一种快速的天文图像模拟方法及分析
发布时间：2021-08-18 06:00
图像模拟在天文学研究中已经发挥越来越重要的作用,其重要性主要表现在以下几方面:通过模拟可以为准备研制的天文观测设备评估提供重要的依据;通过对模拟数据的处理可以验证数据处理的算法。对图像模拟的整个过程进行描述,并在计算上对图像模拟的局部方法进行优化,使模拟结果能够高效准确的生成。主要工作包含以下几方面:对天体形态的模拟,包括点源（如恒星）和展源（星系）,这里主要对展源建模;模拟观测条件,主要是仪器和天光背景等产生的噪声;模拟点扩散函数;从计算和程序的方法对计算流程进行优化;对结果进行分析。采用的数据是哈勃超深空场（HUDF） ACS WFC i（F775）波段的数据,其极限星等达到29等。通过对模拟结果的分析,可以看出该方法能够快速并且较为准确地对星系图像进行模拟。
【文章来源】：天文研究与技术. 2019,16(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
CoeD．等提供的数据与Bechwith的数据天体亮度对比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog
凳???Beckwith提供了一份更加准确的数据，不过在该数据中对于天体弥散程度的描述只给出了高斯参数，但是其位置和亮度更加准确。事实上，文［6］的数据也给出了一些与Bechwith数据的对比，例如，前者的数据给出了中心位置与Bechwith的对比，本文对两个数据做了更详细的对比。图2是对两份数据提取天体亮度的对比，蓝色线为文［6］数据天体亮度的统计，红色线为Bechwith的数据天体亮度的统计。从图2可以看出，两份数据的亮度存在一定偏差，文［6］的数据天体亮度要比实际偏大。图3是对两个样本有效半径的对比结果，横坐标是提取天体的亮度信息，纵坐标是Benchwich的数据中天体的有效半径与文［6］的数据中相应的天体有效半径之差。从图3可以看出，差值绝大部分集中在0值附近，但是文［6］的数据有部分半径偏大。图2CoeD．等提供的数据与Bechwith的数据天体亮度对比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog图3两种参考样本提取天体有效半径的对比Fig.3EffectiveRadiuscomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog综合上述对样本的对比，利用文［6］的数据模拟的图像与真实图像存在亮度偏差，另外，对于天体的大小也有部分天体与真实图像存在一定差别。从这一点，也可以解释后面章节中实验结果图4的模拟结果存在一些比原图大的天体的现象。2.2模拟结果及分析图4展示了模拟的结果，图4(a)是模拟图像，图4(b)是经过MultiDrizzle程序处理后的ACSF775波段的图像。由于原图在空间存在一定角度，并且4个角上没有目标信息，所以本文用到的数据和图像是对原
tor对天体进行提取的参数也存在一定差异。图7是对模拟图像提取的天体亮度与参考数据的天体亮度进行对比，对比的方法同图6(a)，通过亮度之差随天体亮度的分布进行分析。图中，横坐标是亮度，纵坐标是参考数据中天体的亮度与相应的模拟数据中提取的天体亮度之差。统计的样本依然是亮度小于29等天体。从图7可以看出，这一亮度差值大部分分布在0轴上下，偏差绝大多数集中在0.5以下。从图7还可以看出一个规律，对于亮度越大的天体，模拟后再提取，其亮度值越准确。图5提取天体数目统计对比Fig.5ExtractedGalaxiesfromSimulationImagevs．HUDFcatalog图6模拟图像所提取天体的有效半径分析图Fig.6AnalysisofEffectiveRadiusforGalaxiesfromSimulationImage2.3性能分析本文中图像模拟软件以及统计的数据生成都是用JAVA程序开发。在天文中用JAVA开发的程序较少，本文之所以选择JAVA程序开发主要因为JAVA程序存在以下优势:(1)JAVA去掉了指针，有自动的垃圾回收机制，这样减小了编写程序时由于内存泄露出现的问题，因此，能够将更多的时间用在算法的编写上;(2)JAVA程序是面向对象的编程，在程序的可读性上要好于C程序。(3)JAVA支持并行计算，且编写简单，对于本程序的并行计算有很大的帮助。另外，本文的程序运行在Linux系统下，硬件配置CPU为Intelcorei54核3.1GHz，内存为16GB，在程序运行时，4核全部使用，计算天图7模拟图像中提取天体亮度分析图Fig.7MagnitudeanalysisforGalaxiesfromSimulationImage28
本文编号：3349336
【文章来源】：天文研究与技术. 2019,16(01)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
CoeD．等提供的数据与Bechwith的数据天体亮度对比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog
凳???Beckwith提供了一份更加准确的数据，不过在该数据中对于天体弥散程度的描述只给出了高斯参数，但是其位置和亮度更加准确。事实上，文［6］的数据也给出了一些与Bechwith数据的对比，例如，前者的数据给出了中心位置与Bechwith的对比，本文对两个数据做了更详细的对比。图2是对两份数据提取天体亮度的对比，蓝色线为文［6］数据天体亮度的统计，红色线为Bechwith的数据天体亮度的统计。从图2可以看出，两份数据的亮度存在一定偏差，文［6］的数据天体亮度要比实际偏大。图3是对两个样本有效半径的对比结果，横坐标是提取天体的亮度信息，纵坐标是Benchwich的数据中天体的有效半径与文［6］的数据中相应的天体有效半径之差。从图3可以看出，差值绝大部分集中在0值附近，但是文［6］的数据有部分半径偏大。图2CoeD．等提供的数据与Bechwith的数据天体亮度对比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog图3两种参考样本提取天体有效半径的对比Fig.3EffectiveRadiuscomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog综合上述对样本的对比，利用文［6］的数据模拟的图像与真实图像存在亮度偏差，另外，对于天体的大小也有部分天体与真实图像存在一定差别。从这一点，也可以解释后面章节中实验结果图4的模拟结果存在一些比原图大的天体的现象。2.2模拟结果及分析图4展示了模拟的结果，图4(a)是模拟图像，图4(b)是经过MultiDrizzle程序处理后的ACSF775波段的图像。由于原图在空间存在一定角度，并且4个角上没有目标信息，所以本文用到的数据和图像是对原
tor对天体进行提取的参数也存在一定差异。图7是对模拟图像提取的天体亮度与参考数据的天体亮度进行对比，对比的方法同图6(a)，通过亮度之差随天体亮度的分布进行分析。图中，横坐标是亮度，纵坐标是参考数据中天体的亮度与相应的模拟数据中提取的天体亮度之差。统计的样本依然是亮度小于29等天体。从图7可以看出，这一亮度差值大部分分布在0轴上下，偏差绝大多数集中在0.5以下。从图7还可以看出一个规律，对于亮度越大的天体，模拟后再提取，其亮度值越准确。图5提取天体数目统计对比Fig.5ExtractedGalaxiesfromSimulationImagevs．HUDFcatalog图6模拟图像所提取天体的有效半径分析图Fig.6AnalysisofEffectiveRadiusforGalaxiesfromSimulationImage2.3性能分析本文中图像模拟软件以及统计的数据生成都是用JAVA程序开发。在天文中用JAVA开发的程序较少，本文之所以选择JAVA程序开发主要因为JAVA程序存在以下优势:(1)JAVA去掉了指针，有自动的垃圾回收机制，这样减小了编写程序时由于内存泄露出现的问题，因此，能够将更多的时间用在算法的编写上;(2)JAVA程序是面向对象的编程，在程序的可读性上要好于C程序。(3)JAVA支持并行计算，且编写简单，对于本程序的并行计算有很大的帮助。另外，本文的程序运行在Linux系统下，硬件配置CPU为Intelcorei54核3.1GHz，内存为16GB，在程序运行时，4核全部使用，计算天图7模拟图像中提取天体亮度分析图Fig.7MagnitudeanalysisforGalaxiesfromSimulationImage28
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