三子鏡與三臂形稀疏孔徑的對比研究 ppt課件

1、時間：時間： 2019.11 2019.11編號：編號：L0621研討論文：研討論文：本課題的研討成果曾經(jīng)于2019 年 11 月15 日在中心期刊第 50 卷 第 12 期網(wǎng)絡發(fā)表。2論文首末頁：論文首末頁：3 工程背景研討目的 研討方法 研討結(jié)論4工程背景工程背景 增大口徑VISTA望遠鏡4.1米的主鏡圖1.22D角分辨率：5稀疏孔徑稀疏孔徑光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)結(jié)果：整個系統(tǒng)分量、結(jié)果：整個系統(tǒng)分量、體積都變大體積都變大制造、加工的難度增大制造、加工的難度增大本錢的添加本錢的添加 由幾個較小的光學孔徑以一定的規(guī)那么組合陳列拼接，用來替代一個比較大的光學口徑。概念6望遠鏡主鏡制造本錢望遠鏡主鏡制

2、造本錢C C與口徑與口徑DD關系曲線圖關系曲線圖Giant Magellan Telescope (GMT)Golay-67優(yōu)點：由一個個子鏡有規(guī)那么陳列成一個大口徑的主鏡，子鏡容易加工。子鏡口徑小，加工本錢也會降低。與同規(guī)格的主鏡相比，利用這種陳列方式分量更小，更易于用于太空中。8典型的稀疏孔徑構(gòu)造：環(huán)形環(huán)形 Golay-6 Golay-6型型 Y Y型型 復合三子鏡復合三子鏡研討目的研討目的9研討方法：研討方法：10 三臂稀疏孔徑構(gòu)造由6個子鏡按“Y外形陳列而成。 這兩種構(gòu)造極其類似，我們有必要對比研討這兩種構(gòu)造，以期得出更好的成像效果的構(gòu)造。11 填充因子的大小不僅反映了孔徑構(gòu)造的稀疏程

3、度，而且也在一定程度上反映了成像的效果。N：子鏡的個數(shù)，：子鏡的個數(shù)，d：子鏡的直徑，：子鏡的直徑，D：外包圍孔：外包圍孔徑的直徑。徑的直徑。22dFND系統(tǒng)子孔徑總面積稀疏孔徑陣列外接圓面積定義式：126 6個子鏡的三臂形構(gòu)造陣列中內(nèi)環(huán)個子鏡的三臂形構(gòu)造陣列中內(nèi)環(huán)3 3個個子鏡相切且各個臂的子鏡也與包圍孔徑相子鏡相切且各個臂的子鏡也與包圍孔徑相切時，最大填充因子可表示為：切時，最大填充因子可表示為：，N=3nN=3n，n=2n=2，3 3，4 4圖圖1 1 三子鏡構(gòu)三子鏡構(gòu)造造N=3N=3時，三子鏡構(gòu)造的最時，三子鏡構(gòu)造的最大填充因子為：大填充因子為： Fmax =65% Fmax =65%

4、 圖圖2 2 三臂形構(gòu)造三臂形構(gòu)造N=6N=6時，時，6 6個子鏡的三個子鏡的三臂形構(gòu)造最大填充因子臂形構(gòu)造最大填充因子為為: : Fmax =35% Fmax =35% 由N個子鏡環(huán)狀陳列而成孔徑構(gòu)造的最大填充因子可表示為：13三子鏡的最大填充因子：三子鏡的最大填充因子：Fmax =65%Fmax =65%三臂的最大填充因子：三臂的最大填充因子： Fmax =35%Fmax =35%在一樣角分辨率的前提下，與三臂構(gòu)造相在一樣角分辨率的前提下，與三臂構(gòu)造相比較，三子鏡構(gòu)造稀疏孔徑最大填充因子比較，三子鏡構(gòu)造稀疏孔徑最大填充因子大，可以獲得較好的成像效果。大，可以獲得較好的成像效果。初步分析：初

5、步分析：14MTF分分析析研討思緒研討思緒調(diào)制傳送函數(shù)調(diào)制傳送函數(shù)MTFMTF比較客觀全面地評價了光學系比較客觀全面地評價了光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量。統(tǒng)的成像質(zhì)量。15直徑為直徑為d d的單個孔徑的調(diào)制傳送函數(shù)：的單個孔徑的調(diào)制傳送函數(shù)：0)(1(cos22121dcdcdcdMTFdcdc0dc/()dcdf 是直徑為d的子孔徑的截止頻率: 首先計算單個子鏡的首先計算單個子鏡的MTFMTF光瞳函數(shù)光瞳函數(shù): :22,/ 2xyP x ycircd表示波長，表示波長，表示頻率。表示頻率。f16 圖圖1 1 三子鏡構(gòu)造三子鏡構(gòu)造三子鏡構(gòu)造光學系統(tǒng)歸一化三子鏡構(gòu)造光學系統(tǒng)歸一化MTFMTF為：為： 三臂

6、構(gòu)造的歸一化三臂構(gòu)造的歸一化MTFMTF表達式為：表達式為： 圖圖2 2 三臂形構(gòu)造三臂形構(gòu)造17Matlab軟件模擬軟件模擬MTF曲線：曲線： Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%MTF 二二 維維 圖圖18Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%1 1隨著填充因子的增大，子調(diào)制傳送函數(shù)間的間隨著填充因子的增大，子調(diào)制傳送函數(shù)間的間隔逐漸減小。隔逐漸減小。2在一樣填充下，三子鏡構(gòu)造的子調(diào)制傳送函數(shù)間的間在一樣填充下，三子鏡構(gòu)造的子調(diào)制傳送函數(shù)間的間隔要明顯大于三臂構(gòu)造。隔要明顯大于三臂構(gòu)造。3

7、 3當三臂形構(gòu)造的填充因子當三臂形構(gòu)造的填充因子34%34%時，在截止時，在截止頻率之前調(diào)制傳送函數(shù)不出現(xiàn)零頻率之前調(diào)制傳送函數(shù)不出現(xiàn)零 。進一步分析：進一步分析：19選取兩種構(gòu)造在最大截止頻率方向上的歸一化選取兩種構(gòu)造在最大截止頻率方向上的歸一化 MTF MTF 曲線圖曲線圖F=22%F=28%F=34%1、三臂構(gòu)造、三臂構(gòu)造MTF曲線較三子鏡構(gòu)造起曲線較三子鏡構(gòu)造起伏較小，更加穩(wěn)定。伏較小，更加穩(wěn)定。2、隨著填充因子的添加，兩種構(gòu)造的、隨著填充因子的添加，兩種構(gòu)造的MTF分布有了明顯改善：分布有了明顯改善： 在在F=28%，三子鏡在歸一化頻率，三子鏡在歸一化頻率0.35附近出現(xiàn)零頻，而三臂

8、構(gòu)造在小于附近出現(xiàn)零頻，而三臂構(gòu)造在小于截止頻率區(qū)域內(nèi)不出現(xiàn)零頻，沒有信息截止頻率區(qū)域內(nèi)不出現(xiàn)零頻，沒有信息喪失喪失; 在歸一化頻率在歸一化頻率0.250.45 范圍內(nèi)，三臂構(gòu)范圍內(nèi)，三臂構(gòu)造的造的MTF特性明顯優(yōu)于三子鏡，表現(xiàn)出了良特性明顯優(yōu)于三子鏡，表現(xiàn)出了良好的中頻特性好的中頻特性; 在歸一化頻率在歸一化頻率 0.450.75范圍內(nèi)，三臂構(gòu)范圍內(nèi)，三臂構(gòu)造的造的MTF值明顯小于三子鏡構(gòu)造，闡明三子值明顯小于三子鏡構(gòu)造，闡明三子鏡對高頻信息有良好的呼應。鏡對高頻信息有良好的呼應。3、部分頻率區(qū)存在稀疏孔徑構(gòu)造的、部分頻率區(qū)存在稀疏孔徑構(gòu)造的MTF值高于全孔徑構(gòu)造的情況，這值高于全孔徑構(gòu)造的

9、情況，這是由于隨著填充因子的增大，子鏡間的是由于隨著填充因子的增大，子鏡間的間隔減小，各子鏡的間隔減小，各子鏡的MTF開場出現(xiàn)疊加，開場出現(xiàn)疊加，從而導致從而導致MTF值較高。值較高。20ZEMAX成像分析：成像分析：利用利用ZEMAXZEMAX設計出上述兩種孔徑構(gòu)造，波長選取設計出上述兩種孔徑構(gòu)造，波長選取550nm550nm，包，包圍孔徑為圍孔徑為40mm40mm進展模擬成像，進展模擬成像。進展模擬成像，進展模擬成像。物：輻射圖物：輻射圖21F=22%Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%成像效果圖：成像效果圖：ZEMAX22相對模糊度曲線

10、圖：相對模糊度曲線圖：灰度值灰度值0-2550-255：表示圖案由黑：表示圖案由黑逐漸變白。逐漸變白。計算時用二值法簡化：計算時用二值法簡化： 定義：定義：0-1280-128取為取為1 1， 代表黑色代表黑色 128-255 128-255取為取為0 0，代表達色，代表達色=-定義：相對模糊度原始圖灰度值 模擬圖灰度值原始圖灰度值23圖像加強圖像加強采用采用5 5* *5 5 模板的階數(shù)延續(xù)可調(diào)的分數(shù)階微分算子將三子鏡與三臂模板的階數(shù)延續(xù)可調(diào)的分數(shù)階微分算子將三子鏡與三臂構(gòu)造構(gòu)造F=34%F=34%的圖像加強處置，可調(diào)階數(shù)取的圖像加強處置，可調(diào)階數(shù)取 v=0.2 v=0.2。微分算子微分算子24兩