ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2017, № 12 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Алгоритм нахождения аберрационных коэффициентов в космической оптико-электронной аппаратуре наблюдения

Е.В. Селиверстова1,2, Г.А. Щербина1,2, Б.М. Шурыгин1

1 Московский физико-технический институт (государственный университет)
2 АО «НПО «ЛЕПТОН», 124527, Москва, г. Зеленоград, Россия
Полный текст (PDF) УДК 681.7.012 EDN YNSPKF

Аннотация

В работе описывается алгоритм поиска аберрационных коэффициентов по изображению точечного тест-объекта. В предлагаемом подходе аберрации волнового фронта представляются при помощи полиномов Цернике, коэффициенты при полиномах выступают в роли критерия съюстированности системы. Приведено несколько возможных способов вычисления изображения из коэффициентов Цернике: геометрический, дифракционный с интегралом Кирхгофа, дифракционный Нижбера-Цернике, а также выполнено их сравнение. Предлагаемый алгоритм поиска аберрационных коэффициентов основан на поэтапном вычислении аберрированного изображения из значений коэффициентов Цернике и сравнении рассчитанного изображения с действительным изображением прибора. Подход был апробирован на осевом зеркально-линзовом объективе Ричи-Кретьен.

  • юстировка оптико-электронных систем
  • lens adjustment
  • аберрации
  • полиномы Цернике
  • дистанционное зондирование Земли
Abstract (in English)

This paper describes an algorithm of searching the aberration coefficients from defocused image of a point source. In proposed approach, the wave front aberrations which are caused by optics misalignment are represented by Zernike polynomials. Zernike polynomials coefficients which indicate lens alignment can act as criteria of an optical systems quality. Implementation of the algorithm requires the ‘direct task’ solution in order to get the aberrated image using the values of the Zernike coefficients. In the article several possible approaches to obtain the image of a point spread function which is calculated from the values of the Zernike’s coefficients are presented: geometric, diffraction by the Kirchhoff integral, diffraction by Nijboer-Zernike approach. Comparison of the methods mentioned above was made at the base of the algorithm’s time response and the resulting image accuracy. Algorithm proposed for finding aberrational Zernike coefficients is based on the ‘direct task’ solution and comparison based on the discrepancy criterion between obtained image and the actual image of the real lens step-by-step. The geometrical approach was used for the ‘direct task’ solution as the fastest and ideologically simplest algorithm. The approach was tested on the axial catadioptric Ritchey-Chrétien lens. Estimation of the Zernike coefficients gives an ability to define current relative positions of the lens optical components. This allows the system’s alignment to be done.

Для цитирования

Селиверстова Е.В., Щербина Г.А., Шурыгин Б.М. Алгоритм нахождения аберрационных коэффициентов в космической оптико-электронной аппаратуре наблюдения // Журнал радиоэлектроники. – 2017. – № 12.

Литература

  1. Бакланов А. И. Новые тенденции развития космических систем оптико-электронного наблюдения земли высокого разрешения. // Материалы 14-й научно-технической конференции «Системы наблюдения мониторинга и дистанционного зондирования Земли», Сентябрь, 2017, Сочи, Россия, с. 32-45.
  2. Бакланов А. И. Анализ состояния и тенденции развития систем наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения. // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, №2, 2010
  3. Научно-образовательный проект «Лазерный портал» факультета «Информационные и управляющие системы» Балтийского государственного технического университета [электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.laser-portal.ru/content_706
  4. Paul Hickson 1994 "Wave-front curvature sensing from a single defocused image". J. Opt. Am. A, Vol.11, No. 5/May 1994 1667
  5. Bharmal N.A., Buscher D.F., Haniff. C.A. Near-focus high-sensitivity wavefront sensing. Mon. Not. R. Astron. Soc. 360, issue 4, 2005, pp. 1325-1332
  6. A. Tokovinin, S. Heathcote "Donut: Measuring Optical Aberrations from a Single Extrafocal Image", Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 2006.
  7. Зверев В.А., Точилина Т.В. Специальные разделы прикладной математики для оптомехаников. Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. - 235с.
  8. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973. - 720с.
  9. Joseph J.M. Braat, Peter Dirksen, Sven van Haver, Augustus J.E.M. Janssen. Detailed description of the ENZ approach [electronic resource]. 2013. 39 p. Available at: http://www.nijboerzernike.nl/_PDF/NijboerZernike_webpage_detailed_20151023.pdf