[发明专利]一种全日面观测系统的实时自调焦方法

摘要

本发明涉及全日面望远镜观测系统的实时自调焦方法，我国太阳观测学科领域还没有一种能成功应用的自动调焦方法，而是凭借人眼和个体经验判断焦距及图像质量。本发明是首次太阳“边缘弥散度”自动调焦的方法发明。通过自动扫描一段焦面前后位置的全日面像计算出最佳焦距位置。本发明按数学模型逐一截取日面边缘精确点并构造集合，最小二乘拟合出日心坐标，再求解边缘点集到日心的方差，以此作为焦距评价参数。通过国家天文台怀柔太阳观测站多次实验验证，本发明成熟、稳定、精确，可以广泛应用于各类光球和色球全日面望远镜观测系统，适当修改后也可应用于包含部分日面边缘的观测系统。本发明尤其对空间卫星平台的全日面观测非常适用。

主权项

一种全日面观测系统的实时自调焦方法，其特征在于：提供一种全日面观测时的焦距评价，利用其可精密测量离焦评价参量，且无需对测量系统进行人为判断干预；实时自调焦方法的实施步骤如下：1)输入包含太阳边缘点的图像，根据太阳在CCD相机上的位置划分成9种不同可能的情况，如果存在例外情况，则采用简化方法，忽略太阳的具体位置，直接用梯度类算子提取太阳边缘，建立可能的太阳边缘点集合并跳过2)；2)在每一个太阳边缘点附近切割纵向和横向线段，根据太阳临边昏暗规律的曲线，逐一提取临边昏暗曲线上的反转点(inflexion point)，建立太阳边缘点集合；3)对太阳边缘点集合{ψ(R，xc，yc，xi，yi)}建立约束方程，如(1)所示：ψ表示太阳边缘点集合存在的函数关系，R表示太阳半径，N表示日面边缘点的总数目；xc表示日心在CCD相机上的横坐标，yc表示纵坐标；i为某一个边缘点的序号，xi表示该边缘点在CCD相机上的横坐标，yi表示纵坐标；ψ(R,xc,yc)=Σi=1N{R2-[(xi-xc)2+(yi-yc)2]}2---(1)]]>4)将方程(1)按最小二乘问题处理，对参数R，xc，yc求偏导；∂ψ(R,xc,yc)∂(R,xc,yc)=0]]>∂ψ∂R=Σi=1N4R·{R2-[(xi-xc)2+(yi-yc)2]}=0∂ψ∂xc=Σi=1N4(xi-xc)·{R2-[(xi-xc)2+(yi-yc)2]}=0∂ψ∂yc=Σi=1N4(yi-yc)·{R2-[(xi-xc)2+(yi-yc)2]}=0---(2)]]>5)将最小二乘求解问题线性化，进行矩阵建模X·A＝B，且此问题存在精确解析表达式，其各项表达式如(3)所示；X=1xi‾yi‾xi‾xi2‾xiyi‾yi‾xiyi‾yi2‾,A=R2-xc2-yc22xc2yc,B=xi2‾+yi2‾xi3‾+xiyi2‾xi2yi‾+yi3‾---(3)]]>6)求解过程中定义判焦参数dev，本发明将太阳边缘点集合{ψ(R，xc，yc，xi，yi)}到拟合日心点(xc，yc)的所有距离构成的集合的均方差定义作判焦参数，即日面所有半径构成的集合的弥散度，弥散度大则离焦量也大；7)在焦平面前后按一定步长采像并同时按1)至6)过程获得dev，取最小值作为最佳焦距位置。