[发明专利]一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法

摘要

一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法，包括光源系统、靶标、平行光管、面阵相机和图像采集系统；靶标放置在平行光管的焦面上，平行光管与面阵相机的光轴共轴放置，靶标被光源系统产生的均匀光照亮，经过平行光管和面阵相机，成像在面阵相机的焦面上，形成靶标的图像，图像采集系统对成像结果进行采集和处理。本发明与在靶标设计、实验方法和数据处理中考虑了相位对准，现有技术相比，能够保证PSF测量精度，填补了空间面阵CCD相机的亚像元PSF测试方法空白，具有很好的使用价值。

主权项

1.一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量方法，其特征在于包括如下步骤：(1)使用图像采集系统(18)采集靶标(15)在面阵相机(17)焦面上的图像，同时调整靶标(15)的位置，直至靶标(15)的第一定标线(1)位于面阵相机(17)产生图像的某一行、第七定标线(7)位于面阵相机(17)图像某一列，固定此时靶标(15)的位置；(2)设置面阵相机(17)的曝光时间，使得定标星点(13)在面阵相机(17)产生图像中灰度值的范围为[0.5K，0.6K]；利用图像采集系统(18)采集得到P帧当前曝光时间下的靶标(15)的图像；所述的K为面阵相机(17)的饱和灰度值，P为大于100的正整数；(3)分别对步骤(2)采集得到的第X帧靶标(15)图像上的第一定标线(1)所在行进行采样得到图像序列灰度值A、第七定标线(7)所在列进行采样得到图像序列灰度值B，X＝1,2,3…P；(4)根据面阵相机(17)的满阱电子数M以及图像量化位数bs将步骤(3)中得到的图像灰度值序列A和图像灰度值序列B转换为电子数序列，转换过程由公式给出，其中，x为图像灰度值序列中采样点的灰度值，x^e为电子数序列中采样点灰度值的电子数；进而得到电子数序列数组C和电子数序列数组D；(5)定义二维数组E，数组E大小为10行*222列，其中，二维数组E中前10行的1‑20列、42‑60列、82‑100列、122‑140列、162‑180列、202‑222列中所有元素为1，前10行的22‑40列、62–80列、102‑120列、142‑160列、182‑200列中所有元素为0，E(1,21)＝0.1，E(1,41)＝0.8，E(1,61)＝0.3，E(1,81)＝0.6，E(1,101)＝0.5，E(1,121)＝0.4，E(1,141)＝0.7，E(1,161)＝0.2，E(1,181)＝0.9，E(1,201)＝0，E(2,21)＝0.2，E(2,41)＝0.7，E(2,61)＝0.4，E(2,81)＝0.5，E(2,101)＝0.6，E(2,121)＝0.3，E(2,141)＝0.8，E(2,161)＝0.1，E(2,181)＝0，E(2,201)＝0.9，E(3,21)＝0.3，E(3,41)＝0.6，E(3,61)＝0.5，E(3,81)＝0.4，E(3,101)＝0.7，E(3,121)＝0.2，E(3,141)＝0.9，E(3,161)＝0，E(3,181)＝0.1，E(3,201)＝0.8，E(4,21)＝0.4，E(4,41)＝0.5，E(4,61)＝0.6，E(4,81)＝0.3，E(4,101)＝0.8，E(4,121)＝0.1，E(4,141)＝0，E(4,161)＝0.9，E(4,181)＝0.2，E(4,201)＝0.7，E(5,21)＝0.5，E(5,41)＝0.4，E(5,61)＝0.7，E(5,81)＝0.2，E(5,101)＝0.9，E(5,121)＝0，E(5,141)＝0.1，E(5,161)＝0.8，E(5,181)＝0.3，E(5,201)＝0.6，E(6,21)＝0.6，E(6,41)＝0.3，E(6,61)＝0.8，E(6,81)＝0.1，E(6,101)＝0，E(6,121)＝0.9，E(6,141)＝0.2，E(6,161)＝0.7，E(6,181)＝0.4，E(6,201)＝0.5，E(7,21)＝0.7，E(7,41)＝0.2，E(7,61)＝0.9，E(7,81)＝0，E(7,101)＝0.1，E(7,121)＝0.8，E(7,141)＝0.3，E(7,161)＝0.6，E(7,181)＝0.5，E(7,201)＝0.4，E(8,21)＝0.8，E(8,41)＝0.1，E(8,61)＝0，E(8,81)＝0.9，E(8,101)＝0.2，E(8,121)＝0.7，E(8,141)＝0.4，E(8,161)＝0.5，E(8,181)＝0.6，E(8,201)＝0.3，E(9,21)＝0.9，E(9,41)＝0，E(9,61)＝0.1，E(9,81)＝0.8，E(9,101)＝0.3，E(9,121)＝0.6，E(9,141)＝0.5，E(9,161)＝0.4，E(9,181)＝0.7，E(9,201)＝0.2，E(10,21)＝0，E(10,41)＝0.9，E(10,61)＝0.2，E(10,81)＝0.7，E(10,101)＝0.4，E(10,121)＝0.5，E(10,141)＝0.6，E(10,161)＝0.3，E(10,181)＝0.8，E(10,201)＝0.1；其中，E(i，j)为二维数组E中第i行第j列元素的取值，i、j均为正整数；(6)对二维数组E的每一行一维数组分别与C数组进行相关积分，得到其中，C(j)为C数组中的第j个数值；寻找最大的J(i)，令t＝最大的J(i)对应的i，然后将二维数组E中的第t行作为电子数序列数组C的准确相位序列，得到二维数组E第t行数组中第k个数值的非整数数值为电子数序列数组C中第k个数值对应的准确相位，使用准确相位对电子数序列数组C的数值按照从小到大进行重新排列，得到电子数序列数组C1，k＝1,2,3…222；对二维数组E的每一行一维数组分别与D数组进行相关积分，得到其中，D(j)为D数组中的第j个数值；寻找最大的J'(i)，令t’＝最大的J'(i)对应的i，然后将二维数组E中的第t’行作为电子数序列数组D的准确相位序列，得到二维数组E第t’行数组中第k个数值的非整数数值为电子数序列数组D中第k个数值对应的准确相位，使用准确相位对电子数序列数组D的数值按照从小到大进行重新排列，得到电子数序列数组D1，k＝1,2,3…222；(7)使用费米函数对电子数序列数组C1进行拟合，得到边缘扩散函数F₁，使用费米函数对电子数序列数组D1进行拟合，得到边缘扩散函数F₂，其中，边缘扩散函数F₁包含M个数值，边缘扩散函数F₂包含N个数值，M、N为小于222的正整数；(8)对边缘扩散函数F₁使用离散差分函数进行离散点差分得到线扩散函数L₁，对边缘扩散函数F₂使用离散差分函数进行离散点差分得到线扩散函数L₂；(9)对当前曝光时间下P帧图像中的每一帧图像按照步骤(3)～步骤(8)的方法进行处理，得到每一帧图像的L₁、L₂，然后计算每一帧图像的L₁、L₂的方差，并分别记为σ_p1、σ_p2，最终得到P帧图像线扩散函数方差序列σ_p1和σ_p2，对σ_p1和σ_p2作直方图分布统计，得到直方图序列，并将该直方图序列拟合得到高斯分布函数N(u_h1,σ_p1)、N(u_h2,σ_p2)，进而得到面阵CCD相机(17)的亚像元点扩散函数N(0，0，u_h1,u_h2)；(10)利用步骤(9)中得到的面阵相机(17)的亚像元点扩散函数对面阵CCD相机(17)的成像数据进行亚像元重建，得到提高空间分辨率的成像数据。