空间相机在轨MTF检测技术研究

发布时间：2020-05-31 16:25

【摘要】：卫星光学相机是卫星探测系统的重要组成部分和核心载荷,主要分为对地(遥感测绘、环境监测、军事侦察等)观测和对空间物体(航天器、空间碎片、星体等)观测两类,但由于装配、运输、发射冲击以及太空环境的影响等原因,会导致成像性能下降及像质恶化,其中调制传递函数是目前国际上普遍用于评价光学系统像质的重要参数,调制传递函数在轨检测不仅能实现空间相机的像质评价,对于后续校准和图像复原也有重要意义。对于对地观测遥感相机,目前已有较为完善的MTF在轨检测方法,但由于空间探测的相机系统受到成像目标特性以及姿态翻转控制风险等因素制约,难以直接使用对地观测遥感相机在轨MTF检测方法。本文根据用于空间探测的相机在轨工作状态以及成像特点,结合光电成像系统相关理论及调制传递函数常用测试方法,提出月球边缘刃边法和恒星星点法两种可行的针对空间目标观测相机的在轨MTF检测方法,并分别使用仿真和实验两种手段对本文测试方法可行性和有效性进行模拟和验证。其中月球边缘与深空背景形成高对比度的线状边缘图像为月球边缘刃边法MTF测量提供测试目标,恒星星点和深空背景形成的点状目标图像为恒星星点法MTF测量提供测试目标。在MATLAB平台仿真阶段,分析了光电成像系统的成像链路各环节影响像质的原理,提出了一种合理的仿真靶标图像生成方法并计算其理论MTF曲线,重点研究了月球边缘刃边法和恒星星点法在轨MTF检测的关键处理环节,分析了多种处理方法的计算精度及运行速度,形成了最优的月球边缘刃边法和恒星星点法在轨MTF检测流程,之后定量分析了多种因素对这两种测试方法的影响。在实验阶段,搭建了一套包括光学镜头,电子电路及图像采集部分的试验验证系统,分别对定制的圆形刃边靶标和星点阵列靶标成像得到测试图像进行MTF计算,验证仿真阶段得到的优化算法流程以及多种影响因素,实验结果与仿真阶段得到的各种测试结果均较为吻合。因此本文提出的月球边缘刃边法和恒星星点法可以为空间相机在轨MTF测试提供理论参考和技术支撑。
【图文】：

图 2.1 系统的输入输出表示Figure 2.1 Input and output of the system为：对若干个激励的线性组合的整体响应等。表示为式 3-1： 2 2 1 1 2 21 2 22 2, , , , ,, ,x y a f x y a f x y a f f x y a f x y y a g x y 一个常数， 1f x, y 和 2f x, y 为系统统输出。公式 3-1 表明线性系统具有叠加或位移不变系统定义为：如果一个输入函数统后，其响应也只有同样的位移，分布不变 x , y h x ,y

图 2.2 点扩散函数的形成Figure 2.2 The formation of point spread function样的，LSF是对线状光源 x 或 y 成像后在像平面得到的光强 PSF 沿某一特定方向的积分，并且其一维 Fourier 变换是 MTF在该线。这是脉冲法计算MTF 的理论基础。 , xLSF x PSF x y dy或 , yLSF y PSF x y dx输入函数是一个阶跃函数： < 0step01 0xxx ，该输入函数的刃边图像区域提供，，其通过光学系统后的输出函数即二维光强分 可看成是 的积分，它们是微分和积分的关系。 的一维是该方向的MTF。这是刃边法计算MTF的理论基础。 , xdESF x LSF x dx LSF x ESF x
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V445.8

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本文编号：2690139