三臂形瞳的调制传递函数分析

1、三臂形瞳的调制传递函数分析三臂形瞳的调制传递函数分析论文的结构和主要内容第一章 绪论第二章 稀疏孔径光学系统第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统第四章 总结与展望论文的结构和主要内容第一章 绪论研究背景及意义第一章 绪论大孔径空间光学系统加工工艺制造成本运载和发射复杂光瞳光学系统由多个小孔径元件或光学系统按照一定方式进行排列，构成一个大的光学孔径。分辨率=工作波长与入瞳口径之比高分辨率研究背景及意义第一章 绪论大孔径空间光学系统加工工艺复杂国外研究现状第一章 绪论加那列大型望远镜(Gran Telescopio Canarias) 该望远镜的镜面直径为10.4米，是由36个定制的镜面六角形组件构成

2、。国外研究现状第一章 绪论加那列大型望远镜(Gran Te国外研究现状第一章 绪论霍比-埃伯利望远镜（HET） 由91块镜面六角形组件构成，每块镜面直径为1米，整体镜面直径可达到11米，实际可用的仅有9.2米。国外研究现状第一章 绪论霍比-埃伯利望远镜（HET）国内研究现状第一章 绪论 目前国内最大的光学望远镜在云南天文台。这台大型光学天文望远镜高米，通光孔径2.4米，重40余吨。 虽然我国在稀疏孔径光学系统方面的工作起步晚，但是在过去的十几年，我国在稀疏孔径光学系统的研究有了实时性的进展。主要由国家天文台、中科院南京天文仪器研制中心、哈尔滨工业大学、苏州大学、航天科技集团公司五院508所和北

3、京理工大学等机构在研究。国内研究现状第一章 绪论 目前国内最大的光学望稀疏孔径光学系统的概念第二章 稀疏孔径光学系统 稀疏孔径光学系统是指采用多个较容易制造的互相干的小口径系统，按照一定的方式排列，合成为一个大口径光学成像系统。稀疏孔径光学系统的分类共次镜结构 多望远镜结构稀疏孔径光学系统的概念第二章 稀疏孔径光学系统 稀疏孔径光学系统的优点第二章 稀疏孔径光学系统(1) 由多个子孔径排列构成，子口径加工简单，制造成本低。(2) 由于采用子孔径排列，与单个主镜光学系统相比，质量和体积都有较大幅度的减小，对运载能力的要求大幅降低。(3) 单个子孔径损坏可以单独更换，维护方便，降低成本。(4) 稀

4、疏孔径光学系统在结构设计上更自由，可发挥空间更大。稀疏孔径光学系统的缺点(1) 通光面积比全孔径小，其成像质量比全孔径光学系统差，需要通过一定的图像复原技术，才能得到所需的图像信息。(2) 各子径安装时精度要求极高。稀疏孔径光学系统的优点第二章 稀疏孔径光学系统(1) 由稀疏孔径光学系统的常见光瞳结构第二章 稀疏孔径光学系统（a）环面结构 （b）环形结构 （c）三臂结构 （d）Golay结构 稀疏孔径光学系统的常见光瞳结构第二章 稀疏孔径光学系统（稀疏孔径光学系统的调制传递函数第二章 稀疏孔径光学系统 光学传递函数描述非相干成像系统在频域的响应。 OTF由MTF和PTF组成： MTF描述系统对

5、各频率分量对比度的传递特性； PTF描述系统对各频率分量施加的相移。对于衍射受限非相干成像系统，只需考虑系统的MTF。稀疏孔径光学系统的调制传递函数第二章 稀疏孔径光学系统 稀疏孔径光学系统的调制传递函数计算步骤第二章 稀疏孔径光学系统P(x,y)OTF(,)MTF自相关 模 傅里叶变换傅里叶变换模的平方A(,)PSF(x,y)稀疏孔径光学系统的调制传递函数计算步骤第二章 稀疏孔径光稀疏孔径光学系统的调制传递函数曲线图第二章 稀疏孔径光学系统简单光学系统的MTF曲线 复杂光学系统的MTF曲线 稀疏孔径光学系统的调制传递函数曲线图第二章 稀疏孔径光学三臂结构稀疏孔径光学系统的光瞳结构第三章 三臂

6、结构稀疏孔径光学系统子孔径个数：4个Fmax=44%子孔径个数：7个Fmax=28%子孔径个数：10个Fmax=20%当子孔径数越多，所得稀疏孔径的填充因子越小。三臂结构稀疏孔径光学系统的光瞳结构第三章 三臂结构稀疏孔三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统1.稀疏孔径光学系统的光瞳函数2.对光瞳函数进行傅里叶变换得相干点扩散函数P(x,y)OTF(,)MTF自相关 模 傅里叶变换傅里叶变换模的平方A(,)PSF(x,y)三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统3.对点扩散函数求

7、模平方，可以得到非相干点扩散函数4.对非相干点扩散函数求傅里叶逆变换的模，就得到了稀疏孔径光学系统的调制传递函数MTF。三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统设 傅里叶变换的模是直径为d的圆形光瞳的调制传递函数MTFd，归一化的MTF可以表示为：是直径为d的子孔径的截止频率三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统设4子孔径三臂结构包围孔径的直径为D，子光瞳的直径为d，每个孔径的坐标可以表示为：4子孔径三臂结构4子孔

8、径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的归一化MTF表达式4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统的调制传递函数第三章 三4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统调制传递函数图像第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统MTF二维图(F=5%) MTF三维图(F=5%)MTF二维图(F=25%) MTF三维图(F=25%)MTF二维图(F=35%) MTF三维图(F=

9、35%)MTF二维图(Fmax=44%) MTF三维图(Fmax=44%)4子孔径三臂结构稀疏孔径光学系统调制传递函数图像第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统调制传递函数分析第三章 三臂结构稀疏孔径光学系统三臂结构的MTF按六边形对称分布；中央零频处重叠4个子调制传递函数。当填充因子接近44.44%时，在/6的奇数倍方向上的截止频率为0.61 在/3的整数倍方向上截止频率为0.91当填充因子F接近Fmax时，子调制传递函数就出现重叠先现象；随着填充因子F变小时，在 范围内会有零点出现。 因此在设计三臂结构的稀疏孔径光学系统时，应该选择合适的填充因子，才能更有效的减少系统重量同时又提高图像质量。三臂结构稀疏孔径光学系统调制传递函数分析第三章 三臂结构第四章 总结与展望 介绍了稀疏孔径光学成像系统的基本原理和调制传递函数知识，详细研究了三臂结构稀疏孔径光学成像系统的子孔径结构排列，给出三臂结构的光瞳函数，并推导出其调制传递函数表达式。结合调制传递函数表达式和三维图像，对三臂结构进行成像特征分析。 为下一阶段实验以及实际望远系统的深入研究