上海天文台1.56米望远镜斑点干涉成像实验进展

斑点干涉成像技术是克服大气湍流影响,提高地面大口径望远镜分辨本领的有效途径之一。该技术利用斑点相机拍摄一系列的短曝光像,使得大气湍流冻结,再经过图像处理获得高分辨率重建像。该技术设备简单,易于实现,很快在观测天文学中得到了广泛的应用,尤其是对双星的研究。首先回顾了天文高分辨率重建技术的发展,并介绍了相关研究成果。描述了几种典型的斑点干涉成像处理方法及其优缺点。对图像噪声类型及滤波方法进行了分析。在上海天文台1.56 m望远镜上开展了双星斑点干涉观测实验,目标星等4～7 mag,双星目标星等差小于2。分别采用斑点干涉术和迭代位移叠加法成功实现了双星目标的高分辨率成像,初步证明了在1.56 m望远镜上进行斑点干涉成像实验,能够达到接近望远镜衍射极限的分辨率水平。

斑点干涉术统计结果的信噪比模拟和分析

高分辨统计重建中,随机误差影响着统计结果的信噪比,从而限制了探测目标时所能达到的精度。通过推导给出了单星斑点干涉术统计结果信噪比的数学表达式,并模拟计算了不同视宁度参量r0和不同光子数下斑点图统计功率谱环带上的信噪比,模拟计算结果和理论数学模型吻合较好,最后对一些实测数据进行了处理和分析。

应用电子斑点干涉术研探类岩于双刀贯切破坏之行为

回顾机械式隧道掘进工程,考量切削刀头与岩体间互制行为乃至破坏机制之极近域场研探甚少。本研究以双刀式正向楔形贯切破坏试验(normal wedge indentation fracture test)简化仿真实务钻掘工程之多刀楔切削行为为例,并配搭非破坏检测之电子斑点干涉术,探究此项接触互制行为之丛聚、初裂与裂衍等系列破坏特征。于双刀贯压位置下方某深度,采用裂缝开口位移(crack open-ing displacement,COD)作为回馈控制讯号,求得完整峰前、峰后之加载历程,以进行相关破坏演化之观察。受贯压之类岩(rock-like)试体以水泥砂浆行之,于无围压状态下,变化双刀间距作为主要变量,以理析开挖机具群刀互制之力学行为。再者,配合具高精度(微米)且非接触式之实时、全域性观测等优点之电子斑点干涉术,所得结果计可研探:1)峰前延性破坏之弹-塑性发展及脆性破坏时机与方位,亦即峰前变形连续(displacement continuous)之弹-塑性界面往临界发展趋势;及变形不连续(displacement dis-continuous)之初裂与裂缝演化;2)峰后脆性破坏裂缝伸衍之发展。

基于GPU的太阳图像斑点重建技术实现

在地基太阳观测中,光线在穿越大气层时会受到大气湍流的影响而导致图像扭曲、变形以致质量下降。为了消除或降低大气湍流的影响,事后图像处理技术被用来获得高分辨力的太阳图像。基于斑点干涉法和斑点掩模的事后重建算法可以获得高分辨力的图像,但由于计算复杂度高,难以满足实时性的要求。在讨论了算法原理的基础上,使用CUDA并行计算架构实现了太阳斑点重建算法并行化。实验结果表明,在GPU环境下,一张TiO通道2304 pixel×1984 pixel像素大小的图像,可以在70 s内完成重建,相比运行在CPU上的串行程序,加速比可达7以上。

区域限定砌砖法及天文像复原实验

在简要介绍了由Hofmann等提出的迭代最小二乘法天文像复原法 :砌砖法 (Buildingblock)的原理后 ,提出用斑点干涉术等方法对被观测目标像的范围大小进行大概估计的预处理方案 ,这样将做到对砖块的区域限定投放 ,避免大量无效的砖块投放迭代步骤。天文高分辨率像复原实验表明 。

太阳色球图像的选帧处理

讲述抚仙湖太阳观测站的色球图像的选帧处理,主要针对观测数据的网上发布,处理过程主要由选帧和简单位移叠加(SAA)组成。使用在太阳光球图像处理中提出的斑点干涉术选帧法对图像进行选取。对太阳等扩展目标,简单位移叠加的位移量由图像和参考图像的相关极大值位置确定,参考图像选像质最好的一帧。选帧处理过程算法简单,处理速度快,相比斑点掩模法可以节省大量的重建时间,通过观察得到的处理结果还可以确定数据是否有用斑点掩模法进行进一步处理的必要。

EMCCD附加噪声对天文高分辨成像的影响

讨论了电子倍增电荷耦合器件(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device,EMCCD)附加噪声的产生机理及特性,通过模拟详细分析了EMCCD附加噪声对天文图像高分辨统计重建技术——斑点干涉术传递函数信噪比的影响,并和实验进行了对比,结果表明,在星体暗弱时,由附加噪声引入的偏差将使斑点干涉术重建的信噪比下降,严重影响重建的结果,必须加以改正。由实测数据重建结果可以看出,噪声偏差改正模型基本解决了EMCCD附加噪声对斑点干涉术在重建目标自相关或模时的影响。

基于多进程并行加速的太阳高分辨图像重建方法

目前,太阳高分辨图像重建往往采用斑点干涉术和斑点掩模法重建目标的模和相位,由于分组分块数据量大,算法复杂等因素,难以满足实时重建的需求。为了缓解数据处理的压力,在现有的单组分块数据中央处理器/图形处理器混合计算方法的基础上,提出通过多进程将多组分块数据分配到图形处理器上同时并行处理的方法。实验结果表明,基于多进程并行加速方法可提高中央处理器和图形处理器的资源利用率,图形处理器能同时处理多组分块数据,显著提高图像分块处理的速度,加速比达到4.7左右。相关研究可以为天文数据并行化处理提供借鉴参考。

Digital speckle pattern interferometric measurement of diffusion coefficients in hydrogels

The technique of real-time digital speckle pattem interferometry is proposed to study diffusion of surfactants in hydrogel.The diffusion coefficient is simply and directly determined from the interferograms.An example of diffusion coefficient measurement of surfactant in agarose gel demonstrates the usefulness of the method.The results obtained are compared with the theoretical simulation values.

基于多核CPU的太阳自适应图像斑点重建技术

地基太阳高分辨力成像中,自适应光学系统补偿了图像中心等晕区的像差,需要斑点图像重建技术用来产生全视场衍射极限分辨率的图像。一个从Matlab程序移植而来的C语言程序被设计用于加速处理。该程序采用斑点干涉法重建图像的傅里叶振幅和斑点掩膜法重建图像的傅里叶相位。使用OpenMP进行加速,使核心间共享了部分内存资源,图像按子块进行并行计算。移植过程中程序算法上进行了必要的优化并移除了大量的冗余计算。程序使用英特尔ICC编译器编译,运行在一个12核的Linux服务器上。一张1280pixel×1280pixel的图像可以在31s内重建完成。相对于单核运行,加速比最高可以达到10.66。单台服务器上相对于并行接口获得更好的扩展性。

一米真空太阳望远镜Level 1级图像选帧的GPU实现

抚仙湖一米真空太阳望远镜Level 1数据是利用图像选帧位移叠加技术获得的,目前Level 1处理的时间约20 s,大约是图像采集时间的1.7倍.为了达到减少其所需时间的目的,本文采用GPU技术来实现选帧流程,包括斑点干涉选帧和互相关图像位移叠加.在CUDA环境下,实现了利用GPU处理大量傅里叶变换和图像矩阵的并行四则运算等功能.在我们的实验环境下,对100帧图像的处理只需要0.6 s.同时对整个流程中各个模块的运行时间也进行了详细的测量、分析和讨论.

静态像差对交叉谱相位复原精度的影响及补偿方法

斑点图像重建方法可以有效抑制大气湍流的影响,得到目标衍射极限像。然而系统静态像差破坏了波前的统计信息,降低了相位重建精度。通过理论分析得出在理想情况下,离焦、像散、彗差和球差中只有彗差会在重建结果中引入额外相位值。进一步采用分割光瞳的方式表示交叉谱传递函数与静态像差的关系时,指出通过选择交叉谱的平移向量方向,可以实现在特定方向上静态像差之间的平衡,降低系统像差对相位重建的影响。仿真中球差与离焦像差之间的平衡及离焦像差与像散之间的平衡,都起到了降低相位重建误差的效果。