天文光干涉與光學(xué)綜合孔徑圖像重構(gòu)技術(shù)研究

1、?天文光干涉與綜合孔徑圖像重構(gòu)技術(shù),優(yōu)勢在光學(xué)綜合孔徑成像技術(shù)實現(xiàn)以前,單孔大口徑望遠鏡是天文觀測的有效手段，但其分辨率受限于口徑大小及大氣湍流的影響。綜合孔徑望遠鏡成像技術(shù)：將光干涉技術(shù)與天文望遠鏡綜合陣相結(jié)合來提高望遠鏡的空間分辨率，而且它引入了自適應(yīng)光學(xué)的概念來實現(xiàn)對大氣擾動的實時補償,最大限度地降低了其對視見度的影響。,光學(xué)綜合孔徑成像原理,光干涉成像的原理：單孔徑望遠鏡的出瞳可以看成是大量 “ 針孔”的集合，像強度頻譜中空

2、間頻率（ ） 的頻率分量在出瞳上，至少有一對矢量間距為： 是波長，Z是像到出瞳的距離。故像的空間頻率與出瞳面內(nèi)的“針孔對”間距建立了對應(yīng)關(guān)系。,恒星光干涉儀的原理,,分辨率,受到大氣擾動及溫度差異，到達地面的同一星光波前不再是平面,而是在兩維方向上呈波浪狀使得從干涉儀中提取出的相位己經(jīng)完全失真,,,光學(xué)綜合孔徑成像原理,如果把出瞳面各“針孔”視為直徑有一定大小的

3、數(shù)個子孔徑,在像面上的成像就可稱為綜合孔徑成像。,改變uv覆蓋（空間頻率覆蓋）：增加望遠鏡的孔徑數(shù)目；在望遠鏡數(shù)目不變的情況下,改變望遠鏡陣的幾何排列,即望遠鏡陣中望遠鏡相對位置的變化,非即時VU覆蓋：通過子孔徑位置的變化或基線旋轉(zhuǎn)的方法來滿足全覆蓋或滿足圖像重構(gòu)的UV抽樣，缺點是時間長，分辨率低 即時VU覆蓋：斐索干涉儀式的綜合孔徑望遠鏡系統(tǒng)，所有的UV測量同時進行,并在整個VU測量范圍不允許存在間隙?？讖疥嚵信帕械膬?yōu)化：加

4、權(quán)因子評價法，嫡評價法,閉合相位技術(shù),缺少相位信息,使得重構(gòu)出的圖像非常模糊、失真,根本就辨認不出目標的結(jié)構(gòu)分布。三個孔徑形成的綜合孔徑陣，真實的相位之和與觀測相位之和相等,如果望遠鏡數(shù)目為N(N>3),兩兩組合形成基線,有 條基線有 種可能的閉合三角形,即有同樣數(shù)目的閉合相位.有 個是非獨立的獨立的閉合相位有獨立的閉合相位中可恢復(fù)的相位信息比例

5、 N=3時有效相位信息是33%；N=21有效相位信息提高至90%,閉合相位測量技術(shù),1、復(fù)平面雙光譜求均值：雙光譜的振幅等于構(gòu)成一個閉合三角形的三條基線的可見度振幅相乘,其相位正好等于閉合相位，由于噪聲影響需要對雙光譜取均值。,,2、孔徑掩摸法：三個孔徑的掩模板實驗,則像平面上得到的三組干涉條紋,對干涉能量譜進行測量可以提取出三組干涉條紋的空間頻率。再對經(jīng)過這個三孔徑的掩模板后的圖像進行傅立葉變換,將頻譜圖上對

6、應(yīng)于剛求得的三個空間頻率點的傅立葉的相位相加,結(jié)果即為閉合相位。,圖像重構(gòu)算法研究,根據(jù)范西特一澤尼克定理,天體亮度分布I(x,y)與可見度函數(shù)之間是傅立葉變換對的關(guān)系,即 由于干涉儀陣對VU平面不能實現(xiàn)完全采樣,從而對測得的可見度函數(shù)作傅立葉逆變換得到的不是真實亮度分布I(x,y),而是 稱之為

7、“臟”圖,需要對“臟”圖d進行消卷積。,MEM(最大熵)算法,設(shè)要恢復(fù)的圖像I=( )定義圖像熵限制條件 , 圖像I作傅立葉變換得到的可見度函數(shù), 測量的可見度, M為總的對VU平面的采樣點數(shù)，為第j個點的噪聲方差， 為第j個點的噪聲方差。通過增加 值計算 直至C值減小到剛好小于

8、M，則可停止計算,實現(xiàn)圖像重構(gòu)的幾種算法,1、迭代混合算法混合圖像要滿足三個標準:亮度分布處處為正。可見度振幅與觀測的可見度振幅相一致。其頻譜計算得到的閉合相位與測量的閉合相位相一致。,假設(shè)N一1條基線上的相位由模型頻譜相位得來,再將這N一1個相位值代入觀測得到的（N-1）(N-2)2/個閉合相位關(guān)系中,從而解得剩余（N-1）(N-2)2個相位值,將這總共N(N一1)2/個通過計算得到的相位與測得的N(N一l)2/個可見度振幅值

9、相結(jié)合,即得到混合可見度。對混合可見度作傅立葉逆變換,并強加一些限制條件,即得到“臟”圖。 接下來再利用clean算法消卷積得到“干凈”圖，將其與模型圖相比較,如果在誤差范圍內(nèi)是完全相同的,則這幅“干凈”圖就是真實源分布，迭代終止。,迭代混合重構(gòu)實驗?zāi)繕嗽捶植紙D：一個FWHM等于8 pixels、呈高斯分布,經(jīng)過10次左右的迭代,混合重構(gòu)得到的目標形狀和總強度與clean恢復(fù)結(jié)果基本相同。,雙光譜法,對微弱的、擴展

10、的光源的重建更合理一些,信噪比較高。,相對熵函數(shù) N為像素數(shù)， 分別是重建像和參考像第i個像素點的強度限制條件 時間序列第l次采樣 非線性，所以用獲得I,其中 是常量可由