[发明专利]一种自适应光学成像中的点扩散函数估计方法

说明书

技术领域

本发明属于空间目标探测识别技术领域，涉及到空间目标自适应光学图像复原理论与方法，具体涉及到一种自适应光学成像中的点扩散函数估计方法。

背景技术

根据空间目标光学成像探测的特性，自适应光学图像复原方法主要可分为两类：盲解卷积和波前解卷积。对于盲解卷积，一个相对准确的点扩散函数估计值作为迭代算法的初始估计将会加快收敛、减少计算量；对于波前解卷积，点扩散函数估计值与真实值之间的偏差更是会直接影响复原的效果。因此快速准确的点扩散函数估计方法对于自适应光学图像的复原来讲意义显著。

点扩散函数与波前存在着理论上的对应关系，在自适应光学系统中用波前传感器探测波前信息。目前使用H-S型波前传感器的自适应光学系统居多，所获得数据是波前相位的斜率采样值。通过波前重构可以在有噪声及干扰的情况下，利用有限离散观测信息恢复出完整的波前，进而重构短曝光图像的瞬时点扩散函数。波前重构的基本方法大致上可以分为两大类：区域法和模式法。由于Zernike多项式各模式的像差意义明显，故Zernike模式法在面向图像复原的波前重构方法中一直得到广泛的应用。Zernike模式法最终归结为求解线性方程组，但由于Zernike函数偏导数的不完全正交性以及在有限采样点上函数的非正交性，在求最小二乘解时会出现变换矩阵D的秩不完备、D^ΤD奇异或接近奇异的情况，这将使梯度矢量的测量误差被放大，导致波前重构结果精度降低，进而影响点扩散函数的估计精度；其次，许多大型望远镜的中心常常被遮挡，若仍用Zernike多项式展开波前，因为展开域是环形的，所以Zernike展开不再具有正交性，仍应用此法则需要十分繁琐的数学推导与计算，这些因素都限制了Zernike模式法的应用效力。另外，虽然近年来在大型自适应光学设备快速发展的推动下不断涌现出新的面向校正控制的波前重构算法，但把这些方法进一步的应用到点扩散函数估计直至图像复原中的效力还并未得到有效的研究和验证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有成像点扩散函数估计方法的不足，提出一种自适应光学成像中的点扩散函数估计方法，该发明基于研究多元样条的B网方法，将经过大气降质的畸变波前近似表示为单纯形剖分上的二元样条，避免了求最小二乘解时不完备或奇异矩阵的出现，提高了估计精度，并可以应对多种波前传感器微透镜阵列的几何排布方式。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1）指定样条函数的次数d及刻画光滑程度的连续性阶数r，确定波前区域内三角剖分的形式；

2）建立斜率测量模型的偏微分方程并确定方程中各参数矩阵的值；

3）根据具体的参数值确定变换矩阵D；

4）结合相邻样条函数间的光滑拼接条件确定重构矩阵R；

5）利用斜率测量数据计算各二元样条函数的系数向量；

6）根据系数重构出畸变波前φ(x,y)；

7）由重构的降质波前去估计大气瞬时点扩散函数h(x,y)。

所述步骤1）中，根据微透镜阵列排布方式确定三角剖分的形式，确定三角剖分的形式时采用基于几何布局的网格单元直接剖分方法。

所述步骤2）中，斜率测量模型的偏微分方程的建立方法具体为：

首先将波前表示为：