CN112432768A - 基于高光谱图像的光学多孔径成像系统平移误差测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高光谱图像的光学多孔径成像系统平移误差测量方法，其包括以下步骤：通过光学多孔径成像系统中的高光谱成像设备获得被观测目标或景物的高光谱图像。再通过计算机将上述的高光谱图像进行如下处理：计算高光谱图像中不同波段图像的图像评价值，并建立该评价值和波段图像对应波长的数组；再通过将上述得到的图像评价值列表数组，计算出波长和图像评价值的变化曲线关系，推导出所对应的平移误差。使用上述过程便可实现通过观测扩展景物或目标完成光学多孔径成像系统的平移误差测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学多孔径成像系统的技术领域，特别涉及一种基于高光谱图像的光学多孔径成像系统平移误差测量方法，其为使用光学多孔径成像系统获得的高光谱图像得到该光学多孔径成像系统的平移误差(piston error)的方法。
背景技术
光学多孔径成像系统是未来成像系统发展的一种趋势。大口径的光学成像系统可满足天文、对地观测等对高分辨率成像的日益增长的需求，以目前的加工技术和材料，单镜面的口径极限为8米级。其次，经验表明对于单口径望远镜而言，其成本和口径的平方成正比。另外，过大的口径使得现有机械支撑结构难以满足要求，运输的难度和成本也增加。而对于光学多孔径成像系统其通过多个孔径达到等效口径的角分辨率，同时，单个口径却较小、重量轻、成本低，可灵活布局。
探测平移误差是光学多孔径成像系统实现合成口径衍射成像的关键。在多孔径成像系统中，其平移误差(piston error)是所有像差中对像质影响最显著的一种特有像差。因此能否探测出平移误差再将其校正是光学多孔径成像系统实现等效合成口径分辨率成像的关键，为此许多团队与研究者也提出了各自的探测平移误差方法。但当前多种方法是利用来自若干光年距离外，可等效点光源的恒星的平行光束实现对多孔径成像系统的平移误差测量，当这些方法使用数百公里处的扩展景物光学图像时，这些方法的测量原理无法实现对平移误差的测量。
当前多孔径成像系统在观测扩展目标时，无法有效探测平移误差。在利用多孔径成像系统对地遥感观测时，由于载荷平台的运行轨道和姿态决定了其无法观测类似恒星这样点光源目标来测量平移误差。因此，通过观测扩展景物或目标来测量平移误差是多孔径成像系统实现对地观测的关键环节。
针对该技术问题，本发明提出基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，可以实现光学多孔径成像系统观测扩展景物或目标时，利用观测获取的高光谱图像，实现对多孔径成像系统的平移误差测量，为系统校正平移误差达到衍射极限成像提供补偿反馈参考和数据。
发明内容
本发明的方法解决问题是：克服现有的平移误差探测方法当使用扩展目标或景物作为光源时，无法实现对多孔径成像系统平移误差进行测量的不足。提供一种对光学多孔径成像系统可行的测量不同孔径间的平移误差方法，并且该方法工程上的复杂度与成本较低。
本发明的技术解决方案是：一种基于高光谱图像的光学多孔径成像系统平移误差测量方法，本方法利用光学多孔径成像系统中的光谱成像设备获得被观测目标或景物的高光谱图像，根据不同波段的光谱图像在成像时，平移误差对多孔径成像系统的点扩展函数调制程度不同，可通过对光谱图像进行图像质量评价，得到波段图像对应波长和其图像质量评价值关系，同时图像质量评价值的变化反应了点扩展函数受平移误差调制的变化。再根据点扩展函数的变化规律推导出对应的平移误差。该方法包括以下步骤：
步骤a.自适应光学系统校正光学多孔径成像的光学畸变误差后，再通过光学多孔径成像系统中的光谱成像设备获得被观测目标或景物的高光谱图像。
步骤b.通过计算机将上述的高光谱图像进行如下处理：
(b1).计算不同波段图像的图像质量评价值，并建立该评价值和波段图像对应波长的列表，形成数据数组。
(b2).通过将上述得到的图像质量评价值数组，结合对应的波段图像所的中心波长，计算或拟合出波长和图像质量评价值的周期变化关系，推导出所对应的平移误差。
步骤c.将步骤b中计算出的平移误差值可进行显示、输入闭环控制算法得到控制信号，再控制主镜的校正系统补偿多孔径成像系统的平移误差。
通过上述步骤，多孔径成像系统能够使用来自扩展景物或目标的光线为光源，进行自身的平移误差测量。
高光谱成像装置装备在大多数光学对地观测遥感成像系统中。因此，该方法的实现上，对成像系统硬件改动小。本方法根据多孔径成像系统的平移误差对不同工作波长下成像系统点扩展函数的调制变化规律推算出平移误差的大小。具体通过获得的扩展目标的高光谱图像中对应波段的光谱图像的评价值变化规律获得点扩展函数变化规律，点扩展函数变化规律反应了平移误差和对应波段图像的波长间存在的周期变化关系。从而可计算得到被测量的平移误差值，最终实现使用扩展目标进行平移误差探测的目的。
本发明与现有技术相比有如下优点：
(1)本发明根据扩展景物或目标的高光谱图像中不同波段的图像的评价值受到平移误差调制的性质。使用扩展景物高光谱图像，根据不同波段光谱图像的评价值变化规律得到受平移误差调整的点扩展函数变化规律，从而计算得到多孔径成像系统的平移误差值。在这一过程中是利用扩展景物或目标的高光谱图像，从而使得多孔径成像系统能够在观测扩展目标时，本方法具有提取出多孔径成像系统的平移误差能力。同时本方法克服了某些平移误差探测方法的2π相位模糊问题，本方法的探测范围大于若干个工作波长。
(2)本发明方法相对已有平移误差探测方法，不需要专门添置针对平移误差探测的专用光学传感器。因此本发明具有不增加工程上的复杂度与成本的优点。
附图说明
图1为本发明方法用于基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量系统示意图。其中，1为光学多孔径主镜系统；2为光学匹配系统；3为高光谱成像仪；4为计算机。
图2为本方法具有使用扩展目标高光谱图像进行平移误差测量过程步骤的示意图。
图3为对本方法实施例中，高光谱图像评价值和波长变化关系曲线。图3(a)当平移误差为5.68μm时的变化曲线，图3(b)当平移误差为9.89μm时的变化曲线。
具体实施方式
结合下列实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明方法实施例系统由光学多孔径主镜系统1、光学匹配系统2、高光谱成像仪3、计算机4组成。所获得的高光谱图像的空间分辨率为610×340个像素，光谱分辨率3.74nm，光谱成像仪对0.43μm-0.86μm波长范围内的103个波段进行成像。
本发明基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，按以下步骤实现：
a.多孔径主镜的子镜间平移误差大于若干个工作波长时。通过光学多孔径成像系统1的自适应光学系统校正系统中成像畸变误差，再使用光学多孔径成像系统1中的高光谱成像仪3观测扩展景物或目标，从而获得扩展景物或目标的高光谱图像，此时在计算机4上按照本发明方法中提取平移误差方法的步骤进行平移误差计算。
b.如图2所示，计算机4此时将高光谱成像仪3采集并送入的高光谱图像进行如下过程处理：
(b1)，对高光谱图像中的不同波段图像(如图2中1…M…N图像序列)，使用同一标准的图像像质评价方法进行图像像质评判，得到每幅图像的评价值，然后建立一个以图像对应波长(λ1…λM…λN)和其对应评价值的关系曲线。
(b2).通过上述关系曲线，可通过计算出曲线的变化周期t，乘以一个系数C0可推算出平移误差值(Piston)。
Piston＝C0×t
c.将b步骤中计算出的平移误差值piston进行显示、输入闭环控制算法得到控制信号，再控制主镜的能动补偿平移误差，达到实现在观测扩展景物或目标时实现平移误差探测和补偿，达到多孔径衍射极限成像的目的。
如图3所示，在多孔径成像系统的不同平移误差下，对应的评价曲线形态和变化周期不同。如图3(a)和图3(b)所示为平移误差为分别为5.68μm和9.89μm时的波长(λ1…λM…λN)和其对应评价值的关系曲线，因此根据该关系曲线可推算出平移误差的大小。
通过上述步骤，当多孔径成像系统对扩展景物或目标观测时，本发明方法通过对应景物或目标的高光谱图像实现了对该多孔径成像系统的平移误差的测量，因此本方法实现了通过高光谱图像对光学多孔径成像系统的平移误差测量。
Claims (4)
1.基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a.通过光学多孔径成像系统中的光谱成像设备获得被观测目标或景物的高光谱图像；
步骤b.通过计算机将上述的高光谱图像进行如下处理：
(b1).计算高光谱图像中波段图像的图像评价值，并建立评价值和波段图像对应波长的列表数组；
(b2).通过将上述得到的图像评价值列表数组，结合波段图像对应的波长信息，计算出波长信息和图像评价值的变化曲线关系，推导出所对应的平移误差；
步骤c.将步骤b中计算出的平移误差值可进行显示、输入闭环控制算法得到控制信号，再控制主镜的校正系统补偿多孔径成像系统的平移误差。
2.根据权利要求1所述的基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，其特征在于：该方法利用光学多孔径成像系统中的光谱成像设备获得被观测目标或景物的高光谱图像，根据不同波段的光谱图像在成像时，平移误差对多孔径成像系统的点扩展函数调制程度不同，可通过对光谱图像进行图像质量评价，得到波段图像对应波长和其图像质量评价值关系，同时图像质量评价值的变化反应了点扩展函数受平移误差调制的变化，再根据点扩展函数的变化规律推导出对应的平移误差。
3.根据权利要求1所述的基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，其特征在于：通过上述步骤，多孔径成像系统能够使用来自扩展景物或目标的光线为光源，进行自身的平移误差测量。
4.根据权利要求1所述的基于高光谱图像的光学多孔径成像系统的平移误差测量方法，其特征在于：高光谱成像装置装备在大多数光学对地观测遥感成像系统中，该方法的实现上，对成像系统硬件改动小，该方法根据多孔径成像系统的平移误差对不同工作波长下成像系统点扩展函数的调制变化规律推算出平移误差的大小，具体通过获得的扩展目标的高光谱图像中对应波段的光谱图像的评价值变化规律获得点扩展函数变化规律，点扩展函数变化规律反应了平移误差和对应波段图像的波长间存在的周期变化关系，从而可计算得到被测量的平移误差值，最终实现使用扩展目标进行平移误差探测的目的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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