CN110274696A - 大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质。其中，方法包括利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集；若各星点的低阶波前像差不连续，则根据预设调节幅度生成离焦量调节指令；当检测望远镜按照调节幅度在初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令；最后根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到望远镜的波前信息。本申请可有效提高望远镜波前传感的探测精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及波前传感检测技术领域，特别是涉及一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质。
背景技术
随着大口径大视场望远镜和航空航天技术的飞速发展，为了获得更高的巡天效率与集光能力，望远镜的口径与视场都在不断扩大。主动光学作为大口径大视场望远镜的关键技术，已经获得了广泛的应用。为了进一步发挥大口径大视场望远镜的探测能力，通过主动光学对望远镜中的各个主要部件进行独立、实时的面形校正与姿态控制，不仅可以降低对光学加工、系统装配精度的要求，还可以有效地放宽对大型跟踪架刚度的要求，降低系统运动惯量。
与传统以查表为主的主动光学相比，大口径大视场望远镜闭环主动光学系统具有校正频率高、可调节自由度多的特点。结合大口径大视场望远镜本身轴外像差敏感度高、焦面空间紧张的特点。一种不附加过多元件，且可以覆盖全部视场的焦面波前探测方法，就显得十分必要。
相关技术在检测大口径望远镜波前传感时，可采用光瞳面波前传感技术，该技术使用哈特曼传感器以及干涉仪来探测波前传感，干涉仪的精度对波前传感精度和准确度至关重要，使用更大口径的干涉仪来增加测量精度，其成本将难以控制。也就是说，采用光瞳面波前传感技术探测望远镜的波前传感的准确度和精度受制于干涉仪物理硬件参数，不利于提升波前传感的探测精度。
发明内容
本公开实施例提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质，解决了相关技术存在的弊端，提高了望远镜波前传感的探测精度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法，包括：
利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；所述焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集；
若各星点的低阶波前像差不连续，则根据预设调节幅度生成离焦量调节指令；当检测所述望远镜按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令；
根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息。
可选的，所述根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息包括：
若所述望远镜的工作模式为快速低阶模式，则将各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像的各星点的低阶波前信息作为所述望远镜的波前信息；
若所述望远镜的工作模式为慢速高阶模式，则发送在与所述焦平面离焦图像的成像位置相对称的离焦位置进行成像的指令，以得到对称离焦图像；所述对称离焦图像为所述图像传感处于长曝光状态下所采集；利用泊松方程计算所述对称离焦图像得到高阶波前信息，将所述高阶波前信息作为所述望远镜的波前信息。
可选的，所述调节幅度为离焦量调节执行机构的最小步长或最小分辨率。
可选的，所述图像传感器采集所述焦平面离焦图像的曝光时间不小于第一曝光时间，所述第一曝光时间根据第一公式计算所得，所述第一公式为：
式中，T0为所述第一曝光时间，γ0-cam为所述图像传感器处的大气相关长度，v为风速。
可选的，所述根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息之后，还包括：
根据所述焦平面离焦图像中各星点的形状计算所述图像传感器的靶面倾斜误差；
判断所述靶面倾斜误差和所述图像传感器的靶面平移误差的差值是否不小于预设误差阈值；
若是，则得到的所述望远镜的波前信息无效，并发送重新探测所述望远镜波前信息的指令。
本发明实施例另一方面提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感装置，包括：
图像信息计算模块，用于利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；所述焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集；
信息统计模块，用于统计各星点的低阶波前像差；
离焦量自适应调节模块，用于若各星点的低阶波前像差不连续，根据预设调节幅度生成离焦量调节指令，以按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量；
图像采集模块，用于当检测所述望远镜按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令；
波前信息解算模块，用于根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息。
本发明实施例还提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感设备，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有大视场主动光学望远镜的波前传感程序，所述大视场主动光学望远镜的波前传感程序被处理器执行时实现如前任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
本发明实施例最后还提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感系统，包括望远镜、图像传感器、移动机构、离焦量调节执行机构以及大视场主动光学望远镜的波前传感处理器；
所述图像传感器设置在所述移动机构上，用于采集所述望远镜的离焦图像；
所述移动机构用于带动所述图像传感器在所述望远镜的视场边缘进行移动；
所述离焦量调节执行机构分别与所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器和所述望远镜相连，用于根据所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器发送的离焦量调节指令调节所述望远镜的离焦量；
所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器置用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
可选的，所述望远镜包括工作模式选择模块，所述工作模式选择模块用于根据用户输入指令确定所述望远镜的工作模式为快速低阶模式还是慢速高阶模式。
本申请提供的技术方案的优点在于，利用DOUNT快速算法得到各星点的低阶波前信息，探测速度快，所处理的数据量少，有利于提高波前传感的探测效率；通过移动图像传感器位置扩大了可用视场并获得不同离焦量的星点图像，从而适用于大视场望远镜的波前探测；通过判断低阶波前的连续性来自适应调节离焦量，获得信噪比好的离焦图像，可得到高灵敏度、高空间分辨率的波前信息解算结果；此外，自适应调节离焦量，可适应不同的视宁条件，有利于降低大气扰动、天光背景计算误差、目标强度归一化误差及图像配准误差，从而可得到更高精度的测量。
此外，本发明实施例还针对大视场主动光学望远镜的波前传感方法提供了相应的实现装置、设备、系统及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置、设备、系统及计算机可读存储介质具有相应的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种曲率传感原理示意图；
图3为本发明实施例提供的不同离焦量所对应的空间频率与检测误差的曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的大视场主动光学望远镜的波前传感装置的一种具体实施方式结构图；
图6为本发明实施例提供的大视场主动光学望远镜的波前传感装置的另一种具体实施方式结构图；
图7为本发明实施例提供的大视场主动光学望远镜的波前传感系统的一种具体实施方式结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：
S101：利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息。
在本申请中，焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集所得。图像传感器可设置在可移动执行机构上，在可移动直线机构按照预设路径在望远镜视场边缘进行移动时带动图像传感器移动。初始离焦量可根据图像传感器的视宁度确定。为了降低大气扰动对图像成像过程的干扰，图像传感器可在长曝光状态下采集图像。可选的，采集焦平面离焦图像的曝光时间不小于第一曝光时间，第一曝光时间可根据公式1计算所得为：
式中，T0为第一曝光时间，γ0-cam为图像传感器处的大气相关长度，v为风速。其中，焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息即为泽尔尼克多项式的前9项，可DOUNT快速算法计算所得。焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息的具体计算过程，可参阅相关技术中记载的DOUNT快速算法计算图像星点波前信息的过程，此处，便不再赘述。
S102：判断各星点的低阶波前相差是否连续，若不连续，则执行S103；若连续，则执行S106。
可以理解的是，焦平面离焦图像中各星点的低阶波前的相差为连续的，则表明采集的焦平面离焦图像精度较高，离焦量合适，受外界干扰较小；若低阶波前相差不连续，则表明采集的焦平面离焦图像的离焦量不合适，图像干扰信息较多，对此进行图像处理所得数据精度较低，准确度较低。
S103：根据预设调节幅度生成离焦量调节指令。
利用焦平面所获得的图像对波前进行恢复的焦平面波前传感方法中，针对大口径大视场望远镜闭环主动光学系统，可利用曲率传感器实现相位恢复。请参阅图2所示，曲率传感器为光瞳处波前局部的曲率变化，所对应的焦内像与焦外像的光强分布会发生对应的变化。根据近场电磁波的传输方程，可以解算出波前信息。离焦量的确定为曲率传感中十分重要的步骤，一般来说，要求大气相关长度在焦面上的投影要远大于由于视宁极限所造成的弥散斑，同时，不同的离焦量所对应的空间分辨率也不同，即主要探测的像差也不同，如式2所示。但是，需要注意的是离焦量过大，会造成弥散斑的面积过大，降低探测信噪比，当信噪比小于5时，即无法成像，
式中，f为焦距，l为离焦量，r0为大气相关长度，λ为光波长。基于此可得式3：
式中，FWHMCom为系统在各种因素下的全宽半高。在Roddier的推导中仅仅考虑了大气视宁对星点像的弥散，而实际大口径大视场望远镜的运行中，其中，大口径大视场所特有的为杜瓦制冷所带来的振动以及热逃逸所带来相机附近的大气湍流扰动。视宁度为指的是目标通过的大气后的模糊程度，除一般意义上的大气视宁外，由于温差引起的镜面视宁度会严重的影响成像质量，并在此基础上研究了强迫对流对镜面视宁度的影响，而且，对于随动圆顶，圆顶视宁度往往也需要纳入考虑。
由于主动光学望远镜需要进行系统的主动调节，故其波前传感过程对大气扰动更加敏感。大口径大视场望远镜热控方案除了需要考虑望远镜结构的热惯性以及跟踪架、塔台封闭空间的主动通风，与高分辨成像系统不同的是，大口径视场望远镜的探测器多位于主镜前方，对于图像传感器所引入的视宁度，定义为图像传感器上方与下方空气对图像传感器影响的合成：
式中，Seeingcam为图像传感器处的视宁度，为镜面视宁度，为圆顶视宁度。
以LSST(Large Synoptic Survey Telescope，大型天气巡天望远镜)为例，光路需要多次经过图像传感器，图像传感器组件自身大约存在200W的热逃逸，大气扰动是一个随着时间与站址变化的因素，因此，不同的离焦量所对应的空间分辨率也不同，即主要探测的像差也不同如图3所示。图3横坐标为空间频率，纵坐标为检测误差，离焦量的选择除大气影响之外，还需要考虑所检测的目标像差模式以及该种模式像差的校正需求。在标定模式下，由于可以使用多次迭代的方法，其检测的初始容差就比较大，通过足够多次计算，可以将误差降低至需求水平，但是，对于闭环工作模式的大视场主动光学系统，由于可用于探测的时间受限，自适应调节的重要性就突显显出来。
在本申请中，离焦量调节指令发送至离焦量调节执行机构，该执行机构自动调节望远镜的离焦量，离焦量调节指令可包含按照调节幅度在初始离焦量的基础上自动增加离焦量的信息，调节幅度可为离焦量调节执行机构的最小步长或最小分辨率。
S104：判断望远镜是否按照调节幅度在初始离焦量的基础上自动增加离焦量，若是，则执行S105。
可以理解的是，可判断当前望远镜的离焦量和初始离焦量或上一次调节后的离焦量值的差值是否为调节幅度值，若是，则表明执行成功，若否，则表明执行不成功，还可再次发送离焦量调节指令给离焦量调节执行机构，直至当前望远镜的离焦量和初始离焦量或上一次调节后的离焦量值的差值与调节幅度值相同。
S105：发送重新采集焦平面离焦图像的指令，并跳转至S101。
本申请中，循环执行S101-S105直至得到的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息的像差连续，也就是说，通过自适应调节望远镜的离焦量，保证得到高精度、高准确度的焦平面离焦图像，从而有利于得到高精度、高准确度的波前信息。
S106：根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到望远镜的波前信息。
在本发明实施例提供的技术方案中，利用DOUNT快速算法得到各星点的低阶波前信息，探测速度快，所处理的数据量少，有利于提高波前传感的探测效率；通过移动图像传感器位置扩大了可用视场并获得不同离焦量的星点图像，从而适用于大视场望远镜的波前探测；通过判断低阶波前的连续性来自适应调节离焦量，获得信噪比好的离焦图像，可得到高灵敏度、高空间分辨率的波前信息解算结果；此外，自适应调节离焦量，可适应不同的视宁条件，有利于降低大气扰动、天光背景计算误差、目标强度归一化误差及图像配准误差，从而可得到更高精度的测量。
本申请发明人经研究发现，针对大口径大视场望远镜的波前探测，目前包括两种技术，其一为使用两幅离焦图像结合基底展开与迭代的方式，代表的望远镜为Mayall、VISTA，LBT、DCT、LSST；目前主要在眼科检测等静态像差检测中使用。与自适应系统配合使用的曲率传感中，鼓膜法也有着较多应用，利用鼓膜的凹凸变化，产生离焦图像，当所检测波长范围较窄时，也可以使用焦散光栅获得离焦图。另一个为使用单幅离焦图像结合DONUT算法，代表望远镜为DECam、SST、VST。与DONUT算法结合使用的是利用节点像差理论相位恢复技术。在此选考虑到需要对较高的阶数进行探测，故使用两幅离焦图对数据进行处理的方案。对于离焦图像的获得，在曲率传感诞生初期，主要使用分光镜，对同一个目标成像，在DCT之后，离焦像的获得主要采用错位探测器的形式。Donut模式的优势在于探测速度快，所处理的数据量少，但是缺点在于对高阶波前误差的探测能力弱。可通过位于对称焦平面的两幅离焦图像的差分，将大气闪烁，传感器暗电流，以及读出噪声消除。同时，在波前总光强的估计上，还可采用两点平均，也可以降低部分误差。同时，错位探测器可以获得更高探测阶数，更高的探测阶数意味着更强的误差解算能力，即使在主动光学校正能力有限的情况下，依旧需要尽可能提高探测能力。
基于此，请参阅图4，针对用户在应用场景下的不同需求，例如需要探测效率高，快速得到波前信息；又或者是需要得到高阶波前信息等等，本申请还针对不同用户需求设置了两种工作模型，即快速低阶模式和慢速高阶模式。相应的，在望远镜中可设置模式选择模块，用户可根据自身需求进行模式选择。
其中，若望远镜的工作模式为快速低阶模式，则将各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像的各星点的低阶波前信息作为望远镜的波前信息。在快速低阶模式中，只需先确定各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像，然后可调用该图像利用DONUT快速算法计算得到的各星点的低阶波前信息。需要说明的是，若用户需求更高效率的波前信息，也就是说用户需要在极短时间内获取波前信息，本申请还可在快速低阶模式中进一步设置效率选择子模式，效率选择子模式可包括低效率波前信息获取子模式和高效率波前信息获取子模式。当用户选择的是低效率波前信息获取子模式，则输出低阶波前像差连续的焦平面离焦图像中的各星点的低阶波前信息；当用户选择的是高效率波前信息获取子模式，则输出S101计算得到的各星点的低阶波前信息。
在该实施例中，若望远镜的工作模式为慢速高阶模式，则发送在与焦平面离焦图像的成像位置相对称的离焦位置进行成像的指令，以得到对称离焦图像；对称离焦图像为图像传感处于长曝光状态下所采集；利用泊松方程计算对称离焦图像得到高阶波前信息，将高阶波前信息作为望远镜的波前信息。采集对称离焦图像的位置与S101步骤中采集的焦平面离焦图像所处位置相对称。利用泊松方程处理对称离焦图像以得到高阶波前信息的过程，可参阅相关技术中记载的泊松方式的解算过程，此处，便不再赘述。
在本实施例中，基于两种工作模式的优势，首先对视场内的诸多目标使用DONUT算法，在理想情况下，相邻视场所解算得到的波前误差是连续的，如果由各个星点所计算得到的像差量变化过于剧烈，那么，说明噪声影响过大，需要调节离焦量。直到获得信噪比较好的结果。此时，将探测其移动到关于焦面对称的位置进行图像采集。
在另外一种实施方式下，为了进一步提高最终输出波前信息的准确性，还可对输出的波前信息进行验证，具体可通过下述方式执行：
根据焦平面离焦图像中各星点的形状计算图像传感器的靶面倾斜误差；判断靶面倾斜误差和图像传感器的靶面平移误差的差值是否不小于预设误差阈值；若是，则得到的望远镜的波前信息无效，并发送重新探测望远镜波前信息的指令。
其中，根据焦平面离焦图像中各星点的形状计算图像传感器的靶面倾斜误差可采用任何一种已有算法，本申请对此不做任何限定，计算过程可参阅相关技术中所记载的内容，此处，便不再赘述。图像传感器的靶面平移误差页可采用任何一种已有算法进行计算，本申请对此不做任何限定，计算过程可参阅相关技术中所记载的内容，此处，便不再赘述。误差阈值可根据实际应用场景、用户精度需求以及图像传感器的硬件参数信息进行确定，例如可为0.01，这均不影响本申请的实现。靶面倾斜误差和图像传感器的靶面平移误差的差值不满足要求，则需要重新进行波前信息的探测，也即需重新执行上述任意一个方法实施例的步骤直至满足靶面倾斜误差和图像传感器的靶面平移误差的差值不大于误差阈值。
需要说明的是，本申请还可实现与主探测单元形成错位探测器的方法，同时结合以上两种工作模式的优点，但是需要主探测单元的靶面也产生轻微的离焦。该应用模式在非观测模式下可以实现快速，准确的波前探测，由于主探测单元与波前传感单元间像元尺寸，传感器暗电流、读出噪声等差异的影响，还可通过初期的实验进行标校。
本发明实施例还针对大视场主动光学望远镜的波前传感方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的大视场主动光学望远镜的波前传感装置进行介绍，下文描述的大视场主动光学望远镜的波前传感装置与上文描述的大视场主动光学望远镜的波前传感方法可相互对应参照。
参见图5，图5为本发明实施例提供的大视场主动光学望远镜的波前传感装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：
图像信息计算模块501，用于利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集。
信息统计模块502，用于统计各星点的低阶波前像差。
离焦量自适应调节模块503，用于若各星点的低阶波前像差不连续，根据预设调节幅度生成离焦量调节指令，以按照调节幅度在初始离焦量的基础上自动增加离焦量。
图像采集模块504，用于当检测望远镜按照调节幅度在初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令。
波前信息解算模块505，用于根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到望远镜的波前信息。
可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述波前信息解算模块505例如还可以包括：
低阶波前信息计算子模块，用于若望远镜的工作模式为快速低阶模式，则将各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像的各星点的低阶波前信息作为望远镜的波前信息；
高阶波前信息计算子模块，用于若望远镜的工作模式为慢速高阶模式，则发送在与焦平面离焦图像的成像位置相对称的离焦位置进行成像的指令，以得到对称离焦图像；对称离焦图像为图像传感处于长曝光状态下所采集；利用泊松方程计算对称离焦图像得到高阶波前信息，将高阶波前信息作为望远镜的波前信息。
可选的，在本实施例的另一些实施方式中，请参阅图6，所述装置例如还可以包括验证模块506，所述验证模块506可包括：
计算子模块，用于根据焦平面离焦图像中各星点的形状计算图像传感器的靶面倾斜误差。
无效判定子模块，用于若靶面倾斜误差和图像传感器的靶面平移误差的差值不小于预设误差阈值，则得到的望远镜的波前信息无效。
重新计算子模块，用于靶面倾斜误差和图像传感器的靶面平移误差的差值不小于预设误差阈值，发送重新探测望远镜波前信息的指令。
本发明实施例所述大视场主动光学望远镜的波前传感装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例解决了相关技术存在的弊端，提高了望远镜波前传感的探测精度。
本发明实施例还提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感设备，具体可包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
本发明实施例所述大视场主动光学望远镜的波前传感设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例解决了相关技术存在的弊端，提高了望远镜波前传感的探测精度。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有大视场主动光学望远镜的波前传感程序，所述大视场主动光学望远镜的波前传感程序被处理器执行时如上任意一实施例所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例解决了相关技术存在的弊端，提高了望远镜波前传感的探测精度。
最后，本发明实施例还提供了一种大视场主动光学望远镜的波前传感系统，参见图7，可包括：
大视场主动光学望远镜的波前传感系统可包括望远镜71、图像传感器72、移动机构73、离焦量调节执行机构74以及大视场主动光学望远镜的波前传感处理器75。
其中，图像传感器72设置在移动机构73上，可用于采集望远镜的离焦图像；移动机构73可用于带动图像传感器72在望远镜的视场边缘进行移动。图像传感器72可采用任何一种可采集图像的传感器，例如可为CCD图像传感器，移动机构73可为任何一种可按照预设路径进行移动的机械装置或者是电动装置，本申请对此不做任何限定。
在本申请中，离焦量调节执行机构74分别与大视场主动光学望远镜的波前传感处理器75和望远镜71相连，可用于根据大视场主动光学望远镜的波前传感处理器75发送的离焦量调节指令调节望远镜的离焦量。大视场主动光学望远镜的波前传感处理器置75可用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上任一个大视场主动光学望远镜的波前传感方法实施例的步骤。
在一种实施方式中，望远镜71可包括工作模式选择模块，工作模式选择模块用于根据用户输入指令确定望远镜71的工作模式为快速低阶模式还是慢速高阶模式。
本发明实施例所述大视场主动光学望远镜的波前传感系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例解决了相关技术存在的弊端，提高了望远镜波前传感的探测精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种大视场主动光学望远镜的波前传感方法，其特征在于，包括：
利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；所述焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集；
若各星点的低阶波前像差不连续，则根据预设调节幅度生成离焦量调节指令；
当检测所述望远镜按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令；
根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息。
2.根据权利要求1所述的大视场主动光学望远镜的波前传感方法，其特征在于，所述根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息包括：
若所述望远镜的工作模式为快速低阶模式，则将各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像的各星点的低阶波前信息作为所述望远镜的波前信息；
若所述望远镜的工作模式为慢速高阶模式，则发送在与所述焦平面离焦图像的成像位置相对称的离焦位置进行成像的指令，以得到对称离焦图像；所述对称离焦图像为所述图像传感处于长曝光状态下所采集；利用泊松方程计算所述对称离焦图像得到高阶波前信息，将所述高阶波前信息作为所述望远镜的波前信息。
3.根据权利要求2所述的大视场主动光学望远镜的波前传感方法，其特征在于，所述调节幅度为离焦量调节执行机构的最小步长或最小分辨率。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的大视场主动光学望远镜的波前传感方法，其特征在于，所述图像传感器采集所述焦平面离焦图像的曝光时间不小于第一曝光时间，所述第一曝光时间根据第一公式计算所得，所述第一公式为：
式中，T0为所述第一曝光时间，γ0-cam为所述图像传感器处的大气相关长度，v为风速。
5.根据权利要求4所述的大视场主动光学望远镜的波前传感方法，其特征在于，所述根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息之后，还包括：
根据所述焦平面离焦图像中各星点的形状计算所述图像传感器的靶面倾斜误差；
判断所述靶面倾斜误差和所述图像传感器的靶面平移误差的差值是否不小于预设误差阈值；
若是，则得到的所述望远镜的波前信息无效，并发送重新探测所述望远镜波前信息的指令。
6.一种大视场主动光学望远镜的波前传感装置，其特征在于，包括：
图像信息计算模块，用于利用DOUNT快速算法计算望远镜的焦平面离焦图像中各星点的低阶波前信息；所述焦平面离焦图像为图像传感器在望远镜视场边缘移动过程中、且处于长曝光和初始离焦量状态下采集；
信息统计模块，用于统计各星点的低阶波前像差；
离焦量自适应调节模块，用于若各星点的低阶波前像差不连续，根据预设调节幅度生成离焦量调节指令，以按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量；
图像采集模块，用于当检测所述望远镜按照所述调节幅度在所述初始离焦量的基础上自动增加离焦量，发送重新采集焦平面离焦图像的指令；
波前信息解算模块，用于根据各星点的低阶波前像差连续的焦平面离焦图像得到所述望远镜的波前信息。
7.一种大视场主动光学望远镜的波前传感设备，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有大视场主动光学望远镜的波前传感程序，所述大视场主动光学望远镜的波前传感程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
9.一种大视场主动光学望远镜的波前传感系统，其特征在于，包括望远镜、图像传感器、移动机构、离焦量调节执行机构以及大视场主动光学望远镜的波前传感处理器；
所述图像传感器设置在所述移动机构上，用于采集所述望远镜的离焦图像；
所述移动机构用于带动所述图像传感器在所述望远镜的视场边缘进行移动；
所述离焦量调节执行机构分别与所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器和所述望远镜相连，用于根据所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器发送的离焦量调节指令调节所述望远镜的离焦量；
所述大视场主动光学望远镜的波前传感处理器置用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述大视场主动光学望远镜的波前传感方法的步骤。
10.根据权利要求9所述的大视场主动光学望远镜的波前传感系统，其特征在于，所述望远镜包括工作模式选择模块，所述工作模式选择模块用于根据用户输入指令确定所述望远镜的工作模式为快速低阶模式还是慢速高阶模式。
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