中科院光电所提出使用扩展景物高光谱图像探测共相误差的方法

近日，中国科学院光电技术研究所在光学多孔径拼接成像系统的共相误差探测方面取得新进展，提出了使用高光谱图像利用扩展景物为观测目标实现共相误差探测的方法。在该方法中，高光谱图图像不再是用来获得被观测对象信息的手段，而是用来定量测量光学观测系统自身波前像差（共相误差）的手段。该方法相关论证和实验以Diagnosing piston error from hyperspectral image with extended scene为题，发表在Optics and lasers in engineering期刊上。 

使用扩展景物实现共相误差探测的示意

中科院自适应光学重点实验室的李杨等发现，高光谱图像中不同波段图像的像质在同一共相误差下会有周期性的变化，其变化周期和共相误差大小成负相关，同时波段图像的特征会和共相误差的正负相关，这一现象在文章中通过理论和实验得到验证。由此，作者提出了利用这一现象来定量测量共相误差的方法。 

现象机理是由于不同波段图像对应波长下的点扩展函数受共相误差调制导致不同波段图像像质产生相应周期调制 

在同一共相误差下，不同波段图像的像质具周期性的变化（以PSNR和SSIM指标评价为例）。

另外，作者提出利用此现象实现通过扩展景物的高光谱图像测量光学多孔径拼接成像系统自身的共相误差探测方法。在实验验证中，通过一个两口径系统采集分辨率鉴别板的高光谱图像。 

实验装置中，通过一个施加有共相误差的双孔径获取分辨率鉴别板高光谱图像

高光谱图像中有80个波段图像，光谱覆盖约608nm到652nm范围，单像素上波段带宽为0.554nm。在施加不同共相误差下，可观察到所采集得到的高光谱图像中波段图像的像质变化周期也不同。 

施加共相误差为-69.360μm时的高光谱图像中的波段图像序列 

施加共相误差为-139.223μm时的高光谱图像中的波段图像序列

在文中提出了一种基础的估计方法，通过高光谱图像生成一幅评估图像，在评估图像中的频域中提取出高光谱图像的变化频率，从而定量估计出共相误差。 

从高光谱图像估计共相误差的方法流程

实验表明其测量范围可以达到数百倍的波长，精度达到数个波长。可较好兼容当前扩展景物下的共相误差探测方法的测量范围，弥补当前方法测量范围不足的问题，实现扩展景物下的大范围共相误差探测的目的。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2022.107375