[发明专利]一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像系统误差检测精度的方法

说明书

本发明公开了一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像系统误差检测精度的方法。以相位差异法中两幅图像的对数似然函数为基础，求得关于稀疏孔径成像系统的Fisher矩阵，通过对Fisher矩阵求逆矩阵的迹和统计分析得到评价因子；通过改变外界参数如焦平面图像的离焦量、焦平面与离焦平面接受到的光子数比来计算相应的评价因子，评价因子的值越小表明相位差异法采用这些参数检测稀疏孔径成像系统误差的精度就越高。本发明提供的评价方法可为选择一种最佳的相位差异法参数配置提供依据，有效提高稀疏孔径成像系统误差检测精度。

技术领域

本发明涉及一种提高稀疏孔径成像系统误差检测精度的方法，尤其是在高斯噪声下提高稀疏孔径成像系统误差检测精度的方法。

背景技术

稀疏孔径成像系统是由多个子孔径按一定规律排列组合在一起，用来代替一个大孔径区域，由于各个子孔径的口径比整个大口径要小得多，因此稀疏孔径不仅能克服由于光学系统口径太大所带来的一系列困难，而且能获得和大孔径光学系统相当的空间分辨率。稀疏孔径成像系统在实际应用时多为两反系统结构，主反射镜由各个小的子反射镜所构成。为了得到好的像质，各子反射镜间的相位误差必须受到严格控制(通常小于λ/20rms)，这对于目前的加工、装调工艺而言并不是一件容易的事情；另外稀疏孔径系统周围的环境，温度，重力等因素也会导致子孔径不共相位等系统误差的产生。

目前用来检测稀疏孔径成像系统误差的方法主要有相位差异法，相位差异法是通过采集未知扩展目标物经过光学系统所成的多幅图像，根据这些图像构建目标函数对光学系统的误差和未知目标物进行估计的一种波前探测方法。相位差异法的探测精度受制于诸多因素，如噪声，离焦平面图像的离焦量，不同图像间的光子数比，其中噪声为最主要的影响因素。由于图像接收器工作时热噪声的存在以及接收器每个像素接收到的光子数量一旦超过20的话，接收器所获得的图像将会受到高斯噪声的影响。因此分析高斯噪声下各种外界参数对稀疏孔径成像系统误差检测精度的影响有着重要的意义。

文献“Optical misalignment sensing and image reconstruction usingphase diversity”([J]J.Opt.Soc.Am.A，1988，5(6)：914-923)公开了一种利用相位差法测量稀疏孔径成像系统误差的方法，该方法采用基于梯度搜寻法的相位差异法对6子孔径稀疏孔径的Piston误差进行检测，其中离焦平面图像的离焦量为0.5个波长，并且分析了当各幅图像加上方差为1％的高斯白噪声时检测结果受到的影响。然而文献并未考虑在何种外部条件下，对具有高斯噪声影响的该系统进行误差检测时，得出的结果更为精确，更未提出任何方法来评价该系统进行误差检测的结果精度大小；文献“基于遗传算法的相位差法对综合孔径望远镜的piston误差进行检测”([J]天文研究与技术，2011，8(4)：369-373)公开了一种利用相位差法测量三子孔径稀疏孔径成像系统误差的方法，文献中各幅图像同样具有方差为1％的高斯随机白噪声，离焦平面图像的离焦量选取为1个波长，文献只是提供了在该条件下误差检测的结果，同样未提出任何办法来提高该误差检测的精度。

发明内容

本发明针对现有在高斯噪声下利用相位差异法检测稀疏孔径成像系统误差时所存在的不足，提供一种能有效判断和提高检测结果精度的方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像系统误差检测精度的方法，包括如以下步骤：

(1)采用相位差异法得到在高斯噪声影响下，关于稀疏孔径成像系统误差的对数似然函数L：