[发明专利]宽波段相位差图像重建中的中心波长的选择方法

摘要

本发明属于自适应光学成像技术领域，是针对相位差(PD)波前重构图像处理方法能够良好应用于宽波段图像的方法，目的是使宽波段PD修正算法的计算时间大幅缩短。提出一种光谱权重平均的方法在宽波段中选择中心波长，以中心波长对应的点扩散函数近似为宽波段的点扩散函数，然后利用PD算法可重建出宽波段的高分辨率图像。光谱权重归一化函数ω(λ)的模拟曲线如图1所示，ω(λ)是光源的光谱、光学系统的透射光谱以及CCD相机的量子效率谱三者的乘积、再经过归一化运算所得到的曲线。将ω(λ)曲线与坐标轴所包围的面积用一条垂线左右等分成A部分和B部分，等分垂线所对应的波长即为宽波段成像中的中心波长。

主权项

1.宽波段相位差(PD)图像重建中的中心波长的选择方法，其特征是用宽波段的光谱权重平均的波长作为中心波长，该中心波长所对应的点扩散函数近似为宽波段点扩散函数，这种方法使得宽波段相位差修正算法简化为单波长近似的相位差算法，使得计算时间大幅缩短；系统焦面图像i_f(x,y)为理想图像与系统焦面点扩散函数h_f(x,y)的卷积，同样系统离焦图像i_d(x,y)为理想图像与系统离焦面点扩散函数h_d(x,y)的卷积，如(1)式所示：i_k(x,y)＝o(x,y)*h_k(x,y)                            (1)其中k＝f或d，当k＝f时(1)式表达为焦面图像，当k＝d时(1)式表达为离焦图像，(x,y)是相机成像面上直角坐标系中的坐标；光谱权重归一化函数ω(λ)是光源的光谱、光学成像系统的透射光谱以及CCD相机的量子效率谱三者的乘积、再经过归一化运算所得到的曲线；将ω(λ)曲线与坐标轴所包围的面积用一条垂线左右等分成两份，等分垂线所对应的波长即为宽波段成像中的中心波长λ_m；所选波长λ_m的焦面点扩散函数与成像透镜前平行光束的波前的关系表达式如下：其中(u,v)为成像透镜前平行光束截面上的直角坐标，A(u,v)为成像透镜前平行光束的光强分布函数，在光束内A(u,v)＝1，在光束外A(u,v)＝0；FT^‑1为逆傅里叶变换算子；为估算的成像透镜前有残留畸变的波前，用一系列Zernike模式函数的线性叠加表示，如(3)式：其中α_n为第n项Zernike模式系数，Z_n(u,v)为第n项Zernike模式波前；系统离焦面点扩散函数为：其中θ(u,v)就是人为引入的固定离焦像差，为已知量；使用下式来表示估算的残留畸变波前的误差E：联立以上五个方程组，利用全局优化算法寻找一组Zernike系数使得E值最小，从而得到残留畸变波前将得到的残留畸变波前代入式(2)求解出系统焦面点扩散函数再将代入式(1)，并令其中的k＝f，获得o(x,y)的近似解，进而重建出高分辨率的宽光谱图像。