仪器仪表学报

作者：彭越洋，傅紫源，贺玉坤，陈长征，沙巍

单位：彭越洋,1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033； 2.中国科学院大学北京100049,,傅紫源,上海卫星工程研究所上海201100,,贺玉坤,1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033； 2.中国科学院大学北京100049,,陈长征,1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033； 2.中国科学院大学北京100049,chencz@ciomp.ac.cn,沙巍,1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033； 2.中国科学院大学北京100049,

关键词：星点图像;空间相位差;点扩散函数;图像清晰度评价;离焦;调焦精度

为了提高对地观测卫星在轨调焦的效率和精度，提出了一种基于多个星点图像定量评估相机离焦状态，计算最佳探测器位置的方法。首先，介绍了自动调焦算法的工作流程，详细描述了星点图像预处理，图像质心和空间相位差(SPD)的计算方法，在SPD的基础上，重建点扩散函数(PSF)并根据离散PSF拟合高斯曲线计算标准差，将标准差和探测器位置拟合为调焦曲线，曲线最低点即为自动调焦算法计算出的最佳探测器位置。为了说明所提算法的有效性，简要介绍了空间域、频率域、统计学以及基于特征的图像清晰度评价函数，将其作为对比算法。最后，搭建了试验平台，测试所提算法的定焦精度以及噪声鲁棒性，并与其他清晰度评价函数进行了对比。试验结果表明：所提算法计算最佳探测器位置，最小误差为-0.0013mm，小于1/6半焦深，优于对比算法；当图像信噪比≥10dB，定焦误差的绝对值0.85，噪声鲁棒性优于对比算法。所提算法在不同探测器位置上获取多个星点图像，通过星点图像定量评估相机的离焦状态，拟合的调焦曲线能够正确反应相机离焦状态与离焦量的关系，最佳探测器位置的计算精度能够满足空间相机对调焦精度的要求，具有较强的噪声鲁棒性。

来源：2025年第11期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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