太阳高分辨力图像重建技术研究
发布时间：2021-04-23 23:06
空间天气预警和太阳物理的研究需要对太阳进行大视场实时高分辨力观测。大气湍流的影响使得天文成像的分辨力严重下降。自适应光学系统可以实时校正畸变波前得到接近衍射极限的目标像。然而传统自适应光学系统的校正能力受到系统硬件的限制对大气湍流引入的像差只能部分校正,同时由于受限于大气湍流的非等晕性,其校正视场最多只有几十角秒。目前除了采用多层共轭自适应光学系统外,获得大视场高分辨力太阳像的主要手段是事后图像处理方法,而将传统自适应光学校正与图像处理技术相结合是获得大视场实时高分辨力图像的主要手段。本文以斑点图像重建方法为研究对象,开展了一系列针对太阳图像重建方面的研究工作。论文的主要研究内容及创新点有:首先,研究了斑点图像重建算法的理论基础和实现步骤,在此基础上分析了系统静态像差对斑点图像重建精度的影响。理论分析结果指出只要系统静态像差在大气湍流相干长度尺寸内不存在显著变化,就不会影响之后的目标功率谱复原精度。针对系统静态像差对目标傅里叶相位复原精度的影响,在分析几种常见系统静态像差的基础上,指出理想情况下在离焦、像散、彗差和球差中只有彗差会引入额外的相位值。然而由于实际图像在有限统计帧数的情况下...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 事后图像重建技术
1.2.1 天文图像事后处理的基础理论
1.2.2 常用的事后图像处理技术
1.2.2.1 解卷积算法
1.2.2.2 相位差方法
1.2.2.3 斑点图像重建方法
1.3 斑点图像重建的主要研究方向及发展现状
1.4 课题主要研究内容与论文结构
第二章 大气湍流及自适应光学基础理论
2.1 大气湍流的理论模型及特征参数
2.2 畸变波前的ZERNIKE多项式描述
2.3 大气湍流扰动波前的传递函数
2.4 大气湍流波前对光学成像的影响
2.5 自适应光学系统
2.5.1 波前探测
2.5.1.1 互相关因子算法
2.5.1.2 绝对差分算法
2.5.2 波前复原
2.5.3 波前校正器
2.6 自适应光学系统校正的特点
2.6.1 系统控制有限带宽残余误差
2.6.2 波前拟合误差
2.6.3 探测噪声引入的控制残余误差
2.6.4 角度非等晕误差
2.7 太阳自适应光学系统
2.8 本章小结
第三章 斑点图像重建技术
3.1 斑点图像重建技术
3.1.1 斑点干涉技术
3.1.2 Knox-thompson算法
3.1.3 扩展K-T算法
3.1.4 双频谱算法
3.1.4.1 双频谱算法的相位闭合特性
3.1.5 三种相位重建算法的重建结果对比
3.1.5.1 大气湍流效应的计算机模拟
3.2 静态像差对斑点图像重建的影响
3.2.1 系统像差对斑点传递函数的影响
3.2.2 系统像差对相位重建精度的影响
3.2.2.1 理想情况下系统像差对交叉谱算法重建精度的影响
3.2.2.2 系统像差对交叉谱重建影响的补偿
3.2.2.3 仿真研究
3.3 本章小结
第四章 太阳图像斑点重建
4.1 太阳图像斑点重建流程
4.1.1 相机的平场
4.1.2 图像的配准
4.1.3 噪声滤波器
4.1.4 等晕区分割和拼接
4.2 太阳图像高分辨力斑点重建
4.2.1 云南天文台1米望远镜
4.2.2 望远镜静态像差分析
4.2.3 太阳图像斑点重建
4.3 斑点图像重建算法的实现
4.4 本章小结
第五章 自适应光学系统校正后的斑点图像重建
5.1 37单元自适应光学系统
5.1.1 自适应光学系统参数
5.1.2 实时波前控制器
5.1.3 自适应闭环后结果
5.2 自适应光学系统校正对斑点图像重建的影响
5.3 环形重建方法
5.3.1 基于环形方法的自适应图像斑点重建结果
5.3.2 环形方法的仿真分析
5.4 引入参数的斑点图像重建技术
5.5 章小结
第六章 自适应光学校正后斑点传递函数的计算方法研究
6.1 自适应光学系统校正后的光学传递函数
6.2 自适应光学系统校正后等效相干长度
6.2.1 在斯特列尔比统计意义上等效的相干长度
6.2.2 在点扩散函数晕的宽度意义上等效的相干长度
6.2.3 斑点传递函数的统计表达式
6.3 自适应光学系统校正后斑点传递函数的计算
6.4 仿真分析
6.5 部分校正情况下斑点传递函数的计算
6.6 本章小结
第七章 总结与后续工作展望
7.1 本论文的主要研究内容
7.2 本论文的主要创新工作
7.3 后续工作展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3156213
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 研究背景与意义
1.2 事后图像重建技术
1.2.1 天文图像事后处理的基础理论
1.2.2 常用的事后图像处理技术
1.2.2.1 解卷积算法
1.2.2.2 相位差方法
1.2.2.3 斑点图像重建方法
1.3 斑点图像重建的主要研究方向及发展现状
1.4 课题主要研究内容与论文结构
第二章 大气湍流及自适应光学基础理论
2.1 大气湍流的理论模型及特征参数
2.2 畸变波前的ZERNIKE多项式描述
2.3 大气湍流扰动波前的传递函数
2.4 大气湍流波前对光学成像的影响
2.5 自适应光学系统
2.5.1 波前探测
2.5.1.1 互相关因子算法
2.5.1.2 绝对差分算法
2.5.2 波前复原
2.5.3 波前校正器
2.6 自适应光学系统校正的特点
2.6.1 系统控制有限带宽残余误差
2.6.2 波前拟合误差
2.6.3 探测噪声引入的控制残余误差
2.6.4 角度非等晕误差
2.7 太阳自适应光学系统
2.8 本章小结
第三章 斑点图像重建技术
3.1 斑点图像重建技术
3.1.1 斑点干涉技术
3.1.2 Knox-thompson算法
3.1.3 扩展K-T算法
3.1.4 双频谱算法
3.1.4.1 双频谱算法的相位闭合特性
3.1.5 三种相位重建算法的重建结果对比
3.1.5.1 大气湍流效应的计算机模拟
3.2 静态像差对斑点图像重建的影响
3.2.1 系统像差对斑点传递函数的影响
3.2.2 系统像差对相位重建精度的影响
3.2.2.1 理想情况下系统像差对交叉谱算法重建精度的影响
3.2.2.2 系统像差对交叉谱重建影响的补偿
3.2.2.3 仿真研究
3.3 本章小结
第四章 太阳图像斑点重建
4.1 太阳图像斑点重建流程
4.1.1 相机的平场
4.1.2 图像的配准
4.1.3 噪声滤波器
4.1.4 等晕区分割和拼接
4.2 太阳图像高分辨力斑点重建
4.2.1 云南天文台1米望远镜
4.2.2 望远镜静态像差分析
4.2.3 太阳图像斑点重建
4.3 斑点图像重建算法的实现
4.4 本章小结
第五章 自适应光学系统校正后的斑点图像重建
5.1 37单元自适应光学系统
5.1.1 自适应光学系统参数
5.1.2 实时波前控制器
5.1.3 自适应闭环后结果
5.2 自适应光学系统校正对斑点图像重建的影响
5.3 环形重建方法
5.3.1 基于环形方法的自适应图像斑点重建结果
5.3.2 环形方法的仿真分析
5.4 引入参数的斑点图像重建技术
5.5 章小结
第六章 自适应光学校正后斑点传递函数的计算方法研究
6.1 自适应光学系统校正后的光学传递函数
6.2 自适应光学系统校正后等效相干长度
6.2.1 在斯特列尔比统计意义上等效的相干长度
6.2.2 在点扩散函数晕的宽度意义上等效的相干长度
6.2.3 斑点传递函数的统计表达式
6.3 自适应光学系统校正后斑点传递函数的计算
6.4 仿真分析
6.5 部分校正情况下斑点传递函数的计算
6.6 本章小结
第七章 总结与后续工作展望
7.1 本论文的主要研究内容
7.2 本论文的主要创新工作
7.3 后续工作展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3156213
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