r_m为曲面的径向矢高变量，r_m为光瞳半径，为第i段余弦曲线在处的轴向振幅，为第i段余弦曲线处的归一化半径，为第i段余弦曲线处的外端点的径向矢高，为第i段曲面在处的周期系数，为第i段曲面处的初始相位系数，c为基球面的曲率，为起点在径向阶跃函数，n为余弦曲线径向分段的段数，i为各段的序号；

(c)关于轴偶对称曲面：在正交坐标系中

$z(x,y)=\frac{c\·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-c^2\·(x^2+y^2)}}+z_{\mathrm{ty}}(x,y)$

$\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{ty}}(x,y)=z_{\mathrm{ty}}(x_{i-1},y_{j-1})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_i\left(y\right)\·\frac{\left|x\right|-\left|x_{i-1}\left(y\right)\right|\mathrm{sgn}\left(x\right)}{x_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(x\right)\right][u\left(\right|x|-|x_{i-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)-u\left(\right|x|-|x_i\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)]\end{array}\right\}\\ +\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_j\left(x\right)\·\frac{\left|y\right|-\left|y_{j-1}\left(x\right)\right|\mathrm{sgn}\left(y\right)}{y_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(y\right)\right][u\left(\right|y|-|y_{j-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)-u\left(\right|y|-|y_j\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)]\end{array}\right\}\end{array}$

其中z(x，y)为曲面的(x，y)处z轴向矢高，x，y为光瞳内坐标点，x_`max(y)≤x(y)≤x+_max(y)，y_-max(x)≤|y(x)|≤y_+max(x)，x_-max(y)，x_-max(y)，y_-max(x)，y_+max(x)分别为光瞳的外延边界函数，z_rgi(y)为x轴向第i段余弦曲线y点的振幅，x_rgi(y)为第i段余弦曲线y点处的归一化范围，|x_i(y)|为x轴向第i段余弦曲线y处的外端点的坐标的绝对值，pd_i(y)为x轴向第i段曲面y处的周期系数，ph_i(y)为x轴向第i段曲面y处的初始相位系数，c为基球面的曲率，u(|x|-|x_i(y)|sgn(x))为起点在|x_i(y)|sgn(x)处的x轴正负双向阶跃函数，m是曲面沿x轴正方向分段的段数，i为各段的序号；

在y轴方向，z_rgj(x)为第j段余弦曲线x点的轴向振幅，y_rgj(x)为第j段余弦曲线x处的归一化范围，|y_j(x)|为第j段余弦曲线x处的外端点的坐标的绝对值，pd_j(x)为第j段曲面x处的周期系数，ph_j(x)为第j段曲面x处的初始相位系数，u(|y|-|y_j(x)|sgn(y))为起点在|y_j(x)|sgn(y)处的y轴正负方向阶跃函数，n是曲面沿y轴正方向分段的段数，j为各段的序号。

B奇对称式多焦点群光学聚焦曲面或其等效曲面，其特征为符合下列数学描述：

B、非对称式聚焦曲面其等效曲面符合由奇函数构成的曲面的特征，具体为下列数学特征：

(a)关于中心对称奇函数曲面，在极坐标坐标系中

其中为曲面在的轴向矢高，为曲面的的极坐标系的角度变量，为曲面的径向矢高变量，为光瞳边缘曲线函数，为第i段余弦曲线在处的轴向振幅，为第i段余弦曲线处的归一化半径，为第i段余弦曲线处的外端点的径向矢高，为第i段曲面在处的周期系数，为第i段曲面处的初始相位系数，c为基球面的曲率，为起点在径向阶跃函数，为θ_i□(θ_i+π)不含(θ_i+π)为+1，(θ_i+π)□(θ_i+2π)不含(θ_i+2π)为-1的符号函数，n为沿半径划分的段数，i为各段的序号；

(b)关于正交轴奇对称曲面，在正交坐标系中

$z(x,y)=\frac{c\·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-c^2\·(x^2+y^2)}}+z_{\mathrm{ty}}(x,y)$

$\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{ty}}(x,y)=z_{\mathrm{ty}}(x_{i-1},y_{j-1})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_i\left(y\right)\·\frac{\left|x\right|-\left|x_{i-1}\left(y\right)\right|\mathrm{sgn}\left(x\right)}{x_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(x\right)\right][u\left(\right|x|-|x_{i-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)-u\left(\right|x|-|x_i\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)]\end{array}\right\}\\ +\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_j\left(x\right)\·\frac{\left|y\right|-\left|y_{j-1}\left(x\right)\right|\mathrm{sgn}\left(y\right)}{y_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(y\right)\right][u\left(\right|y|-|y_{j-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)-u\left(\right|y|-|y_j\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)]\end{array}\right\}\end{array}$

其中z(x，y)为曲面的(x，y)处z轴向矢高，x，y为光瞳内坐标点，x_-max(y)≤x(y)≤x_+max(y)，y_-max(x)≤|y(x)|≤y_+max(x)，x_-max(y)，x_-max(y)，y_-max(x)，y_+max(x)分别为光瞳的外延边界函数，z_rgi(y)为x轴向第i段余弦曲线y点的振幅，x_rgi(y)为第i段余弦曲线y点处的归一化范围，|x_i(y)|为x轴向第i段余弦曲线y处的外端点的坐标的绝对值，pd_i(y)为x轴向第i段曲面y处的周期系数，ph_i(y)为x轴向第i段曲面y处的初始相位系数，c为基球面的曲率，u(|x|-|x_i(y)|sgn(x))为起点在|x_i(y)|sgn(x)处的x轴正负双向阶跃函数，m是曲面沿x轴正方向分段的段数，i为各段的序号；

在y轴方向，z_rgj(x)为第j段余弦曲线x点的轴向振幅，y_rgj(x)为第j段余弦曲线x处的归一化范围，|y_j(x)|为第j段余弦曲线x处的外端点的坐标的绝对值，pd_j(x)为第j段曲面x处的周期系数，ph_j(x)为第j段曲面x处的初始相位系数，u(|y|-|y_j(x)|sgn(y))为起点在|y_j(x)|sgn(y)处的y轴正负方向阶跃函数，n是曲面沿y轴正方向分段的段数，j为各段的序号。

C奇偶对称多焦点群聚焦曲面或其等效曲面，其特征为符合下列数学描述：

(a)关于轴奇对称和偶对称曲面，在正交坐标系中

$z(x,y)=\frac{c\·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-c^2\·(x^2+y^2)}}+z_{\mathrm{ty}}(x,y)$

$\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{ty}}(x,y)=z_{\mathrm{ty}}(x_{i-1},y_{j-1})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_i\left(y\right)\·\frac{\left|x\right|-\left|x_{i-1}\left(y\right)\right|\mathrm{sgn}\left(x\right)}{x_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(x\right)\right][u\left(\right|x|-|x_{i-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)-u\left(\right|x|-|x_i\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)]\end{array}\right\}\\ +\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_j\left(x\right)\·\frac{\left|y\right|-\left|y_{j-1}\left(x\right)\right|\mathrm{sgn}\left(y\right)}{y_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(y\right)\right][u\left(\right|y|-|y_{j-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)-u\left(\right|y|-|y_j\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)]\end{array}\right\}\end{array}$

或

$z(x,y)=\frac{c\·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-c^2\·(x^2+y^2)}}+z_{\mathrm{ty}}(x,y)$

$\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{ty}}(x,y)=z_{\mathrm{ty}}(x_{i-1},y_{j-1})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_i\left(y\right)\·\frac{\left|x\right|-\left|x_{i-1}\left(y\right)\right|\mathrm{sgn}\left(x\right)}{x_{\mathrm{rgi}}\left(y\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_i\left(y\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(x\right)\right][u\left(\right|x|-|x_{i-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)-u\left(\right|x|-|x_i\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(x\right)\right)]\end{array}\right\}\\ +\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)\·[\cos ({\mathrm{pd}}_j\left(x\right)\·\frac{\left|y\right|-\left|y_{j-1}\left(x\right)\right|\mathrm{sgn}\left(y\right)}{y_{\mathrm{rgj}}\left(x\right)}\·2\mathrm{\π}-{\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})-\cos ({\mathrm{ph}}_j\left(x\right)\·2\mathrm{\π})]\\ \·\left[\mathrm{sgn}\left(y\right)\right][u\left(\right|y|-|y_{j-1}\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)-u\left(\right|y|-|y_j\left(y\right)\left|\mathrm{sgn}\left(y\right)\right)]\end{array}\right\}\end{array}$

其中z(x,y)为曲面的(x，y)处z轴向矢高，x，y为光瞳内坐标点，x_-max(y)≤x(y)≤x_+max(y)，y_-max(x)≤|y(x)|≤y_+max(x)，x_-max(y)，x_-max(y)，y_-max(x)，y_+max(x)分别为光瞳的外延边界函数，z_rgi(y)为x轴向第i段余弦曲线y点的振幅，x_rgi(y)为第i段余弦曲线y点处的归一化范围，|x_i(y)|为x轴向第i段余弦曲线y处的外端点的坐标的绝对值，pd_i(y)为x轴向第i段曲面y处的周期系数，ph_i(y)为x轴向第i段曲面y处的初始相位系数，c为基球面的曲率，u(|x|-|x_i(y)|sgn(x))为起点在|x_i(y)|sgn(x)处的x轴正负双向阶跃函数，m是曲面沿x轴正方向分段的段数，i为各段的序号；

在y轴方向，z_rgj(x)为第j段余弦曲线x点的轴向振幅，y_rgj(x)为第j段余弦曲线x处的归一化范围，|y_j(x)|为第j段余弦曲线x处的外端点的坐标的绝对值，pd_j(x)为第j段曲面x处的周期系数，ph_j(x)为第j段曲面x处的初始相位系数，u(|y|-|y_j(x)|sgn(y))为起点在|y_j(x)|sgn(y)处的y轴正负方向阶跃函数，n是曲面沿y轴正方向分段的段数，j为各段的序号；

(b)关于按角度统一分瓣的关于中心的奇对称和偶对称混合曲面，在极坐标系中

其中为曲面在的轴向矢高，为曲面的的极坐标系的角度变量，为曲面的径向矢高变量，为光瞳边缘曲线函数，分别为奇、偶对称曲面分别对应的第i，j段余弦曲线在处的轴向振幅，分别为奇、偶对称曲面分别对应的第i，j段余弦曲线处的归一化半径，分别为奇、偶对称曲面分别对应的第i，j段余弦曲线处的外端点的径向矢高，分别为奇、偶对称曲面分别对应的第i，j段曲面在处的周期系数，分别为奇、偶对称曲面分别对应的第i，j段曲面在处的初始相位系数，θ_k，θ_l分别为半圆内分瓣的奇、偶对称曲面的角度划分点，在2π范围内共划分2p+2q个瓣，其中有2q个偶对称瓣，2p个奇对称瓣，这些瓣的排列顺序为任意组合，为第k个奇对称瓣的角度区间，为第k个奇对称瓣奇对称侧的角度区间，为第1个偶对称瓣的角度区间，为第1个偶对称瓣偶对称侧的角度区间，c为基球面的曲率，为起点在径向阶跃函数，为半开区间[θ_i，(θ_i+π))+1，半开区间[(θ_i+π)，(θ_i+2π))为-1的符号函数，m，n分别为奇偶瓣沿半径划分的段数，i，j为奇偶瓣按半径分各段的序号；

(c)关于按半径统一划分的关于中心的奇对称和偶对称混合曲面，在极坐标系中

其中为曲面在的轴向矢高，为曲面的的极坐标系的角度变量，为曲面的径向矢高变量，为光瞳边缘曲线函数，分别为奇、偶对称曲面对应的第i段余弦曲线在处的轴向振幅，分别为奇、偶对称曲面对应的第i段余弦曲线处的归一化半径，分别为奇、偶对称曲面对应的第i段余弦曲线处的外端点的径向矢高，分别为奇、偶对称曲面对应的第i段曲面在处的周期系数，分别为奇、偶对称曲面对应的第i段曲面在处的初始相位系数，θ_k，θ_l分别为半圆内分瓣的奇、偶对称曲面的角度划分点，在第i段曲面2π范围内共划分2pi+2qi个瓣，其中有2qi个偶对称瓣，2pi个奇对称瓣，这些瓣的排列顺序为任意组合，为第k个奇对称瓣的角度区间，为第k个奇对称瓣奇对称侧的角度区间，为第1个偶对称瓣的角度区间，为第1个偶对称瓣偶对称侧的角度区间，c为基球面的曲率，为起点在径向阶跃函数，为半开区间[θ_i(k-1)，(θ_i(k-1)+π))+1，半开区间[(θ_i(k-1)+π)，(θ_i(k-1)+2π))为-1的符号函数，m为沿半径划分的段数，i为按半径分各段的序号。

数字图像处理的主要使用逆滤波，最大墒或者非线性的图像恢复算法。

为实现抑制气动光学干扰效应的目的，本发明采用如下两套技术方案：

方案一是在这个系统中使用具有大等模糊景深的全焦距成像模块；在成像模块与其载体的几何结构中，设计气动光学效应干扰区域在等模糊景深范围内；针对这个成像模块特性和其对应的与载体的结合结构的图像处理系统。

方案一的原理是利用该景深延拓型全焦距成像模块具有对光学几何像差具有超强的容耐能力。

在光学成像模块与其载体的几何结构中，设计头罩的位置处在全焦距成像模块的空不变传递区域。这样利用该区域到镜头前的空间的相位过滤功能和成像模块的对像差的容耐能力，使得气动光学效应的干扰在其模糊成像中得到一定程度的缓解，使得得到的模糊中间像对气动光学干扰效应产生不敏感效应。

针对全焦距成像模块及与其载体的几何结构特性的图像处理系统将对模糊中间像进行预处理，并根据光学成像模块的psf对模糊中间像进行恢复，并对恢复的图像进行滤波等处理，图像处理算法的流程如图4a所示，最后得到抑制了气动光学效应干扰的较清晰的目标成像。

方案二是在这个系统中使用具有大等模糊景深的全焦距成像模块；成像模块与其载体的几何结构中，设计气动光学效应干扰区域在渐增模糊景深范围内；针对这个成像模块特性和其对应的与载体的结合结构的图像处理系统。

大等模糊景深的全焦距成像模块与方案一一致。

在光学成像模块与其载体的几何结构中，设计头罩的位置处在全焦距成像模块的空变传递区域，尤其在该成像系统的平均焦距对应的平面附近。这样利用该区域的psf具有大模糊光斑的超低频滤波特性，使得气动光学效应的干扰对成像产生超低通成像效应。而透过气动光学干扰层的目标成像是叠加在气动光学干扰的超低通成像上的，所以成像是气动光学效应的干扰被低频化的超大模糊同时叠加的目标成像的高频特征。

针对全焦距成像模块及与其载体的几何结构特性的图像处理系统将对其所成的模糊中间像进行滤波，并根据光学成像模块的psf对模糊中间像进行恢复，并对恢复的图像进行处理，图像处理的算法如图4b所示，最后得到抑制了气动光学效应干扰的较清晰的目标成像。

通过本发明，应用现有技术完全有可能实现抑制气动光学效应干扰的成像系统，得到较清晰的目标的成像信息。

附图说明

图1为抑制湍流的光学系统结构示意图

图2为全焦距成像系统示意图

图3为全焦距成像系统的空变特性mtf示意图

图4a，4b为数字图像处理流程图

图5为方案一结构示意图

图6为方案二结构示意图

图7为模拟的目标模型

图8a，8b，8c为具体实施方案一仿真效果图

图9a，9b，9c为具体实施方案二仿真效果图

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

1.方案实施光学平台

本实施例是在一个景深延拓型全焦距红外成像系统的模型上实现的仿真，该景深延拓型全焦距红外成像系统的相关指标为等模糊景深范围为1000mm----无穷远，在该范围内的点光源具有近似的等模糊特性，及近似相等的psf和mtf，如图3所示，1000mm，4000mm和inf处的mtf比较接近，各个频段幅值都大于或接近0.1，实际的其他物距的mtf也和图中的物距大于1000mm的mtf近似相等，280mm处的mtf只有极低频，具有极大的区别。

2.方案一实施例

应用上述光学平台，设计的光学系统和其载体的几何结构为气动光学效应干扰区域在光线平台系统1300mm处，使气动光学效应干扰发生在等模糊景深范围内，应用针对该平台的无穷远处和1300mm处的仿真成像模型，得到图8a。

应用针对上述几何结构设计的图像处理方法对得到的模糊图像按照图4a的流程进行恢复，得到图8b，图8c的仿真目标图像。

3.方案二实施例

应用上述光学平台，设计的光学系统和其载体的几何结构为气动光学效应干扰区域在光线平台系统280mm处，使气动光学效应干扰发生在渐增模糊景深范围内，应用针对该平台的无穷远处和280mm处的仿真成像模型，得到图9a。

应用针对上述几何结构设计的图像处理方法对得到的模糊图像按照图4b的流程进行恢复，得到图9b，图9c的仿真目标图像。

Claims (3)

1.一种抑制气动光学效应光学成像系统，其特征在于，包括：

A大模糊景深光学成像模块；

B抑制气动光学效应的图像处理模块；

C针对应用要求和气动光学干扰效应的特点，光学成像模块和其载体的几何结构关系有不同的设计原则；

其中，所述的大模糊景深光学成像模块为多焦点群光学聚焦模块，所述多焦点群光学聚焦模块具有：

在某一物距到镜头前具有渐增模糊psf，空变传递特性；

在该物距到无穷远物距的范围为等模糊景深，在其范围内具有等模糊psf，空不变传递特性；

所述的设计原则为，针对系统应用要求和气动光学干扰效应的特点，

把目标活动区域物距和气动光学效应干扰区域物距共同设计在空不变区域；

或者把目标活动区域物距设计在空不变物距区域，而把气动光学效应干扰区域设计在空变物距区域；

所述图像处理模块能够针对包容了气动光学干扰效应的目标成像进行图像恢复，滤波，并作针对具体应用的图像处理并输出，并且能够针对气动光学干扰效应被光学低频滤波而目标进行了有效成像得到的图像用数字图像处理方法进行再滤波、图像恢复、滤波，并作针对具体应用的图像处理并输出。

2.如权利要求1所述的抑制气动光学效应光学成像系统，其特征在于，所述多焦点群光学聚焦模块为聚焦曲面，包括偶对称式多焦点群光学聚焦曲面、奇对称式多焦点群聚焦曲面和奇偶对称多焦点群聚焦曲面。

3.一种抑制气动光学效应的光学成像方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

A.将气动光学效应发生的位置设计在成像系统的等模糊景深范围内，用大像差包容系统对干扰带来的像差进行包容修正；或

将气动光学效应发生的位置设计在成像系统的渐增模糊范围内，用光学成像方法对干扰进行低频滤波；

B.用具有可控空变特性的大模糊景深等模糊成像镜头透过气动光学干扰气流对目标成像；

C.当将气动光学效应发生的位置设计在成像系统的等模糊景深范围内，用大像差包容系统对干扰带来的像差进行包容修正时，针对包容了气动光学干扰效应的目标成像进行图像恢复，滤波，并作针对具体应用的图像处理并输出；

当所将气动光学效应发生的位置设计在成像系统的渐增模糊范围内，用光学成像方法对干扰进行低频滤波时，针对气动光学干扰效应被光学低频滤波而目标进行了有效成像得到的图像用数字图像处理方法进行再滤波、图像恢复、滤波，并作针对具体应用的图像处理并输出。