天文图像的二次取景技术

在利用天文图像做天文学研究时,天文学家们在决大多数情况下,往往不是对图像所包含的全部信息感兴趣,而只是研究图像中的一点或者其中的一块区域,一般为图像的前景。因此,删除学者不感兴趣的冗余信息而仅保留对科学研究有价值的信息在海量数据传输和存储方面显得尤为重要。根据天文图像的特点利用高斯拉普拉斯核对天文图像做边缘检测,找到天文学家们感兴趣的图像前景的轮廓,从原图中分割出有用的区域而遗弃无用的背景部分,从而达到冗余信息删除的目的。

仪器偏振对空间干涉仪高对比度成像的影响

为实现基线运动和相位控制,空间干涉仪中会包含有大量的折轴光路,它们往往具有很强仪器偏振效应。当各干涉支路的仪器偏振不一致时,系统中出现偏振像差,它会劣化干涉仪的成像质量和干涉条纹对比度,因此对干涉仪的光学设计进行偏振分析与优化非常必要。为此,发展了考虑仪器偏振效应的综合孔径系统干涉成像模型,开发了基于偏振光线跟踪技术和矢量傅里叶变换方法的偏振条纹模拟方法。以一个三孔径菲索干涉仪为例,讨论了折轴光路几何结构和镀膜对干涉仪成像特性和消零干涉对比度的影响。结果表明,例子干涉仪的仪器偏振主要来自折轴光路中的延迟线,它由4个共入射面的45°镜构成。在可见光波段,干涉条纹的轮廓和对比度对折轴光路的几何设计非常敏感。将各干涉臂延迟线的反射面设计为相互平行能够降低偏振像差,使合成光束的成像特性基本达到衍射极限的成像质量。但在可见光波段,该方法难以实现地外行星探测所要求的高对比度。综上,仪器偏振是影响空间干涉仪探测性能的重要因素,空间干涉仪必须采用偏振优化设计以达到期望的高分辨和高对比度观测能力。

基于FPGA的空间太阳望远镜图像相关算法实现

两维图像相关跟踪是空间太阳望远镜1m光学系统达到0·1″分辨率关键之一.介绍了基于FPGA实现SST相关算法的方法,如2×2矢量基蝶形FFT、模块化结构、两级状态机、动态块浮点、并行流水时序等.20MHz下32×32图像相关算法在XCV800芯片上实现仅713微秒,像元拟合精度优于1/50.

基于FPGA的快速并行FFT及其在空间太阳望远镜图像锁定系统中的应用

在空间太阳望远镜的在轨高速数据处理中,运算时间是影响系统性能的重要环节之一。利用FPGA丰富的逻辑单元实现快速傅里叶变换(FFT),解决了在轨实时大数据量图像处理与航天级DSP运算速度不足之间的矛盾;利用溢出监测移位结构解决了定点运算的动态范围问题。经过实验验证,各项指标均达到了设计要求。

基于神经网络的空间CCD相机图像恢复

空间太阳望远镜的CCD相机 ,在正规工作期间 ,由于辐射老化 ,引起所拍摄图像的退化。本文研究基于神经网络的方法解决退化太阳图像的恢复问题 ,以图像恢复的神经网络方法为基础 ,在计算量、存储空间和恢复效果的三个方面上进行算法改进 ,使时间复杂度和空间复杂度大大地降低 ,增强了图像恢复的实时性 ,同时提高了图像的恢复效果 。

空间太阳望远镜中相关跟踪器计算单元设计

空间太阳望远镜的主光学望远镜具有1m口径,在设计上空间分辨率达到0.1″的衍射极限。利用相关跟踪器可以稳定图像输出,使望远镜在长时间曝光下仍能保持高分辨率。国内外开展相关跟踪技术的研究很多,但由于软硬件条件的局限,无法获得高速的相关处理器,使得闭环系统的误差带宽局限于30Hz左右,本文介绍一种基于FPGA的快速相关处理器,使得闭环系统延迟在0.3ms以内,可以实现理论上的100Hz的闭环带宽,满足了空间太阳望远镜的系统需求。

Hα与白光望远镜的光机热一体化分析

为了实现对空间光机系统在复杂环境下光学性能的快速评估,介绍了光机热一体化分析方法的原理和流程,以及在该原理基础上研发的光机热分析软件的主要算法和功能,阐述了作为其关键部分的光机热数据接口问题。以Hα和白光望远镜(HWT)为例,计算出该望远镜在不同系统温度下的光机热一体化分析结果。给出的光学传递函数和波像差变化结果表明:在不同系统温度下,HWT望远镜光学性能将发生相应变化。当系统温度约为20℃时,系统性能最佳,其波像差约为λ/10。当系统温度在15～25℃之间时,系统波像差约优于λ/6。基于光机热一体化分析方法的原理,给出了适用于空间光机系统的一套可行的技术途径。

一种改进的Hopfield神经网络SST图像恢复方法

提出了采用三元存储结构和图像分块的改进算法,同时利用模拟退火算法和遗传算法来提高恢复算法的收敛速度,从而进一步提高图像恢复的实时性。最后利用所提出的基于Hopfield神经网络的快速恢复方法进行模拟计算,其运算效率和恢复结果都能达到SST图像恢复的使用要求。

基于ADSP21060和Virtex II的图像处理系统设计

介绍一种基于ADSP21060和Virtex II的星载图像处理系统。分析了图像处理系统的功能和任务,给出了处理系统的硬件结构、FPGA的功能模块、DSP的软件框架和模块。通过地面原理样机开发,验证了系统设计的正确性和高效性。

用于星上图像压缩的JPEG2000算法的改进

本文修改了 JPEG2000算法,通过改变编码顺序节约了大量的计算,提高了运行速度。用此算法对空间太阳望远镜的目标图像进行了实验,结果表明在相同压缩比的情况下,修改后的算法对图像质量没有明显的影响,在运行时间和压缩质量方面都能够满足空间太阳望远镜的压缩任务要求。

图像相关系统中的两维FFT的FPGA实现

研究了两维快速傅里叶变换 (FFT)的 FPGA(Field Programable Gate Array)实现问题 ,解决了空间太阳望远镜在轨实时图像处理与航天级 DSP运算速度不足之间的矛盾 ;经过实验验证 。

基于数据流和控制流的分布式星载计算机

空间太阳望远镜是中国科学院国家天文台正在研制的我国第1颗太阳同步轨道天文卫星。以空间太阳望远镜高速科学数据处理系统为例,介绍了星载计算机系统分布式构型和基于数据流、控制流分开的设计思想和技术实现,分析了星载计算机系统的网络拓扑、通信并行度、响应时间和容错技术的应用。最后给出了该系统原理样机的调试结果和进一步工作的探讨。

空间太阳望远镜星载CCD图像压缩单元的研究

针对空间太阳望远镜(SST)卫星上海量的观测数据和在轨存储、下传能力有限的矛盾要求在轨压缩科学数据,本文在分析SST星载CCD图像压缩需求基础上,根据空间环境的限制和国内的设计研制能力,采用基于小波变换(DWT)和稀疏矩阵压缩的压缩算法,设计了星载压缩单元(DCU),并在DSP加FPGA结构的硬件平台上进行算法仿真和系统联试。测试结果表明,DCU可以在6s内对2048×1024pixels的太阳图像进行大于5倍压缩,压缩信噪比(SNR)优于26dB,均满足SST图像压缩需求。DCU实现了星载图像处理系统的国产化设计,已通过验收。

空间太阳望远镜图像积分中1 bit相关器的研究

空间太阳望远镜(SST)系统采用图像积分方法提高太阳矢量磁图的信噪比(SNR)。在图像积分过程中,基于图像强度信息的相关器难以满足航天应用中系统实时性和低资源消耗要求,为此提出使用1bit相关器实现图像快速相关运算。1bit相关算法以异或逻辑运算代替常规算法中的乘法,提高了运算速度,同时减小硬件实现复杂度。针对太阳米粒图像,给出1bit相关算法方案,并研制出基于FPGA+DSP架构的相关器。测试结果表明,该相关器的算法精度、相关运算时间均能满足SST需求,而FPGA资源消耗仅为基于快速傅里叶变换(FFT)相关器(8bit数据)的1/10。

基于数字微镜器件的面源目标模拟实验系统研究

建立了用数字微镜器件(DMD)作为显示器件的目标模拟系统,对成像畸变进行了研究。进行系统总体设计,利用几何光学计算了DMD不同姿态方位引起的物空间深度及变形量,确定了最佳姿态。针对DMD装调问题,利用光学软件对系统进行仿真,建立了畸变检测模板和算法,分析DMD姿态角的装调误差可知,0.3°俯仰角或方位角偏差引入的畸变约为1.3%。最后在设计和仿真结果的指导下,完成了系统实验光路的建立,实验结果表明,系统最大视场的平均畸变为0.385%。

空间太阳望远镜科学卫星

“空间太阳望远镜”是一颗载有口径为1米的主光学望远镜、极紫外望远镜、Ha与白光望远镜和宽带光谱仪及射电频谱仪的科学卫星。它将在距地面730千米轨道的太阳同步轨道上运行,在摆脱了地球大气层影响后,对太阳进行广泛光谱范围和全连续的高空间分辨率高时间分辨率和高频率分辨率的科学探测,为太阳物理研究和空间天气预报提供重要实测数据。

突破望远镜口径限制的一种高分辨率成像方法

将数个小口径望远镜对准观测目标,测量两两小口径望远镜之间相干强度的大小和相位,只要得到足够数目的相干强度值.就可以借助傅里叶逆变换来得到观测目标的图像,所得图像的分辨率大大高于单口径望远镜的分辨率.光综合孔径成像原理及实现过程可以用图示法清楚地表示出来.图3,参6.

基于LEON2和FPGA的在轨图像小波变换模块设计

利用Leon2处理器核和具有丰富内部资源的FPGA芯片,为空间太阳望远镜(SST)图像压缩单元成功设计了高性能的基于纯硬件架构的(5,3)整数-整数二维小波变换模块。该模块对2048×1024×2B的太阳图像进行变换耗时约为0.2 s,比欧空局(ESA)的DSP软件方法提高了数十倍运算速度,不仅满足SST卫星在轨图像压缩的任务指标,而且在结构上也易于与其后的多种编码处理灵活衔接,同时还具有体积小、功耗低、容错性好、通用性强等特点,可以广泛应用于多种航天图像压缩领域。