CN117330292A - 外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，包括图像获取步骤、点除处理计算步骤、曲线分析步骤以及日冕仪极限角分辨率计算步骤，还提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，包括第一前置目标物模块或第二前置目标物模块、第一日冕仪模块或第二日冕仪模块、探测器模块以及数据处理模块，以实现用MTF测试方法对日冕仪外掩体渐晕覆盖区域成像质量的测量，进而采用成像质量评估结果对探测器的精准调焦，以此提高日冕仪观测数据的质量。

Description

外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统

技术领域

本发明属于日冕仪渐晕区域成像分辨率测量技术领域，尤其涉及一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统。

背景技术

日冕仪是一种观测太阳周围日冕的望远镜，包括：外掩式日冕仪和内掩式日冕仪。外掩式日冕仪是用外掩体对太阳直射光进行遮挡，模拟日全食的效果以此来观测日冕。对于大视场外掩式日冕仪，由于在内视场附近太阳K冕和F冕的亮度较高，其亮度会在一定视场区域超出CCD探测器的动态区域，影响正常的成像。大视场外掩式日冕仪的外掩体边缘会在视场中产生一定区域的渐晕，可以在一定程度降低内视场的亮度，但只此一个渐晕来源不足以将内视场降到所需要的亮度，还需加入特殊设计的渐晕光阑。

在几何光学中，轴上点发出的充满入射光瞳的光束，经过光学系统以充满出射光瞳的光束成像。有些光学系统对于轴外点则不能以充满入射光瞳的光束全部通过系统成像，会造成轴外点成像光束小于轴上点成像光束，使像面边缘光照度有所下降。这种轴外点光束被部分地遮拦掉的现象称为轴外点的渐晕。对某个特定位置，通常选用有渐晕时的像元亮度与无渐晕时的像元亮度之比来衡量渐晕的强弱，比值越小代表该点的渐晕越强。

由渐晕引起的成像分辨率下降有很多常见的评价标准，为了更为直观的体现观测者的判断，选择调制传递函数曲线MTF(Modulation Transfer Function)作为评价标准。MTF是个基于对比度的量，体现了一个光学系统整体的成像质量。在光学系统性能测试中，通常选用一组交替的等宽亮暗线条作为目标物，线条的尺寸按照一定的规律逐渐减小。测试时使用待测光学系统对目标物线条进行依次成像，其中能被清晰分辨出的最小一组线条图案被认为是该光学系统的分辨率极限。在光学中一般把一亮一暗两个线条称为一个线对，每毫米中含有多少个线对即为目标物的空间频率(lp/mm)，成像完成后以每组线条的空间频率为坐标横轴，其对应的对比度为纵轴即可绘制得到待测仪器的MTF曲线。对大视场日冕仪，需要分别测量得出外掩体渐晕覆盖区域内，且在不同渐晕强弱位置的MTF曲线，并以此分析渐晕对日冕仪成像分辨率的影响。另外由于MTF曲线中体现的极限分辨率在很大程度上受探测器调焦精度影响，因此可以作为判断依据来辅助提高对焦准确度。

但是，对于大视场外掩式日冕仪，现有技术中的MTF测试方法并不适用，首先外掩体位于物镜前端一段距离，无法实现目标物的靠近放置；另外MTF测试针对的是外掩体渐晕造成的影响，因此应当使测试符合大视场外掩式日冕仪的实际应用场景。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统，以实现用MTF测试方法对日冕仪外掩体渐晕覆盖区域成像质量的测量，进而采用成像质量评估结果对探测器的精准调焦，以此提高日冕仪观测数据的质量。

一方面，本发明提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，包括：

图像获取步骤，通过探测器模块向第一日冕仪模块与第一前置目标物模块方向拍摄得到光源分布图像，通过所述探测器模块向第二日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到渐晕分布图像，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第二前置目标物模块方向拍摄得到分辨率板图像，通过所述探测器模块遮挡拍摄得到暗场图像；

点除处理计算步骤，通过点除处理所述光源分布图像、所述渐晕分布图像以及所述分辨率板图像分别减去所述暗场图像后的数据，得到全视场渐晕强度归一化分布、各组分辨率线的归一化亮度值，从而提取视场中指定强度渐晕对应位置，基于所述视场中指定强度渐晕对应位置得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度；

曲线分析步骤，基于所述指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度绘制曲线，通过计算所述指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度曲线中每组分辨率线对比度，得到指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，基于所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体渐晕区域成像质量评估。

在一些实施例中，外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法还包括：

日冕仪极限角分辨率计算步骤，基于所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线中指定一组的分辨率线，得到该组分辨率线的尺寸，并根据分辨率板与所述物镜组件的距离，计算得出日冕仪的极限角分辨率。

在一些实施例中，图像获取步骤进一步包括：

光源分布图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第一前置目标物模块、所述第一日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第一日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到所述光源分布图像；

渐晕分布图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第一前置目标物模块、所述第二日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到所述渐晕分布图像；

分辨率板图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第二前置目标物模块、所述第二日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第二前置目标物模块方向拍摄得到所述分辨率板图像；

暗场图像获取步骤，通过遮挡所述探测器模块的镜头，拍摄得到所述暗场图像。

在一些实施例中，所述点除处理计算步骤进一步包括：

外掩体边缘渐晕强度分布计算步骤，通过使所述渐晕分布图像减去所述暗场图像，使所述光源分布图像减去所述暗场图像，并进行点除处理，得到全视场渐晕强度归一化分布，通过筛选所述全视场渐晕强度归一化分布得到所述外掩体边缘渐晕强度分布，基于所述外掩体边缘渐晕强度分布提取所述视场中指定强度渐晕对应位置。

分辨率线亮度分布计算步骤，通过使所述分辨率板图像减去暗场图像，使所述渐晕分布图像减去暗场图像，并进行点除处理，得到各组分辨率线的归一化亮度值，通过在分辨率板图像中，将所述视场中指定强度渐晕对应位置的归一化亮度逐个像元按顺序输出，得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度。

在一些实施例中，渐晕强度表示为如下计算模型：

其中，DN_V为日冕仪视场中外掩体渐晕覆盖区域像元亮度，DN为同一像元在未被渐晕覆盖时的亮度。

在一些实施例中，所述分辨率线对比度表示为如下计算模型：

其中，I_max和I_min分别为分辨率白线和黑线的亮度值。

在一些实施例中，所述日冕仪极限角分辨率表示为如下计算模型：

其中，a为分辨率线的线宽；b为该组分辨率线与日冕仪物镜的距离。

另一方面，本发明还提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，用于实现上述外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，包括：

第一前置目标物模块或第二前置目标物模块，所述第一前置目标物模块用于提供模拟光源，所述第二前置目标物模块用于提供模拟光源以及分辨率板；

第一日冕仪模块或第二日冕仪模块，所述第一日冕仪模块用于提供待测日冕仪组件以遮挡消除所述模拟光源的部分光线，所述第二日冕仪模块用于提供外掩体以及待测日冕仪组件以遮挡消除所述模拟光源的部分光线；

探测器模块，经过所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块射出的光线聚焦至所述探测器模块上，所述探测器模块用于摄取光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像及暗场图像；

数据处理模块，用于对所述光源分布图像、所述渐晕分布图像、所述分辨率板图像及所述暗场图像进行点除处理，并基于点除处理得到的指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度，绘制指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，通过所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体渐晕区域成像质量评估。

在一些实施例中，所述第一前置目标物模块或所述第二前置目标物模块还包括：

平行光管，设于所述模拟光源的一侧；

第一匀光片，设于所述平行光管远离所述模拟光源的一侧；

第二匀光片，设于所述第一匀光片远离所述平行光管的一侧；

所述第一前置目标物模块中，所述模拟光源的光线依次通过所述平行光管、所述第一匀光片以及所述第二匀光片，并射向所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块；所述所述第二前置目标物模块中，所述模拟光源的光线依次通过所述平行光管、所述第一匀光片、所述第二匀光片以及所述分辨率板，并射向所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块。

在一些实施例中，所述待检测日冕仪组件包括：沿光路方向依次设置的物镜光阑组件、物镜组件、内掩体、消光槽组件、场镜组件、消杂光光阑组件、Lyot光阑组件、中继镜组件以及滤光片。

综上所述，本发明提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统，测得光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像以及暗场图像，经过点除处理后得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度，基于指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度绘制指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，最终基于指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体渐晕区域成像质量评估。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分将从说明书中的描述变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法的第一流程图；

图2为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法的第二流程图；

图3为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统的结构示意图；

图4为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统的第二前置目标物模块内部结构示意图。

图中：

1、第二前置目标物模块；2、外掩体；3、物镜光阑组件；4、物镜组件；5、内掩体；6、消光槽组件；7、场镜组件；8、消杂光光阑组件；9、Lyot光阑组件；10、中继镜组件；11、滤光片；12、探测器模块；13、模拟光源；14、平行光管；15、第一匀光片；16、第二匀光片；17、分辨率板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施例一

本发明的说明书附图中，图1为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法的第一流程图；图2为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法的第二流程图；图3为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统的结构示意图；图4为本发明外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统的第二前置目标物模块内部结构示意图。

参考附图1所示，本发明提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，包括图像获取步骤S1、点除处理计算步骤S2、曲线分析步骤S3以及日冕仪极限角分辨率计算步骤S4，其中：

图像获取步骤S1，通过探测器模块12向第一日冕仪模块与第一前置目标物模块方向拍摄得到光源分布图像，通过探测器模块12向第二日冕仪模块与第一前置目标物模块方向拍摄得到渐晕分布图像，通过探测器模块12向第二日冕仪模块与第二前置目标物模块1方向拍摄得到分辨率板图像，通过探测器模块12遮挡拍摄得到暗场图像；

点除处理计算步骤S2，通过点除处理光源分布图像、渐晕分布图像以及分辨率板图像分别减去暗场图像后的数据，得到全视场渐晕强度归一化分布、各组分辨率线的归一化亮度值，从而提取视场中指定强度渐晕对应位置，基于视场中指定强度渐晕对应位置得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度；

曲线分析步骤S3，基于指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度绘制曲线，通过计算指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度曲线中每组分辨率线对比度，得到指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，基于指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体2渐晕区域成像质量评估；

日冕仪极限角分辨率计算步骤S4，基于指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线中指定一组的分辨率线，得到该组分辨率线的尺寸，并根据分辨率板17与物镜组件4的距离，计算得出日冕仪的极限角分辨率。

需要说明的是，曲线分析步骤S3中，基于点除处理计算步骤S2得到的指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度，绘制指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度曲线，在指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度曲线中可以获得每组分辨率线的若干亮度最高值和亮度最低值，通过MTF计算公式MTF＝(最大亮度-最小亮度)/(最大亮度+最小亮度)，计算每组分辨率线的明暗对比度，将所得结果绘制得出指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线。

在一些实施例中，日冕仪极限角分辨率计算步骤S4中，指定一组的分辨率线指人眼分辨极限位置对应的分辨率线，在工程光学中通常认为MTF＝0.03时为人眼分辨极限，因此需要计算日冕仪人眼分辨的极限角分辨率时，在MTF曲线中人眼分辨极限位置找到对应的分辨率线，根据该组分辨率线的尺寸和分辨率板17距离日冕仪物镜的大小，即可计算得出日冕仪人眼分辨的极限角分辨率。

在一些实施例中，图像获取步骤S1进一步包括：

暗场图像获取步骤S11，通过在探测器模块12前放置遮挡物确保无环境杂散光进入，进行拍摄得到暗场图像，暗场图像主要包括探测器模块12自身的本底噪声，用于减小测量误差，在一些实施例中，使用镜头盖盖住镜头即可进行拍摄得到暗场图像。

光源分布图像获取步骤S12，沿光路方向依次设置第一前置目标物模块、第一日冕仪模块以及探测器模块12，调节第一前置目标物模块、第一日冕仪模块，使模拟光源13发出的光经过平行光管14后形成的光束与第一日冕仪模块共一光轴，调节平行光管14焦距使光束大小足够覆盖整个第一匀光片15，通过第一匀光片15的光照射到作为分辨率板17背景的第二匀光片16上进行二次匀化，将内掩体5通过内置支杆调节滑块移出视场区域，通过探测器模块12进行拍摄，得到光源分布图像；

渐晕分布图像获取步骤S13，沿光路方向依次设置第一前置目标物模块、第二日冕仪模块以及探测器模块12，使外掩体2与光轴重合，在视场空白位置放置目标物对探测器进行目视粗调焦，此时可以在视场中观察到外掩体2周围出现均匀的渐晕，去掉用于调焦的目标物，通过探测器模块12进行拍摄得到渐晕分布图像；

分辨率板图像获取步骤S14，沿光路方向依次设置第二前置目标物模块1、第二日冕仪模块以及探测器模块12，调节目标物承载平台使其处于向右上方45°倾斜并处于合适的高度，安装特制的分辨率板17，此时分辨率板17得以被从第二匀光片16发出的光较为均匀的照亮，并且全部的分辨率线均处于渐晕覆盖区域内并且垂直于掩体边缘，通过探测器模块12拍摄得到分辨率板图像；

需要说明的是，拍摄光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像以及暗场图像时，需要在相同的环境连续完成图像拍摄，使杂散光的影响保持一致；图像获取步骤的次序不做限制，暗场图像获取步骤S11、光源分布图像获取步骤S12、渐晕分布图像获取步骤S13以及分辨率板图像获取步骤S14可以在一个测量系统中按其他次序进行。

第二日冕仪模块相比第一日冕仪模块多设置了外掩体2以及内掩体5，第二前置目标物模块1相比第一前置目标物模块多设置了分辨率板17；因此，在进行光源分布图像拍摄时，测量系统中不设置外掩体2，将第一前置目标物模块中的模拟光源13对准第一日冕仪模块，探测器模块12进行拍摄，得到含有光源照度分布的光源图像；在进行渐晕分布图像拍摄时，测量系统中设置外掩体2，将第一前置目标物模块中的模拟光源13对准第二日冕仪模块，探测器模块12进行拍摄，得到渐晕分布图像；在进行分辨率板图像拍摄时，测量系统中设置外掩体2以及分辨率板17，第二前置目标物模块1中的模拟光源13对准第二日冕仪模块，分辨率板17位于模拟光源13与第二日冕仪模块之间，使分辨率线覆盖整个渐晕区域并进行拍摄，得到分辨率板图像；进行暗场图像拍摄时，需要在上述相同的拍摄环境下，遮挡探测器模块12中摄像头的镜头进行拍摄，得到暗场图像。

在一些实施例中，点除处理计算步骤S2进一步包括：

外掩体2边缘渐晕强度分布计算步骤S21，通过使渐晕分布图像减去暗场图像，使光源分布图像减去暗场图像，并进行点除处理，得到全视场渐晕强度归一化分布，通过筛选全视场渐晕强度归一化分布得到外掩体2边缘渐晕强度分布，基于外掩体2边缘渐晕强度分布，并利用contour函数可以得到特定渐晕强度的等高线，从而提取视场中指定强度渐晕对应位置。

分辨率线亮度分布计算步骤S22，通过使分辨率板图像减去暗场图像，使渐晕分布图像减去暗场图像，并进行点除处理，得到各组分辨率线的归一化亮度值，参照外掩体2边缘渐晕强度分布计算步骤S21中得到的视场中指定强度渐晕对应位置，在分辨率板图像中将视场中指定强度渐晕对应位置的归一化亮度逐个像元按顺序输出，得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度。

在一些实施例中，渐晕强度表示为如下计算模型：

其中，DN_V为日冕仪视场中外掩体2渐晕覆盖区域像元亮度，DN为同一像元在未被渐晕覆盖时的亮度，像元亮度值由探测器模块12拍摄的图像中直接读出。

在一些实施例中，分辨率线对比度表示为如下计算模型：

其中，I_max和I_min分别为分辨率白线和黑线的亮度值，I_max和I_min的值由探测器模块12拍摄的图像中直接读出。

在一些实施例中，日冕仪极限角分辨率表示为如下计算模型：

其中，a为分辨率线的线宽；b为该组分辨率线与日冕仪物镜的距离，a与b均为直接测量得出。b的数值是由测量人员指定的预设量，测量人员根据测量条件选择不同的距离。

具体的，在MTF曲线中找到人眼目视分辨极限MTF＝0.03与各渐晕强度MTF曲线的交点，该交点所对应的空间频率即对应大视场日冕仪极限角分辨率，该角分辨率表示为θ＝arctan(l/L)，其中l为达到分辨极限的分辨率线宽，L为分辨率线与日冕仪物镜的距离。

具体的，大视场白光扩展日冕仪入瞳直径为12mm，外掩体2距离物镜469.3mm，将分辨率板17放置于物镜前4500mm处，分辨率线宽最大为5000μm，最小为1403.1μm，按照本发明提供的测量方法进行测量，在40％渐晕位置的MTF随着分辨率线空间频率的增大从0.722下降到0.053，在5％渐晕位置从0.376下降到0.034，各分辨率线对应的MTF值和下降趋势均与模拟结果大致相符，大视场日冕仪在5％渐晕条件下，1574.9μm处达到极限角分辨率，利用极限角分辨率计算公式得出为1.2。根据工程光学中离焦对MTF的影响关系，可以依据本发明所述MTF测量系统用于辅助探测器调焦，利用数据处理模块实现MTF的实时测量，在对光学系统进行离焦量的判别后将结果反馈给电动调焦位移台，以实现光学系统探测。

具体实施例二

如附图3所示，本发明还提供一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，用于实现具体实施例一中的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，包括第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1、第一日冕仪模块或第二日冕仪模块、探测器模块12以及数据处理模块，其中：

第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1，第一前置目标物模块用于提供模拟光源13，第二前置目标物模块1用于提供模拟光源13以及分辨率板17。

在一些实施例中，第一前置目标物模块沿光路方向依次设置有模拟光源13、平行光管14、第一匀光片15、第二匀光片16，模拟光源13的光线依次通过平行光管14、第一匀光片15以及第二匀光片16，并射向第一日冕仪模块或第二日冕仪模块。

如附图4所示，在一些实施例中，第二前置目标物模块1沿光路方向依次设置有模拟光源13、平行光管14、第一匀光片15、第二匀光片16以及分辨率板17，模拟光源13的光线依次通过平行光管14、第一匀光片15、第二匀光片16以及分辨率板17，并射向第一日冕仪模块或第二日冕仪模块。

需要说明的是，第二前置目标物模块1与第一前置目标物模块相比，多设置有分辨率板17，用于分辨率板图像获取步骤S14中使分辨率线覆盖整个渐晕区域并进行拍摄，得到分辨率板图像；分辨率板17可以随外掩式日冕仪外掩体2的形状而修改，从而实现在同等渐晕强弱下对不同空间频率的分辨率线进行成像，得到该渐晕条件下的成像极限角分辨率和MTF曲线，本实施例选用带有方形外掩体2的外掩式日冕仪开展测量，故分辨率线选择直线；在一个测量系统中由检测人员选择使用第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1。

在一些实施例中，第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1采用氙灯作为模拟光源13，模拟光源13用于模拟太阳光，平行光管14用于对光线准直，第一匀光片15为圆形乳白玻璃，第二匀光片16为方形乳白玻璃，第一匀光片15用于减弱光源中心的亮斑，第二匀光片16用于匀化光源和充当背景。

需要说明的是，第二前置目标物模块1中，模拟光源13发出的入射光束经过平行光管14、第一匀光片15以及第二匀光片16准直、匀化后照射分辨率板17，最终出射光束已预先测得均匀性和光斑尺寸符合本发明实施例测量系统的照明要求，由于氙灯光源的稳定性存在周期性变化，因此整个拍摄过程控制在一个变化周期内完成。

第一日冕仪模块或第二日冕仪模块，第一日冕仪模块用于提供待测日冕仪组件以遮挡消除模拟光源13的部分光线，第二日冕仪模块用于提供外掩体2以及待测日冕仪组件以遮挡消除模拟光源13的部分光线。

需要说明的是，第二日冕仪模块相比第一日冕仪模块多设置有外掩体2，外掩体2用于遮挡模拟光源13直射光，在一个测量系统中由检测人员选择使用第一日冕仪模块或第二日冕仪模块。

如附图3所示，在一些实施例中，第一日冕仪模块与第二日冕仪模块皆设有待测日冕仪组件，待测日冕仪组件包括沿光路方向依次设置的拒热镜(图中未示出)、物镜光阑组件3、物镜组件4、内掩体5、消光槽组件6、场镜组件7、消杂光光阑组件8、Lyot光阑组件9、中继镜组件10以及滤光片11。

其中，拒热镜用于将超出外掩体2遮挡区域的模拟光源13直射光反射到外部空间，物镜光阑组件3用于遮挡超出物镜组件4中物镜口径的模拟光源13直射光束并通过小于物镜口径的模拟光源13直射光束；消杂光光阑组件8用于遮挡物镜光阑组件3基于模拟光源13直射光照射产生的衍射光及日冕仪筒壁的反射光，使其无法进入探测器模块12；内掩体5用于遮挡物镜组件4的成像；场镜组件7及中继镜组件10用于将光束成像至探测器模块12处；通过外掩体2、物镜光阑组件3、消杂光光阑组件8、内掩体5以及Lyot光阑组件9将光路上的直射光、衍射光及其他物镜自身产生散射光以外的光均遮挡消除，最大程度遮挡消除杂散光。

需要说明的是。第一日冕仪模块或第二日冕仪模块各镜组成像性能已另外测试完成，外掩体2经过高精度加工保证其边缘的锐利，其位置在安装时已经进行较精确的位置校准，该条件下可认为外掩体2边缘产生的渐晕是沿垂直于边缘方向向外均匀减弱的，并呈现良好的对称分布。

探测器模块12，经过第一日冕仪模块或第二日冕仪模块射出的光线聚焦至探测器模块12上，探测器模块12用于摄取光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像及暗场图像；

数据处理模块，用于对光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像及暗场图像进行点除处理，并基于点除处理得到的指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度，绘制指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，通过指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体2渐晕区域成像质量评估。

需要说明的是，本发明的外掩体2渐晕由其自身形状和光机设计来确定，掩体渐晕区域内的成像分辨率可以由软件模拟计算或实验室测量得出，且两种方法经过互相验证，所得分辨率结果准确度高。

具体的软件模拟计算方法，首先在软件中建立本发明的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统模型，得到不包含外掩体2的光线追迹点列图，再参照外掩体2设计图纸在相应位置添加外掩体2模型对光线进行部分遮挡，得到包含外掩体2的光线追迹的点列图。通过对两次的点列图数据进行相关计算得到日冕仪外掩体2渐晕对成像分辨率影响的软件模拟结果。

在软件中对第一日冕仪模块以及探测器模块12建模，第一日冕仪模块包括拒热镜、物镜光阑组件3、物镜组件4、内掩体5、消光槽组件6、场镜组件7、消杂光光阑组件8、Lyot光阑组件9、中继镜组件10，模型参量与实际各组件参量匹配，根据日冕仪外掩体2渐晕特性，可以将渐晕模型表示为：

A₀＝∫∫_DA₁(x，y)dxdy

编写程序绘制渐晕分布模拟图像，并根据图像得出不同渐晕强弱所对应的视场角度，在光学模拟软件中按照各个视场角度依次设置所需要的光线，得到光线追迹点列图，记录下各个视场角光线的点斑半径r。然后建立外掩体2组件模型，掩体各参数以及位置坐标已预先测量确定，掩体模型设定为中心遮挡模式确保其完全遮光，再次进行光线追迹，得到点列图并记录下此时各视场对应的点斑半径r_d。通过对加入掩体组件前后点斑半径对比得出渐晕对日冕仪成像分辨率影响的量化结果。

具体的实验室测量方法，在超净实验室环境中设置本发明的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统模型，为了验证上述软件模拟结果，使用与构建模型相符的第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1模拟太阳光照明，光线通过分辨率板17后照射到第一日冕仪模块或第二日冕仪模块并采用探测器模块12成像，根据所得图像计算得到外掩体2渐晕对成像分辨率的影响。

外掩体2经由高精度加工，特殊的五层结构可以最大程度抑制外掩体2边缘光的衍射现象，因此可以忽略边缘衍射光并认为渐晕在掩体周围均匀对称分布，分别测量安装和拆除外掩体2组件时的渐晕区域成像角分辨率，并分别计算得出对应点斑半径r和r_d。若在软件模拟和实际测量两种情况下，安装和拆除外掩体2造成的点斑半径改变量数值相当，即可相互验证两种方法方法皆适用于外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量。

如附图2所示，在一些实施例中，使用本发明的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统计算MTF曲线并进行调焦，开始前将探测器对焦调整至少量离焦，根据外掩式日冕仪外掩体2和分辨率板17目标物的不同拆装状态依次获取三张图像，数据处理模块将根据所得的图像以及预设测量方法和参数计算得到日冕仪外掩体2不同渐晕强弱下的成像分辨率并绘制对应的调制传递函数曲线。数据处理模块控制探测器调焦电机按一定步长移动，重复上述测量步骤，直至探测器再次离焦，对所得的一组MTF曲线进行判定，其中极限分辨率最高的MTF曲线即为最终的测量结果，所对应的调焦电机位置即为探测器的精确焦点位置。进一步的，为了提高测量精度，光源背景图像和暗场图像应在调焦电机运动前完成拍摄，每张图像的拍摄曝光时间应当严格相同。

综上所述，本发明提供的一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法及系统，至少具有以下一种或多种优点：

1、在传统测量光学系统分辨率方法的基础上，通过增加第一前置目标物模块或第二前置目标物模块1、数据处理模块实现对日冕仪外掩体2渐晕区域分辨率的测量以及探测器模块12调焦的辅助校准，整个测量系统结构简单，测量成本较低，选用针对实施例日冕仪的特殊分辨率板17，确保在有着相同渐晕强弱的位置上分辨率线的空间频率呈现规律性的变化，以便更精确的测量出该位置的分辨率。

2、本发明的测量方法选用MTF作为成像质量评价标准，并且利用MTF与离焦量的关系，在测试外掩体2渐晕区域成像分辨率的同时也能辅助探测器进行精准调焦。

3、本发明的测量系统结构简单，测量系统易于搭建，可以与理论计算和软件模拟结果相互验证，验证结果准确性较高。

4、本发明的测量方法及系统还能对后续外掩式日冕仪渐晕光阑的设计提供依据，有助内视场的观测，能有效提高日冕科学数据的质量。

最后应当说明的是：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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，包括：

图像获取步骤，通过探测器模块向第一日冕仪模块与第一前置目标物模块方向拍摄得到光源分布图像，通过所述探测器模块向第二日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到渐晕分布图像，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第二前置目标物模块方向拍摄得到分辨率板图像，通过所述探测器模块遮挡拍摄得到暗场图像；

点除处理计算步骤，通过点除处理所述光源分布图像、所述渐晕分布图像以及所述分辨率板图像分别减去所述暗场图像后的数据，得到全视场渐晕强度归一化分布、各组分辨率线的归一化亮度值，从而提取视场中指定强度渐晕对应位置，基于所述视场中指定强度渐晕对应位置得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度；

曲线分析步骤，基于所述指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度绘制曲线，通过计算所述指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度曲线中每组分辨率线对比度，得到指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，基于所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体渐晕区域成像质量评估。

2.根据权利要求1所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，还包括：

日冕仪极限角分辨率计算步骤，基于所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线中指定一组的分辨率线，得到该组分辨率线的尺寸，并根据分辨率板与所述物镜组件的距离，计算得出日冕仪的极限角分辨率。

3.根据权利要求1所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，图像获取步骤进一步包括：

光源分布图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第一前置目标物模块、所述第一日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第一日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到所述光源分布图像；

渐晕分布图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第一前置目标物模块、所述第二日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第一前置目标物模块方向拍摄得到所述渐晕分布图像；

分辨率板图像获取步骤，沿光路方向依次设置所述第二前置目标物模块、所述第二日冕仪模块以及所述探测器模块，通过所述探测器模块向所述第二日冕仪模块与所述第二前置目标物模块方向拍摄得到所述分辨率板图像；

暗场图像获取步骤，通过遮挡所述探测器模块的镜头，拍摄得到所述暗场图像。

4.根据权利要求1所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，所述点除处理计算步骤进一步包括：

外掩体边缘渐晕强度分布计算步骤，通过使所述渐晕分布图像减去所述暗场图像，使所述光源分布图像减去所述暗场图像，并进行点除处理，得到全视场渐晕强度归一化分布，通过筛选所述全视场渐晕强度归一化分布得到所述外掩体边缘渐晕强度分布，基于所述外掩体边缘渐晕强度分布提取所述视场中指定强度渐晕对应位置。

分辨率线亮度分布计算步骤，通过使所述分辨率板图像减去暗场图像，使所述渐晕分布图像减去暗场图像，并进行点除处理，得到各组分辨率线的归一化亮度值，通过在分辨率板图像中，将所述视场中指定强度渐晕对应位置的归一化亮度逐个像元按顺序输出，得到指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度。

5.根据权利要求4所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，渐晕强度表示为如下计算模型：

其中，DN_V为日冕仪视场中外掩体渐晕覆盖区域像元亮度，DN为同一像元在未被渐晕覆盖时的亮度。

6.根据权利要求1所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，所述分辨率线对比度表示为如下计算模型：

其中，I_max和I_min分别为分辨率白线和黑线的亮度值。

7.根据权利要求2所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，所述日冕仪极限角分辨率表示为如下计算模型：

其中，a为分辨率线的线宽；b为该组分辨率线与日冕仪物镜的距离。

8.一种外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，用于实现上述权利要求1-7中任一项所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量方法，其特征在于，包括：

第一前置目标物模块或第二前置目标物模块，所述第一前置目标物模块用于提供模拟光源，所述第二前置目标物模块用于提供模拟光源以及分辨率板；

第一日冕仪模块或第二日冕仪模块，所述第一日冕仪模块用于提供待测日冕仪组件以遮挡消除所述模拟光源的部分光线，所述第二日冕仪模块用于提供外掩体以及待测日冕仪组件以遮挡消除所述模拟光源的部分光线；

探测器模块，经过所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块射出的光线聚焦至所述探测器模块上，所述探测器模块用于摄取光源分布图像、渐晕分布图像、分辨率板图像及暗场图像；

数据处理模块，用于对所述光源分布图像、所述渐晕分布图像、所述分辨率板图像及所述暗场图像进行点除处理，并基于点除处理得到的指定渐晕强度位置的分辨率线归一化亮度，绘制指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线，通过所述指定渐晕强度下日冕仪的MTF曲线实现外掩体渐晕区域成像质量评估。

9.根据权利要求8所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，其特征在于，所述第一前置目标物模块或所述第二前置目标物模块还包括：

平行光管，设于所述模拟光源的一侧；

第一匀光片，设于所述平行光管远离所述模拟光源的一侧；

第二匀光片，设于所述第一匀光片远离所述平行光管的一侧；

所述第一前置目标物模块中，所述模拟光源的光线依次通过所述平行光管、所述第一匀光片以及所述第二匀光片，并射向所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块；所述所述第二前置目标物模块中，所述模拟光源的光线依次通过所述平行光管、所述第一匀光片、所述第二匀光片以及所述分辨率板，并射向所述第一日冕仪模块或所述第二日冕仪模块。

10.根据权利要求8所述的外掩式日冕仪渐晕区域成像分辨率测量系统，其特征在于，所述待检测日冕仪组件包括：沿光路方向依次设置的物镜光阑组件、物镜组件、内掩体、消光槽组件、场镜组件、消杂光光阑组件、Lyot光阑组件、中继镜组件以及滤光片。