基于系列斑点图像的视宁度估算精度方法研究*

胡 钢，向永源，刘 忠，王新华

(1. 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216；2. 中国科学院大学，北京 100049)

大气湍流是降低地面大型光学望远镜成像质量的主要因素之一，它使图像在像面发生随机抖动、畸变和破碎。为描述大气湍流对成像过程的影响，基于柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)关于大气湍流的统计模型，文[1]引入了视宁度参数r0，又称为弗里德(Fried)参数，或者大气相干长度。根据定义，视宁度表征地面望远镜实现衍射成像的极限口径[2]，也代表大气湍流的剧烈程度。视宁度在选址和高分辨成像等领域有重要意义，比如斑点干涉术[3]的理论传递函数模型与视宁度有关[4]，自适应光学中夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感器微透镜阵列的数量由视宁度决定[5]。

估算视宁度的方法有多种，有些需要使用专门的仪器，比如利用北极星星轨的横向抖动方差估算视宁度[6-8]；利用探空气球或者声雷达测量不同高度大气的温度结构常数推算大气视宁度[9-10]；利用刀口前后焦面光强的变化程度推算视宁度[11]；利用干涉仪中被大气干扰的星像干涉条纹推算视宁度[2]；利用望远镜上两个间距超过r0的子孔径的差分到达角方差推算视宁度[12]；利用星像闪烁的程度推算视宁度[13-14]等等。有些可以利用望远镜观测过程中的斑点图[3,5,15](曝光时间在大气相干时间量级的短曝光图像)估算，比如将一组点源星像的实际平均长曝光或者平均短曝光传递函数[1]与对应的理论传递函数比较从而推导视宁度[16]；通过将一组图像的实际谱比值与理论值比较得到视宁度[17](在扩展源图像的高分辨重建领域应用广泛，本文称为谱比法)；……