二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理中的若干問題研究.pdf

1、隨著天文觀測技術(shù)和光纖技術(shù)的發(fā)展，各種大型的光纖光譜望遠鏡以大視場、高深度、高效率的觀測特征被各國所青睞。世界上先后建成若干個大型光纖光譜望遠鏡，如美國SDS 鏡，澳大利亞的AAT望遠鏡，以及中國的LAMOST些望遠鏡都具有多根光纖，能同時對天區(qū)中的多個目標進行光譜采樣，經(jīng)過曝光在CCD上呈現(xiàn)二維光纖光譜圖像。
　　 二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理是天文學家通過望遠鏡觀測的光譜得到天體各種信息的最重要手段之一，數(shù)據(jù)處理的精度直接影響光譜信

2、息獲取的準確性和完整性。信息領(lǐng)域有很多行之有效的數(shù)據(jù)處理方法，將這些處理方法結(jié)合二維光纖光譜數(shù)據(jù)的特點應(yīng)用于天文數(shù)據(jù)處理可以取得很好的效果，具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
　　 本文根據(jù)LAMOST和SDSS的二維光纖光譜數(shù)據(jù)的形成模型和特點，先簡要介紹二維光纖光譜圖像產(chǎn)生的機理，然后簡要分析數(shù)據(jù)的處理流程。以此為基礎(chǔ)，確定單幅圖像宇宙射線的檢測和剔除，低信噪比條件下的光纖輪廓信息的恢復(fù)，非高斯輪廓的擬合以及基于二維高斯模型的光

3、譜抽取為本文重點介紹內(nèi)容。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　 1.研究了單幅曝光的二維光纖光譜CCD圖像的宇宙射線檢測和剔除。首先，介紹宇宙射線和光譜形成機理的不同，然后根據(jù)宇宙射線和二維光譜的特點和差異，先用雙閾值算法確定疑似宇宙射線點集；再根據(jù)圖形學中的貝塞爾曲線擬合算法來最終確認宇宙射線的位置，最后根據(jù)鄰域平均法，恢復(fù)出被宇宙射線污染的原始光譜值。實驗結(jié)果表明，所提出的單幅宇宙射線檢測和剔除算法，能很

4、好地檢測出宇宙射線點的位置，檢測效率較高，可以滿足后續(xù)處理的要求，并且本方法對于半峰寬相同的不同二維光譜圖像，算法中的閾值不需要改變，算法具有良好的穩(wěn)定性。
　　 2.研究了低信噪比條件下的光纖光譜輪廓的信息提取。先指出觀測目標星等比較高（即目標星體為暗弱）星體時，觀測所得的二維光纖光譜數(shù)據(jù)由于信噪比很低，光纖輪廓基本被噪聲湮沒，而無法直接使用輪廓擬合方法進行光譜抽取，后采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解、平穩(wěn)小波分解等手段對目標觀測數(shù)據(jù)進行分析

5、并以對應(yīng)的平場圖像為參考圖像，對分解后的目標圖像進行濾波處理，最后對完成濾波的數(shù)據(jù)進行重建以恢復(fù)被噪聲湮沒的光纖輪廓。實驗結(jié)果表明，所提出的算法能夠比較好地恢復(fù)出光纖輪廓的形狀和特征，恢復(fù)的輪廓可以滿足后續(xù)高精度的光譜抽取算法對光纖輪廓的要求。
　　 3.研究了非高斯光纖輪廓的擬合問題。由于望遠鏡系統(tǒng)光柵和CCD相機自身的性能等因素的影響，曝光得到的光纖光譜的輪廓并非標準的高斯型，而具有非對稱或平頂?shù)染植刻卣?，由于LAMOST的

6、點擴展函數(shù)半峰寬比較寬，這種效應(yīng)更加明顯。先從LAMOST 實測數(shù)據(jù)的輪廓出發(fā)，介紹了實際輪廓和理論高斯模型存在差異，然后采取了雙指數(shù)模型并結(jié)合最小二乘理論來擬合實測輪廓。實驗結(jié)果表明，對于滿足一定信噪比要求的數(shù)據(jù)，所提方法能達到很好的擬合效果，尤其對于非對稱和平頂特征的光纖輪廓，擬合出的輪廓能很好的逼近真實輪廓。
　　 4.研究了基于二維高斯模型的光譜抽取問題。傳統(tǒng)的擬合抽譜算法只根據(jù)二維光纖光譜圖像在空間方向的數(shù)據(jù)，使用一維

7、模型對光纖輪廓進行抽譜。實際上，目標信號經(jīng)過光柵等儀器最后呈現(xiàn)在CCD上是以二維點擴展函數(shù)的形式對鄰近區(qū)域的像素點進行擴展，一維光譜抽譜算法忽略了這個特點。提出的基于二維模型的抽譜算法與傳統(tǒng)的一維光譜抽取算法相比，能更好地利用二維相鄰區(qū)域的數(shù)據(jù)特點，所抽取的光譜信息更全面，抗噪聲能力更強。實驗結(jié)果表明了這種算法的特點和有效性。
　　 總之，論文對二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理中的若干問題進行研究，并提出了相應(yīng)的算法，有助于二維光纖光譜數(shù)據(jù)