專利名稱：一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械及光學設(shè)計領(lǐng)域，具體為一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相 干長度的方法。
背景技術(shù)：
大氣相干長度儀是一種常用的光學儀器，目前大氣相干長度儀在整層大氣相干長 度測量中應用很普遍，但是現(xiàn)有技術(shù)中的大氣相干長度儀僅僅在夜晚可以直接測量整層大 氣相干長度，具有直接觀測恒星全天不間斷測量整層大氣相干長度的儀器尚未見報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種白日觀測恒星測量整層大氣相干長度及其圖像背景實 時重構(gòu)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的大氣相干長度儀無法實現(xiàn)全天通過直接觀測恒星測量整 層大氣相干長度的問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，采用大氣相干長度儀，所 述大氣相干長度儀包括望遠鏡、CCD，所述望遠鏡和CCD共系統(tǒng)光軸，所述望遠鏡前端為遮 攔與楔鏡，望遠鏡后端出光口與CCD接收面共光軸，在所述望遠鏡后端的出光口與CCD之間 光軸處安裝有濾光片，信號光經(jīng)遮攔及楔鏡后通過望遠鏡而后經(jīng)過濾光片入射至CCD接收 面，其特征在于在所述濾光片和CCD接收面之間的中心光軸處安裝有遮攔，所述遮攔靠近 濾光片一端端頭超出濾光片出射光在CCD接收面上的有效成像區(qū)域的最邊緣光線與中心 光軸的交點。
所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特征在于所述 遮攔包括兩部分，其中靠近濾光片的遮攔為圓柱形，靠近CCD接收面的遮攔為板形。
所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特征在于所述 遮攔表面經(jīng)過染黑處理、粗糙處理。
所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特征在于所述 遮攔靠近CCD接收面一端端頭與CCD接收面中心點的距離保證天空背景光在CCD接收面光 軸附近圖像背景亮度與兩側(cè)背景亮度差別在允許的范圍內(nèi)。
一種白日觀測恒星圖像背景實時重構(gòu)方法，其特征在于信號光依次經(jīng)過大氣相 干長度儀的望遠鏡、濾光片后在CXD接收面上成像，在CXD接收面關(guān)心成像區(qū)域上任意一個 像素點的天空背景亮度值可以用其上、下相鄰有一定間距區(qū)域天空背景亮度值的平均值來 代替。通過選取關(guān)心成像區(qū)域任意一個像素點的上、下相鄰區(qū)域，用所述上、下相鄰區(qū)域天 空背景亮度值的平均值代替所述像素點的天空背景亮度值進行天空的圖像背景實時重構(gòu)。
所述的一種白日觀測恒星圖像背景實時重構(gòu)方法，其特征在于所述CXD接收面 關(guān)心成像區(qū)域上任意一個像素點與其選取的上、下相鄰區(qū)域的中心點間距與小區(qū)域的半徑 之和均大于信號光在CCD接收面上的成像光斑的直徑。
本發(fā)明方法在濾光片和CXD接收面之間的中心光軸上設(shè)置有遮攔，通過在中心光 軸處安裝遮攔，可阻止中心光軸一側(cè)入射的天空背景光照射到從中心光軸另一側(cè)入射的星 光成像處，同時在圖像處理時通過某一像素點上、下相鄰區(qū)域的天空背景亮度值的均值作 為該像素點的天空背景亮度值，可以實現(xiàn)天空的圖像背景實時重構(gòu)。通過本發(fā)明方法，大氣 相干長度儀在夜晚直接觀測恒星測量，白天采用光譜濾波技術(shù)以及通過光闌抑制天空背景 后觀測恒星測量，可實現(xiàn)全天通過觀測恒星不間斷測量整層大氣相干長度。


圖1為大氣相干長度儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為遮攔安裝原理圖。
圖3為遮攔安裝示意圖。
圖4為實時重構(gòu)圖像背景示意圖。
具體實施方式
如圖1所示。全天通過觀測恒星測量整層大氣相干長度的裝置，包括有成像系統(tǒng) 和數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)。成像系統(tǒng)主要有濾光片1、遮攔2。采集系統(tǒng)包括CCD 5和計算機 6，處理系統(tǒng)為計算機6，數(shù)據(jù)經(jīng)(XD5采集后在計算機6進行處理獲取實驗結(jié)果。星光經(jīng)過 望遠鏡主鏡前兩楔鏡4、光闌3后形成具有一定夾角的兩束光；兩光束經(jīng)過望遠鏡系統(tǒng)7后 于(XD5接收面聚集成兩點。為抑制白天觀測恒星時天空背景光的影響在(XD5與望遠鏡7 之間安置有短波前截止濾波片1，為防止從光軸一側(cè)入射的天空背景光照射到從光軸另一 側(cè)入射星光的成像區(qū)，在濾波片1與(XD5之間系統(tǒng)光軸線位置安裝有與光軸線垂直的遮攔 2 ；通過在系統(tǒng)中增加短波前截止濾波片1與遮攔2可明顯減弱系統(tǒng)焦平面星光成像區(qū)域的 天空背景光亮度，提高成像信噪比。針對白天觀測恒星成像區(qū)域的背景亮度呈現(xiàn)小區(qū)域均 勻的現(xiàn)象和增加遮攔后在成像區(qū)域光軸線附近對背景光有一定的影響，實際一像素點的天 空背景值為Y方向該點兩側(cè)有一定間距的小區(qū)域亮度值的平均。通過該處理方式可實時重 構(gòu)天空背景，本發(fā)明實現(xiàn)了白天觀測恒星測量整層大氣相干長度。
星光經(jīng)過望遠鏡7前兩楔鏡4及遮攔2后分成具有一定夾角的兩束光，兩束光在 望遠鏡7焦點前經(jīng)過短波前截止濾光片1在CCD5的接收面聚焦成兩點。濾光片1將天空 背景光短波部分大部分濾除；遮攔2安裝在系統(tǒng)光路中心軸線處，可阻止光軸一側(cè)入射的 天空背景光照射到從光軸另一側(cè)入射的星光成像處。
如圖2、圖3所示。抑制天空背景的遮攔安裝原理為
點XI、X4所在直線表示濾光片所在平面，點Cl、C2所在直線表示系統(tǒng)焦平面。虛 線MN表示系統(tǒng)中心光軸，M、N點分別為中心光軸與濾光片和系統(tǒng)焦平面的交點。點X1、X2 和點X3、X4為濾光片所在平面被入射光束照射的范圍，經(jīng)過區(qū)域X1X2、X3X4的星光分別成 像于區(qū)域ClN和NC2，點C1、C2表示系統(tǒng)最大視場，即恒星在系統(tǒng)焦平面成像區(qū)域的最大范 圍。B1、B2為CXD最大空間探測范圍。天空背景光經(jīng)過望遠鏡7后以較大的視場角照射到 成像系統(tǒng)焦平面，其中從區(qū)域X1X2入射的天空背景光不僅可以照射從該區(qū)域入射的星光 成像區(qū)域ClN處也可以照射到從區(qū)域X3X4入射星光的成像區(qū)域NC2處；即兩束星光成像區(qū) 域處的背景光為通過X1X2和X3X4的天空背景光疊加，這樣對白天觀測恒星不利?？赏ㄟ^4在系統(tǒng)中心光軸處安置遮攔來避免從中心光軸一側(cè)入射的天空背景光照射到中心光軸另 一側(cè)入射星光的成像區(qū)域，這樣星光成像區(qū)域的天空背景光可明顯減弱。
中心光軸處遮攔要求彎曲要小，遮攔表面需經(jīng)過染黑處理以增加對天空背景光的 吸收；遮攔表面需經(jīng)過粗糙處理以減少天空背景光照射到遮攔后對成像區(qū)域的反射。
抑制天空背景的遮攔安裝方式
實際實驗過程中采用開窗口技術(shù)，星光成像區(qū)域C1C2小于(XD5靶面區(qū)域B1B2。 要阻止經(jīng)過區(qū)域X1X2的天空背景光照射到經(jīng)過區(qū)域X3X4星光成像區(qū)域NC2處，需要從N 處開始沿著中心光軸向點M方向延伸來安置遮攔。要使遮攔能夠?qū)崿F(xiàn)點C2處不受從區(qū)域 X1X2入射的天空背景光影響，遮攔需要超過點Y1，其中Yl為光線X2C2與中心光軸的交點。 在接近(XD5靶面端，由于兩光束在焦平面的間距為2-3毫米并且由于湍流影響造成光束擴 展使光束具有一定的直徑，而遮攔具有一定的厚度，因此實際安裝時遮攔靠近CCD5靶面的 一端(點Y2)不能無限接近(XD5靶面。如果距離(XD5靶面較近，由于遮攔厚度的原因遮 光，會在CCD探測面形成以中心光軸為中心的暗帶。如果距離CCD5靶面較遠，則會有一部分 天空背景光可以越過中軸線照射到另一側(cè)，在CCD5探測面形成以中心光軸為中心的亮帶。 實際安裝過程中可通過調(diào)整光闌與CCD探測面間距實現(xiàn)天空背景光在CCD接收面光軸附近 圖像背景亮度與兩側(cè)背景亮度差別在允許的范圍內(nèi)。
如圖4所示。背景的實時重構(gòu)
觀測恒星測量整層大氣相干長度需要實時重構(gòu)單幀數(shù)據(jù)的背景以獲取兩星像在 CCD5成像面的位置。由于天空背景的亮度在整個成像區(qū)域具有一定的空間不均勻性，而在 較小的范圍內(nèi)可以認為是亮度均勻，因此一點的天空背景亮度值可以用其鄰域點亮度的平 均來代替。兩星像位于中心光軸的兩側(cè)，以兩星像連線方向為X方向，與連線垂直的方向為 Y方向，中心光軸為Z方向；由于在X方向由于遮攔的影響造成光軸附近呈現(xiàn)Y方向背景均 勻而X方向不均勻，雖然中心軸線兩側(cè)小區(qū)域作為系統(tǒng)盲區(qū)不處理但背景在X方向背景亮 度不滿足小范圍均勻，因此實際一像素點的天空背景值為Y方向該點兩側(cè)有一定間距的小 區(qū)域亮度值的平均。如圖四所示，圓D表示大小為星像成像區(qū)域直徑的范圍，點B處的背景 值為點A、C兩處小區(qū)域天空背景值的平均，其中AB或BC兩點間距與A區(qū)域或B區(qū)域半徑 之和要大于星光成像光斑的直徑。該重構(gòu)方式具有快速的優(yōu)點，可實現(xiàn)天空背景的實時重 構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，采用大氣相干長度儀，所述 大氣相干長度儀包括望遠鏡、CCD，所述望遠鏡和CCD共系統(tǒng)光軸，所述望遠鏡前端為遮攔 與楔鏡，望遠鏡后端出光口與CCD接收面共光軸，在所述望遠鏡后端的出光口與CCD之間 光軸處安裝有濾光片，信號光經(jīng)遮攔及楔鏡后通過望遠鏡而后經(jīng)過濾光片入射至CXD接收 面，其特征在于在所述濾光片和CCD接收面之間的中心光軸處安裝有遮攔，所述遮攔靠近 濾光片一端端頭超出濾光片出射光在CCD接收面上的有效成像區(qū)域的最邊緣光線與中心 光軸的交點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特 征在于所述遮攔包括兩部分，其中靠近濾光片的遮攔為圓柱形，靠近CCD接收面的遮攔為 板形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特 征在于所述遮攔表面經(jīng)過染黑處理、粗糙處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，其特 征在于所述遮攔靠近CCD接收面一端端頭與CCD接收面中心點的距離保證天空背景光在 CCD接收面光軸附近圖像背景亮度與兩側(cè)背景亮度差別在允許的范圍內(nèi)。
5.一種白日觀測恒星圖像背景實時重構(gòu)方法，其特征在于信號光依次經(jīng)過大氣相干 長度儀的望遠鏡、濾光片后在CCD接收面上成像，在CCD接收面關(guān)心成像區(qū)域上任意一個像 素點的天空背景亮度值可以用其上、下相鄰有一定間距區(qū)域天空背景亮度值的平均值來代 替。通過選取關(guān)心成像區(qū)域任意一個像素點的上、下相鄰區(qū)域，用所述上、下相鄰區(qū)域天空 背景亮度值的平均值代替所述像素點的天空背景亮度值進行天空的圖像背景實時重構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種白日觀測恒星圖像背景實時重構(gòu)方法，其特征在于所 述CCD接收面關(guān)心成像區(qū)域上任意一個像素點與其選取的上、下相鄰區(qū)域的中心點間距與 小區(qū)域的半徑之和均大于信號光在CCD接收面上的成像光斑的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過白日觀測恒星測量整層大氣相干長度的方法，在濾光片和CCD接收面之間的中心光軸處安裝有遮攔以實現(xiàn)全天通過觀測恒星不間斷測量整層大氣相干長度，在圖像處理時CCD成像關(guān)心區(qū)域上任意一個像素點的天空背景亮度值用其選定的上、下相鄰像素區(qū)域天空背景亮度值的平均值來代替，可以實現(xiàn)實現(xiàn)天空的圖像背景實時重構(gòu)。
文檔編號G01J9/00GK102032950SQ20101050850
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者何峰, 侯再紅, 吳毅, 姚佰棟, 張守川, 秦來安, 譚逢富, 靖旭 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所