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(shì)在光學(xué)綜合孔徑成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)以前,單孔大口徑望遠(yuǎn)鏡是天文觀測(cè)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(yuǎn)鏡成像技術(shù)：將光干涉技術(shù)與天文望遠(yuǎn)鏡綜合陣相結(jié)合來提高望遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)大氣擾動(dòng)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償,最大限度地降低了其對(duì)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(yuǎn)鏡的出瞳可以看成是大量 “ 針孔”的集合，像強(qiáng)度頻譜中空

2、間頻率（ ） 的頻率分量在出瞳上，至少有一對(duì)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(duì)”間距建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系。,恒星光干涉儀的原理,,分辨率,受到大氣擾動(dòng)及溫度差異，到達(dá)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(gè)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(yuǎn)鏡的孔徑數(shù)目；在望遠(yuǎn)鏡數(shù)目不變的情況下,改變望遠(yuǎn)鏡陣的幾何排列,即望遠(yuǎn)鏡陣中望遠(yuǎn)鏡相對(duì)位置的變化,非即時(shí)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(diǎn)是時(shí)間長，分辨率低 即時(shí)VU覆蓋：斐索干涉儀式的綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，所有的UV測(cè)量同時(shí)進(jìn)行,并在整個(gè)VU測(cè)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(píng)價(jià)法，嫡評(píng)價(jià)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(rèn)不出目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分布。三個(gè)孔徑形成的綜合孔徑陣，真實(shí)的相位之和與觀測(cè)相位之和相等,如果望遠(yuǎn)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(gè)是非獨(dú)立的獨(dú)立的閉合相位有獨(dú)立的閉合相位中可恢復(fù)的相位信息比例

5、 N=3時(shí)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(cè)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(gè)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(duì)雙光譜取均值。,,2、孔徑掩摸法：三個(gè)孔徑的掩模板實(shí)驗(yàn),則像平面上得到的三組干涉條紋,對(duì)干涉能量譜進(jìn)行測(cè)量可以提取出三組干涉條紋的空間頻率。再對(duì)經(jīng)過這個(gè)三孔徑的掩模板后的圖像進(jìn)行傅立葉變換,將頻譜圖上對(duì)

6、應(yīng)于剛求得的三個(gè)空間頻率點(diǎn)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(duì)的關(guān)系,即 由于干涉儀陣對(duì)VU平面不能實(shí)現(xiàn)完全采樣,從而對(duì)測(cè)得的可見度函數(shù)作傅立葉逆變換得到的不是真實(shí)亮度分布I(x,y),而是 稱之為

7、“臟”圖,需要對(duì)“臟”圖d進(jìn)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(cè)量的可見度, M為總的對(duì)VU平面的采樣點(diǎn)數(shù)，為第j個(gè)點(diǎn)的噪聲方差， 為第j個(gè)點(diǎn)的噪聲方差。通過增加 值計(jì)算 直至C值減小到剛好小于

8、M，則可停止計(jì)算,實(shí)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(gè)標(biāo)準(zhǔn):亮度分布處處為正?？梢姸日穹c觀測(cè)的可見度振幅相一致。其頻譜計(jì)算得到的閉合相位與測(cè)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(gè)相位值代入觀測(cè)得到的（N-1）(N-2)2/個(gè)閉合相位關(guān)系中,從而解得剩余（N-1）(N-2)2個(gè)相位值,將這總共N(N一1)2/個(gè)通過計(jì)算得到的相位與測(cè)得的N(N一l)2/個(gè)可見度振幅值

9、相結(jié)合,即得到混合可見度。對(duì)混合可見度作傅立葉逆變換,并強(qiáng)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(shí)源分布，迭代終止。,迭代混合重構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)源分布圖：一個(gè)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(biāo)形狀和總強(qiáng)度與clean恢復(fù)結(jié)果基本相同。,雙光譜法,對(duì)微弱的、擴(kuò)展

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