三臂形瞳的調(diào)制傳遞函數(shù)分析

1、三臂形瞳的調(diào)制傳遞函數(shù)分析三臂形瞳的調(diào)制傳遞函數(shù)分析論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一章 緒論第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)第四章 總結(jié)與展望論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一章 緒論研究背景及意義第一章 緒論大孔徑空間光學系統(tǒng)加工工藝制造成本運載和發(fā)射復(fù)雜光瞳光學系統(tǒng)由多個小孔徑元件或光學系統(tǒng)按照一定方式進行排列，構(gòu)成一個大的光學孔徑。分辨率=工作波長與入瞳口徑之比高分辨率研究背景及意義第一章 緒論大孔徑空間光學系統(tǒng)加工工藝復(fù)雜國外研究現(xiàn)狀第一章 緒論加那列大型望遠鏡(Gran Telescopio Canarias) 該望遠鏡的鏡面直徑為10.4米，是由36個定制的鏡面六角形組件構(gòu)成

2、。國外研究現(xiàn)狀第一章 緒論加那列大型望遠鏡(Gran Te國外研究現(xiàn)狀第一章 緒論霍比-埃伯利望遠鏡（HET） 由91塊鏡面六角形組件構(gòu)成，每塊鏡面直徑為1米，整體鏡面直徑可達到11米，實際可用的僅有9.2米。國外研究現(xiàn)狀第一章 緒論霍比-埃伯利望遠鏡（HET）國內(nèi)研究現(xiàn)狀第一章 緒論 目前國內(nèi)最大的光學望遠鏡在云南天文臺。這臺大型光學天文望遠鏡高米，通光孔徑2.4米，重40余噸。 雖然我國在稀疏孔徑光學系統(tǒng)方面的工作起步晚，但是在過去的十幾年，我國在稀疏孔徑光學系統(tǒng)的研究有了實時性的進展。主要由國家天文臺、中科院南京天文儀器研制中心、哈爾濱工業(yè)大學、蘇州大學、航天科技集團公司五院508所和北

3、京理工大學等機構(gòu)在研究。國內(nèi)研究現(xiàn)狀第一章 緒論 目前國內(nèi)最大的光學望稀疏孔徑光學系統(tǒng)的概念第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng) 稀疏孔徑光學系統(tǒng)是指采用多個較容易制造的互相干的小口徑系統(tǒng)，按照一定的方式排列，合成為一個大口徑光學成像系統(tǒng)。稀疏孔徑光學系統(tǒng)的分類共次鏡結(jié)構(gòu) 多望遠鏡結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的概念第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng) 稀疏孔徑光學系統(tǒng)的優(yōu)點第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)(1) 由多個子孔徑排列構(gòu)成，子口徑加工簡單，制造成本低。(2) 由于采用子孔徑排列，與單個主鏡光學系統(tǒng)相比，質(zhì)量和體積都有較大幅度的減小，對運載能力的要求大幅降低。(3) 單個子孔徑損壞可以單獨更換，維護方便，降低成本。(4) 稀

4、疏孔徑光學系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上更自由，可發(fā)揮空間更大。稀疏孔徑光學系統(tǒng)的缺點(1) 通光面積比全孔徑小，其成像質(zhì)量比全孔徑光學系統(tǒng)差，需要通過一定的圖像復(fù)原技術(shù)，才能得到所需的圖像信息。(2) 各子徑安裝時精度要求極高。稀疏孔徑光學系統(tǒng)的優(yōu)點第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)(1) 由稀疏孔徑光學系統(tǒng)的常見光瞳結(jié)構(gòu)第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)（a）環(huán)面結(jié)構(gòu) （b）環(huán)形結(jié)構(gòu) （c）三臂結(jié)構(gòu) （d）Golay結(jié)構(gòu) 稀疏孔徑光學系統(tǒng)的常見光瞳結(jié)構(gòu)第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)（稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng) 光學傳遞函數(shù)描述非相干成像系統(tǒng)在頻域的響應(yīng)。 OTF由MTF和PTF組成： MTF描述系統(tǒng)對

5、各頻率分量對比度的傳遞特性； PTF描述系統(tǒng)對各頻率分量施加的相移。對于衍射受限非相干成像系統(tǒng)，只需考慮系統(tǒng)的MTF。稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng) 稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)計算步驟第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)P(x,y)OTF(,)MTF自相關(guān) 模 傅里葉變換傅里葉變換模的平方A(,)PSF(x,y)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)計算步驟第二章 稀疏孔徑光稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖第二章 稀疏孔徑光學系統(tǒng)簡單光學系統(tǒng)的MTF曲線 復(fù)雜光學系統(tǒng)的MTF曲線 稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖第二章 稀疏孔徑光學三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的光瞳結(jié)構(gòu)第三章 三臂

6、結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)子孔徑個數(shù)：4個Fmax=44%子孔徑個數(shù)：7個Fmax=28%子孔徑個數(shù)：10個Fmax=20%當子孔徑數(shù)越多，所得稀疏孔徑的填充因子越小。三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的光瞳結(jié)構(gòu)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)1.稀疏孔徑光學系統(tǒng)的光瞳函數(shù)2.對光瞳函數(shù)進行傅里葉變換得相干點擴散函數(shù)P(x,y)OTF(,)MTF自相關(guān) 模 傅里葉變換傅里葉變換模的平方A(,)PSF(x,y)三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)3.對點擴散函數(shù)求

7、模平方，可以得到非相干點擴散函數(shù)4.對非相干點擴散函數(shù)求傅里葉逆變換的模，就得到了稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)設(shè) 傅里葉變換的模是直徑為d的圓形光瞳的調(diào)制傳遞函數(shù)MTFd，歸一化的MTF可以表示為：是直徑為d的子孔徑的截止頻率三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)設(shè)4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)包圍孔徑的直徑為D，子光瞳的直徑為d，每個孔徑的坐標可以表示為：4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)4子孔

8、徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的歸一化MTF表達式4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)第三章 三4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)圖像第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)MTF二維圖(F=5%) MTF三維圖(F=5%)MTF二維圖(F=25%) MTF三維圖(F=25%)MTF二維圖(F=35%) MTF三維圖(F=

9、35%)MTF二維圖(Fmax=44%) MTF三維圖(Fmax=44%)4子孔徑三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)圖像第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)分析第三章 三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)三臂結(jié)構(gòu)的MTF按六邊形對稱分布；中央零頻處重疊4個子調(diào)制傳遞函數(shù)。當填充因子接近44.44%時，在/6的奇數(shù)倍方向上的截止頻率為0.61 在/3的整數(shù)倍方向上截止頻率為0.91當填充因子F接近Fmax時，子調(diào)制傳遞函數(shù)就出現(xiàn)重疊先現(xiàn)象；隨著填充因子F變小時，在 范圍內(nèi)會有零點出現(xiàn)。 因此在設(shè)計三臂結(jié)構(gòu)的稀疏孔徑光學系統(tǒng)時，應(yīng)該選擇合適的填充因子，才能更有效的減少系統(tǒng)重量同時又提高圖像質(zhì)量。三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)分析第三章 三臂結(jié)構(gòu)第四章 總結(jié)與展望 介紹了稀疏孔徑光學成像系統(tǒng)的基本原理和調(diào)制傳遞函數(shù)知識，詳細研究了三臂結(jié)構(gòu)稀疏孔徑光學成像系統(tǒng)的子孔徑結(jié)構(gòu)排列，給出三臂結(jié)構(gòu)的光瞳函數(shù)，并推導(dǎo)出其調(diào)制傳遞函數(shù)表達式。結(jié)合調(diào)制傳遞函數(shù)表達式和三維圖像，對三臂結(jié)構(gòu)進行成像特征分析。 為下一階段實驗以及實際望遠系統(tǒng)的深入研究