4、望远镜成像原理及误差分析

望远镜成像原理及误差分析

1. 扩展物体成像原理

扩展物体可视为二维点源集合，每个点源在望远镜焦平面产生各自的点扩散函数（PSF）。由于这些点源发射的电磁辐射（EMR）是非相干的（即振幅、频率或相位不同），重叠PSF的强度是可加的。简单来说，扩展物体的图像是该物体的空间强度与望远镜PSF的二维卷积。
- 低空间频率编码了关于平滑（大空间尺度）强度变化的信息，如总体形状、方向和强度梯度。
- 高空间频率编码了关于尖锐（小空间尺度）强度变化的信息，如边缘。

2. 光学元件引起的图像误差

在理想系统中，入射平面波会转化为在焦平面收敛成理想衍射图案的图像波前。但实际的不完美系统会在高、低空间频率上引入波前偏差，这些偏差在物理上表现为相位变化，也被称为曲率、斜率或倾斜误差，经典上称为光学像差。

2.1 非像差几何问题

有三种几何问题严格来说不算像差，因为图像波前相对于理想情况只是未对准，而非变形：
- 活塞 ：焦面（实际是出瞳）处波前相位的平均值。
- x（矢状）和y（切向）倾斜（倾斜误差） ：波前穿过焦面时的平均x和y斜率。测量和校正活塞和倾斜误差对分段镜和自适应光学系统的性能至关重要。

2.2 像差类型

• 离焦 ：是最低阶的真实像差，指在最佳焦面前或后成像的效果。当成像设备（如相机探测器）放置在有效焦点前后时会发生，最常见的原因是主镜和副镜之间的间距不正确。离焦会降低图像对比度（分辨率），快速（f比约为3或更小）光学系统对离焦非常敏