[发明专利]基于短曝光斑点图统计特性的幸运成像选帧方法

说明书

本发明涉及一种基于短曝光斑点图统计特性的Lucky Imaging选帧方法，该方法通过快速读出的CCD或CMOS相机获取大量短曝光斑点图，利用瞬时短曝光斑点图的频谱与平均短曝光像的频谱比值来消除目标信息对选帧像质评价的影响，通过对频谱比值的模和相位进行统计，最终得到Lucky Imaging像质评价函数，然后对ImageQ进行排序，ImageQ最大值对应的图像即为幸运图像。与传统的选帧方法相比，本发明将与目标有关的量从像质评价函数中消除，只包含与大气湍流参数有关的量，因此能够更准确地反映出大气湍流引起的像质变化，通过本发明方法可以为后续的图像重建提供更多可靠的高频信息，有利于提高图像重建效果。

技术领域

本发明属于天文测量与光学成像技术领域，具体涉及一种基于短曝光斑点图统计特性的Lucky Imaging选帧方法。

背景技术

1978年，Fried指出，光波经过湍流大气后形成的短曝光像，存在一定比例接近于望远镜衍射极限的图像，这些图像对应的由大气湍流导致的波前畸变在望远镜入瞳上可以忽略，因此被称为“幸运”图像（lucky images）。

Lucky Imaging 技术是目前迅速发展起来的选帧技术，其基本原理是对目标进行大量连续短曝光成像，按照一定的像质评价标准将受大气湍流影响比较小的图像挑选出来进行配准叠加得到分辨率明显提高的图像，是地面望远镜实现高分辨成像的一种比较有效的方法，由于其算法简单、造价低廉，已被天文界所关注。

理论上，只要有合适的Lucky Imaging像质评价函数，无论是点源目标、还是扩展目标均可以运用Lucky Imaging 来克服大气湍流的影响。目前在天文上，点源暗弱目标的探测通常采用基于Strehl Ratio的Lucky Imaging，然而以Strehl Ratio作为像质评价函数并不适于扩展目标，而今扩展目标的传统像质评价函数大多是基于图像灰度或灰度梯度统计方法（如直方图、梯度等），这些方法容易受到图像本身细节变化的影响，特别是对于太阳这样表面结构不断演化的目标，有时更多的反应的是目标的变化而非像质，因此如何选择合适的像质评价函数对Lucky Imaging选帧至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，从短曝光斑点图统计特性出发，提出了一种新的Lucky Imaging像质评价选帧方法，与传统的基于图像本身的像质评价函数相比，这种方法的优点在于该方法将与目标有关的量已从像质评价函数中消除，评价函数只包含与大气湍流参数有关的量，因此能够更准确地反映出大气湍流引起的像质变化。另外，通过该选帧方法可以为后续的图像重建提供更多可靠的高频信息，有利于提高图像重建效果。

本发明采用的技术方案如下：

基于短曝光斑点图统计特性的Lucky Imaging选帧方法，包括如下步骤：

步骤（1），在观测目标无变化的时间段内，通过CCD或CMOS相机获取观测目标的短曝光斑点图；所述的短曝光斑点图数量≥100；

步骤（2），对步骤（1）获取的短曝光斑点图进行预处理以消除的呆象元、图像上的污点和响应不均匀性；

步骤（3），对经步骤（2）预处理后的短曝光斑点图进行相关位移叠加获得平均短曝光像；

步骤（4），根据步骤（2）预处理后的短曝光斑点图和步骤（3）得到的平均短曝光像，通过式（5）计算频谱比值，

为平均综合光学传递函数；

步骤（5），根据步骤（4）计算得到的频谱比值，然后通过式（6）~（8）计算LuckyImaging像质评价函数ImageQ；然后按从大到小的顺序对进行排序，ImageQ的最大值对应的图像即为像质相对最好的“幸运”图像；

式（6）；