光學望遠鏡的性能主要體現(xiàn)在兩個方面，一方面是望遠鏡收集能量的能力，即望遠鏡的集光能力；另一方面是望遠鏡分辨目標細節(jié)的能力，即望遠鏡的分辨力。理論上講，望遠鏡口徑越大，集光能力愈強、分辨力愈高。然而受到制造工藝、檢測技術(shù)、裝配工藝、制作成本、載荷體積重量等的影響，大型單口徑望遠鏡的制作和應(yīng)用受到了很大的限制。光學多孔徑成像是突破這一限制提高成像能力的重要技術(shù)手段。光學多孔徑成像將多個單孔徑系統(tǒng)按照一定的方式排布，通過共相干涉實現(xiàn)等效大孔徑光學系統(tǒng)的分辨力。光學多孔徑成像技術(shù)的關(guān)鍵難點在于各個單孔徑系統(tǒng)間共相誤差及其它像差的檢測與校正和目標圖像的高清晰復(fù)原等。
本研究提出相關(guān)理論模型的基礎(chǔ)上建立實驗裝置，實現(xiàn)了基于子孔徑調(diào)制相位差法的光學多孔徑成像技術(shù)，通過對多孔徑合成成像系統(tǒng)的單個或多個子孔徑進行空間調(diào)制，獲取有差異的多幀圖像。結(jié)合施加的調(diào)制信息，基于隨機并行優(yōu)化算法對圖像進行處理，獲取目標的高清晰圖像。與傳統(tǒng)方法相比，該方法具有同時恢復(fù)像差和目標的高清晰圖像、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、受硬件誤差影響小、像差恢復(fù)精度和圖像復(fù)原清晰度高等特點。
該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院等項目的支持。
圖1 四孔徑合成成像系統(tǒng)像差和目標圖像復(fù)原結(jié)果，(a)加載像差，(b)恢復(fù)像差，(c)恢復(fù)殘差，(d)模糊圖像，(e)復(fù)原的高清晰圖像