本發(fā)明涉及一種利用計(jì)算光學(xué)的方法來校正共形光學(xué)系統(tǒng)像差的方法，尤其涉及一種利用波前編碼成像技術(shù)來校正共形光學(xué)系統(tǒng)像差的方法。

背景技術(shù)：

共形整流罩具有優(yōu)異的氣動(dòng)外形，雖然可以改善導(dǎo)彈的氣動(dòng)性能，但是是以犧牲光學(xué)導(dǎo)引頭成像質(zhì)量為代價(jià)的。像質(zhì)的好壞直接關(guān)系到導(dǎo)引頭的捕獲性能與跟蹤精度。由于共形整流罩在不同的目標(biāo)視場下，系統(tǒng)失去旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，從而引入了大量的隨著目標(biāo)視場變化的動(dòng)態(tài)像差，必須引入像差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)改善像質(zhì)，光學(xué)像差的校正問題亟待解決。

而傳統(tǒng)的校正共形光學(xué)系統(tǒng)像差的方法又有著各自的局限性：固定像差校正器對(duì)于大口徑、大視場的共形光學(xué)系統(tǒng)像差校正效果不理想；動(dòng)態(tài)像差校正器引入了附加的機(jī)械和電子元件，致使導(dǎo)引頭重量增加、體積增大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作穩(wěn)定性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的校正共形光學(xué)系統(tǒng)像差方法的不足，提供了一種基于波前編碼的鈍化共形光學(xué)系統(tǒng)像差的方法，引入像差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)鈍化共形光學(xué)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)像差，改善像質(zhì)，從而提高導(dǎo)引頭的捕獲性能和跟蹤精度。波前編碼光學(xué)系統(tǒng)原理圖及MTF比較如圖1所示。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于波前編碼的鈍化共形像差的方法，包括如下步驟：

在共形光學(xué)系統(tǒng)的光闌處加入奇對(duì)稱相位掩模板，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的波前進(jìn)行調(diào)制，在探測器上形成編碼圖像，通過數(shù)字濾波手段對(duì)編碼圖像進(jìn)行圖像解碼處理，得到最終的清晰圖像。

本發(fā)明在共形光學(xué)系統(tǒng)的光闌處加入奇對(duì)稱相位掩模板，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的波前進(jìn)行調(diào)制，使得各個(gè)視場的成像質(zhì)量趨于一致，其光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)或者點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)基本保持不變，從而在探測器上形成差異極小的模糊的中間成像，并且這些中間圖像可以通過數(shù)字濾波的手段復(fù)原成清晰的最終成像(解碼過程包括逆濾波、維納濾波等技術(shù)，不影響本發(fā)明的最終結(jié)果)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、波前編碼(WFC)技術(shù)的引入可以在保證共形光學(xué)系統(tǒng)的光通量和成像分辨率的情況下，實(shí)現(xiàn)更大的焦深的目的，同時(shí)還可以抑制了像散、球差、色差以及由安裝誤差和溫度變化引起的離焦帶來的像差。

2、在共形光學(xué)系統(tǒng)加入相位掩模板后，光學(xué)成像部分的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)增大，使得能量分布較為分散，用CCD接受中間圖像時(shí)不易發(fā)生飽和現(xiàn)象，有利于測量。

3、操作簡單(僅僅是在光學(xué)系統(tǒng)光闌處放置一個(gè)純相位掩模板)，可以在不增加共形光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下鈍化像差、提高像質(zhì)，從而提高導(dǎo)引頭的捕獲性能和跟蹤精度。

附圖說明

圖1為波前編碼光學(xué)系統(tǒng)原理圖及MTF比較，(a)成像過程，(b)MTF比較；

圖2為共形光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(視角：左0°右30°)；

圖3為共形光學(xué)系統(tǒng)MTF(視角：左0°右30°)；

圖4為共形光學(xué)系統(tǒng)PSF(視角：左0°右30°)；

圖5為加入CPM后的共形光學(xué)系統(tǒng)MTF(視角：左0°右30°)；

圖6為加入CPM后的共形光學(xué)系統(tǒng)PSF(視角：左0°右30°)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件CodeV中設(shè)計(jì)一個(gè)焦距為120mm，F(xiàn)/#為2的變焦共形光學(xué)系統(tǒng)作為初始結(jié)構(gòu)，共形光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)見表1、結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：前端是徑長比為1的橢球形共形整流罩，緊接其后的兩片是固定矯正器，光學(xué)系統(tǒng)為卡塞格林結(jié)構(gòu)加五片透鏡，分別由Ge、ZnS、Ge、ZnS和Si材料制成，其中最后一片透鏡為探測器窗口，整流罩的后表面設(shè)為衍射面。將卡塞格林結(jié)構(gòu)的第一個(gè)反射鏡(即第7個(gè)光學(xué)表面)設(shè)為光闌，并將光闌處設(shè)為基本偏心，其后的光學(xué)系可繞光闌中心旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的工作波段為3.7～4.8um，目標(biāo)視場為±30°，瞬時(shí)視場為±1°。系統(tǒng)的MTF如圖3所示，可以看到其MTF曲線在其整個(gè)掃描視場范圍內(nèi)都非常低，而且還有很多零點(diǎn)。圖4是共形光學(xué)系統(tǒng)的PSF。

表1共形光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)

本發(fā)明提出的解決方案是在該共形光學(xué)系統(tǒng)的光闌處加入相位板，如三次相位掩模板(通常相位掩模板可以是加入一個(gè)特別的非球面鏡，也可以將傳統(tǒng)光學(xué)器件的一面改造為非球面，此處選用后者)，其表達(dá)式如(1-1)所示：

f(x，y)＝α(x³+y³) (1-1)；

式中：α為相位板參數(shù)，x，y為光瞳處歸一化空間坐標(biāo)。

經(jīng)調(diào)試，α取值為10^-6時(shí)鈍化像差效果最好，加入相位板后共形光學(xué)系統(tǒng)的MTF、PSF分別如圖5、6所示，由圖5、6可以明顯的看出：在加入三次相位板后，系統(tǒng)的MTF曲線其整個(gè)目標(biāo)掃描視場范圍內(nèi)得到了明顯提高，接近衍射極限(在17lp/mm處均達(dá)到0.41以上)，而且系統(tǒng)的PSF也比較穩(wěn)定。再通過采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)編碼圖像進(jìn)行解碼，便可得到不同視場下接近衍射限的清晰像。因此，通過在共形光學(xué)系統(tǒng)中加入相位掩模板來鈍化像差的方法十分可行。