[发明专利]用于高对比度成像星冕仪超高精度波前检测与标定方法

说明书

本发明公开了一种用于高对比度成像星冕仪超高精度波前检测与标定方法，其步骤包括：步骤1、搭建一套以变形镜为核心的星冕仪系统；步骤2、控制星冕仪控制系统发送第一控制信号给变形镜，使其在焦面产生超高对比度暗区，并拍摄此时焦面图像作为参考图像；步骤3、根据星冕仪波前检测精度设计指标，施加第二控制信号给变形镜；步骤4、通过评估参考波面与步骤3波面之间差异判断系统波前检测精度是否达到设计要求。本发明的方法不需要引入额外的检测元器件，只需要利用星冕仪的可变形镜，并通过其施加的控制信号给变形镜，通过评估焦面暗区图像，即可实现超高精度的波前检测与定标。

技术领域

本发明涉及系外行星超高对比度成像仪领域，具体涉及一种用于高对比度成像星冕仪超高精度波前检测与标定方法。

背景技术

太阳系外行星探测对理解生命起源和演化、认知人类在宇宙中的地位具有重大科学意义。其最终目标是搜寻围绕类太阳光谱型恒星宜居带内的地球质量的行星，最终解答“人类在宇宙中是否孤独？”这一基本科学问题。然而由于类地行星与主星辐射对比度相差悬殊，且离主星的距离较近，致使来自行星的微弱光子信号被淹没在极强的恒星背景中。

目前国内外研制的系外行星直接成像星冕仪只能在红外波段进行观测，其成像对比度达只能达到10^-6量级。对应的波前测量和标定精度只需要达到1/100波长的数量级。然而由于类地行星与主星辐射对比度相差悬殊，其成像对比度通常在10^-6～10^-10的范围内，对应的波像差测量和标定精度在1/100～1/10000工作波长。而目前常规的技术手段如夏克哈特曼波前传感器、传统的相位干涉仪等测量技术都很难达到如此高的波前检测和定标精度。为此研究出一种简单、有效的波前检测与定标的方法是该领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于高对比度成像星冕仪超高精度波前检测与定标方法。该方法通过控制星冕仪系统内的可变形镜产生特定的控制信号，之后通过评估焦面超高对比度暗区，实现超高精度的波前检测和定标。

本发明的技术方案如下：

用于高对比度成像星冕仪超高精度波前检测与标定方法，针对对比度优于10^-6以上的星冕仪，波前检测与标定精度在1/100～1/10000工作波长范围，具体步骤如下：

步骤1、搭建一套以变形镜为核心的星冕仪光学系统；其中，变形镜放置在系统的光瞳处且与望远镜的主镜共轭；

步骤2、星冕仪控制系统发送第一控制信号给变形镜，进而在焦面产生高对比度暗区，并利用焦面相机拍摄N张焦面图像；

步骤3、将步骤2中采集的N张图像平均后作为参考图像，该参考图像分别与步骤2中采集的N张焦面图像依次计算RMS值，将上述计算的RMS值取平均作为参考RMS值；步骤4、根据星冕仪波前检测精度和变形镜的有效行程计算得到变形镜的第二控制信号，将第二控制信号与第一控制信号相加，并通过星冕仪控制系统发送给变形镜，并拍摄系统的焦面图像；

步骤5、通过评估所述焦面图像与所述参考图像上暗区内的散斑变化评估系统的波前检测精度；计算参考图像与焦面图像之间的RMS值，该RMS值大于参考RMS值时，则星冕仪系统波前检测与定标精度达到要求。

进一步的，所述步骤3和步骤4中，评估过程采用如下评价函数：

其中，m和n为图像行列数，x_mn为步骤3得到的图像在(m,n)位置的像素值，x'_mn为步骤4或步骤1拍摄的图像在(m,n)点的像素值。

进一步的，所述的波前检测与定标方法仅使用星冕仪内的变形镜和焦面相机，不需要额外的器件。