一种全天相机云图的自动处理方法

使用全天相机拍摄云图是现在天文界广泛使用的监测天空云量的方法。云量的估算结果对望远镜观测有重要的影响,目前对云量的估算完全由人工处理,费时、费力而且准确度不够高,判别过程也完全依赖个人的经验。为此,提出一种针对全天相机云图的云量自动计算方法。首先针对多云和少云云图分别使用时间分割法和差分法去除云图中月亮影响区域;然后对去除月亮影响区域后的多云云图进行二值化处理,将云与背景进行分割,并使用基于灰度值的聚类算法对少云云图的云的厚薄进行量化分类;最后计算总云量,并依据30 m口径望远镜(Thirty Meters Telescope,TMT)判读全天相机云图的方法对云图进行自动分类。实验结果表明,该方法可提高云图判读效率,在有效解放人工的同时,也达到了平均值为76. 67%的识别准确率。     

一种基于全天相机云图的云量测量指标

全天相机云图是监测云量的重要手段,提出了一种新的云量测量量化指标——云分布密度(Cloud Distribution Density of ASI Images, ASICDD),并基于该指标建立全天相机云图自动分类系统。首先对云图进行去噪,利用最大类间方差法(Otsu)分割云区域;然后对去除背景的云区域图像使用云分布密度计算云量;最后使用4种传统的分类器(支持向量机、K最近邻、决策树和随机森林)根据计算数值进行自动分类并评估各分类器的性能。结果表明,云分布密度可作为评判全天相机云图云量的数值指标;基于云分布密度建立的云图自动分类系统实现了较高的识别准确率,其中随机森林法的分类效果最好,各类云图的识别准确率达到95%以上。     

丽江天文观测站全天相机介绍

全天相机作为一个对天文观测台站全天云量信息进行监视的工具,对天文观测的正常进行发挥着重要的作用,目前世界上主要天文台均配备有全天相机,为了满足对全天云量信息进行实时监视的需求,丽江天文观测站正式安装架设了一套全天相机系统。从硬件安装架设、软件调试到实际测试等方面,详细介绍了全天相机系统的设计方案以及遇到的问题,讨论了对问题的解决措施,重点介绍了根据天光亮度数值调整相机曝光时间的方法,这也是主要创新与特色之处。     

姚安天文观测站的夜间红外云量特征分析

云对天文观测具有重要影响,云量是衡量天文台址质量的重要指标.位于姚安天文观测站的红外云量仪,用于获取实时的全天高空间分辨率云图.结合空间碎片的实际观测,严格按照天文夜对累积1yr(2015-08-01—2016-07-31)的夜间云量数据进行统计和分析.姚安站的年平均夜间云量为4.42成,年天文可用夜为236个,其中测光夜98个,半测光夜44个,光谱夜94个.云量具有明显的两季特征:5月至10月间为雨季,云量显著增多,其中7月份观测条件最差;11月至次年4月为旱季,云量较少,每月的天文可用夜均在23个以上,其中1月份的测光夜最多,3月份的天文可用夜最多.结合云层对天文观测的威胁程度,统计不同云量的总时间和每月的云量分布情况,评估观测站的气象条件,为合理安排观测计划提供参考.     

深圳市天文台全天云图监测系统的设计与实现

全天云图监测对天文观测至关重要,目前大多数天文台站安装了实时云图监测相机,但共同的难题是如何在光线变化较大的情况下进行正确曝光。为解决这一问题,深圳市天文台自行开发了一套拍摄控制系统,根据相机可用的拍摄参数,计算得到曝光值索引曲线,采用0.3作为曝光值误差,在亮度变化较大的各种环境下进行正确曝光拍摄全天云图,并采用最大类间方差自适应阈值算法,对云进行有效识别。经多次测试,系统在亮度变化较大较快的环境下能拍摄到正确曝光的云图,为天文观测计划提供了极大的便利。     

全天相机云图去噪算法的研究

全天相机云图在天文观测领域具有重要价值,但云图所含噪声会造成不良影响。先后分析了星光噪声、月光噪声、日光噪声、雷电噪声、反光噪声和特殊噪声等对云图的影响,并总结出不同类型噪声的分布、区域大小等特点,最后结合与云层的相对位置关系提出了边界阈值法、时间轴法、反比例线性变换等8种图像处理去噪算法,并形成一个完整的去噪系统。通过实验对不同的算法加以比较,得出不同噪声情况下的最佳去噪方案。实验结果表明,该系统可以有效去除常见噪声,基本保持云层和天空的信息完整性,可简单便捷地实现云图去噪。     

天文选址数字云量白天观测处理方法

云量观测是天文选址的重要考察项目.本文报告一种数字云量观测的处理方法,可以快速准确地计算选址点的云量值,避免了目视云量观测的人为误差.云量处理实验结果表明,该方法是合理可靠的, 在天文选址后期工作中能有效使用.该方法应用于西藏物玛观测点的云量观测统计,给出与同期目视云量的相关比较,并讨论数字云量处理的精度和改进方案.     

全天相机在多设备巡天中的应用

天文观测站夜天空星像星等信息和天区分布信息可用于指导多设备巡天观测.建立全天相机监测系统(Monitoring all-sky system)对本地天区夜天空实时监测,获取的监测图像需要有效的方法进行处理以提取全天图像星像信息.由于全天图像视场大和高阶扭曲的影响,采用天顶等距投影与多项式函数组合的方法计算图像的底片常数.天文定位的均方根残差约为0.15个像素.通过对图像中亮星部分测光得到的星等差,改正大气消光误差.最后使用HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelation)方法实现天区划分和每个天区可观测极限星等值的存储.     

基于虚拟天文馆对全天相机姿态的精确测量

全天相机已广泛应用在气象、天文等领域,在监测云量、夜天光、流星时,需要准确掌握相机的姿态参数,特别是在安装和运维中造成的偏差。旨在开发一套基于虚拟天文馆的像场测量方法,通过比较参考恒星的虚拟坐标及其像点的实测坐标,高精度地测量相机的姿态参数。使用中国科学院云南天文台安置于四川无名山观测站的全天相机,分析了2016年至2017年获得的4组全天图像,采集了容量分别约为10、50、200的恒星样本,通过Stellarium虚拟天文馆获得了恒星的地平坐标,对全天相机像场的天顶位置、测者子午线方向等基本参数进行了精确的测量。主要结果为:(1)开发了一种基于虚拟天文馆计算恒星地平坐标功能的测量方法,使姿态测量建立在容量较大的参考恒星上,该方法准确度高,对设备配置的依赖性低,具有较强的可移植性;(2)采用网格法对图像天顶的定位达到了亚像素的精度,有望满足高精度定位监测的需要;(3)全天相机姿态精度的首要指标是光轴的竖直性,光轴偏离天顶对投影的轴对称造成不可忽略的影响;(4)维护作业对圆形像场几何参数的改变甚微,但可能改变指向和旋转角,并需要重新测量;(5)生成了符合制图惯例的可视化产品,为监测数据的深入分析奠定了基础。     

对高美古选址云量观测可靠性的讨论

通过对新月和满月夜期间测光夜数和云量统计数的比较, 高美古的天文测光夜数和可用夜数与丽江县的气象晴日数的比较, 以及在同样的观测时间高美古和丽江县云量观测值的比较, 本文对高美古选址云量观测可靠性的有关方面进行了讨论     

对高美古选址云量观测可靠性的讨论

通过对新月和满月和夜期间测光夜数和云量统计数的比较,高美古的天文测光夜数和可用夜数与丽江县的气象晴日数的比较,以及在同样的以观测时间高美古和丽江县云量观测值的比较,本文对高美古选址云量观测可靠性的有关方面进行了讨论。     

天文选址的夜间云量处理方法

云量是影响天文台址质量最重要的因素之一,对夜间云量的检测和处理尤为重要.采用地面云量相机对全天云量进行监测,所拍摄的图像需要有效的方法进行处理以量化云量.夜间云量图像受月光的影响严重,因此将夜间的云量图像分为有月夜和无月夜两类进行处理.针对无月夜情况,给出了夜间云量的处理过程.对图像中的亮星进行定位和测光,确定星等差.以晴夜图像中亮星的星等差为参照,将星等差低于阈值条件的亮星概率作为晴夜的概率标准.选取了3类图像对该方法进行测试并确定云量,分析了阈值条件对结果的影响.最后,讨论了该方法的适用范围和不确定性.     

南极中山站全天信息采集系统

南极高原拥有独特的天文观测优势,为了对南极中山站夜天文观测条件进行实测研究,中国科学院云南天文台专门研制了一套具有耐低温、自动除雪除霜等适应南极气候特征的全自动全天信息采集系统,该系统可以提供实时的全天云量、天光背景和全天图像,并将信息推送到网页实时显示。介绍了系统的研制及为适应南极气候进行的耐低温实验,统计分析了中山站2016~2017年的全天信息数据,结果显示,中山站2016和2017年的可观测时间为772.21 h和437.38 h,可观测夜数为93 d和51 d,天光背景最大真实值为22.05 Mag/arcsec 2,年平均气温为-10.6℃,最高气温19.1℃,最低气温为-44℃,2016年平均相对湿度为55.2%。     

面向Web服务的天文数据发布技术

目前主流的天文数据发布主要使用基于Web页面和基于REST风格的Web服务两种发布技术,但存在诸多不足,特别是不利于自动化工具实现机器识别并调用。WebService技术作为一种日趋成熟的分布式计算模型,拥有跨平台与松耦合等很多优势,通过Web服务实现天文数据发布可以提高天文研究工作的灵活性和自动化程度。对Web服务在虚拟天文台中的应用情况及目前主要的天文数据发布技术进行了系统的调研,并在此基础上就如何实现符合IVOA规范且面向Web服务的天文数据发布服务进行了分析,针对一个天文数据发布实例,设计并实现了同时支持SOAP风格和REST风格的锥型检索服务,测试结果表明服务设计是成功的。     

采用云量仪提高光电望远镜观测效率的探索

光电望远镜按编目次序对空间碎片进行跟踪,对于有云层分布的夜空,不能根据云量分布情况实时调整观测次序,造成望远镜资源浪费,影响探测目标数量.云量仪用于实时采集全天空的红外云量图像,测定云量分布与定位的同时,可以对望远镜的观测调度策略进行优化.实验测试表明云量仪优化的观测调度策略有效可行,能够充分利用现有资源,在多云条件下使望远镜实现见缝插针式的工作,显著提高观测设备效率.     

中国“宋”项目:一个全球自动化观测网络

在技术发展和科学需求的驱动下,天文数据获取的方式发生了巨大的变化.全自动化的观测网络成为地基时域天文观测研究领域的一种趋势.以中国"宋"项目为例,从科学目标、设计和实现等方面,介绍自动化观测网络的构建与实施.SONG(Stellar Observations Network Group)计划是中国天文界参与的一个国际合作的天文学研究计划,以星震学、疏散星团中的变星研究等时域天体物理现象为主要科学目标.项目以全球布站的全自动观测网络为建设目标,每个站点的核心设备包括1台1 m光学望远镜、高精度和高分辨光谱仪与双通道幸运成像系统.中国自主提出在每个站点增设的1台50 cm双筒(双通道)测光望远镜,共享国际SONG计划的网络平台和基础设施.主要针对这一个由多种设备、多站点构成的地基网络,讨论其技术手段和方法的设计与实现.     

天文大数据管理工具的设计与实现

随着大型地面和空间观测设备的建设以及大型巡天项目的开展,天文数据以TB字节、PB字节,甚至EB字节计量,天文学进入了"大数据"时代。面对数据海洋,如何有效地存储和管理这些大数据是摆在天文学家面前的核心问题。数据存储和管理不仅仅是天文数据中心的任务,天文学家也需要有效地管理自己的科研数据。能够将海量的数据自动地存入数据库中是管理数据的基本前提,而高效的数据索引则是管理数据的核心要素,为此设计开发了天文大数据管理工具Auto DB,使用虚拟终端监视实现海量数据的自动入库,对数据自动创建全新的天空分区索引Q3C(Quad Tree Cube),对天文数据进行二维空间索引以便于高效的管理。天文大数据管理工具的改进和完善对天文学家后续研究中的数据融合、数据分析、数据挖掘提供了根本的保障,尤其对从事大数据的天文学家,拥有自动化的数据库管理工具,可以集中精力致力于科学研究。     

中国第三次天文台选址高潮及对丽江高美古地区天文观测条件的初步估计

本文介绍了中国第三次天文台选址高潮的背景及最近这次台址调研的进展情况。天文气候条件普查的结果认为在中国挑选出受局部地形影响的较好台址是有可能的。报道了对华北和西北若干候选点进行踏勘和测量的结果。详细介绍了在滇西地区的选址普查和丽江高美古选址观测的经过。据云量和ＤＩＭＭ视宁度观测的初步结果来看，高美古是一个很有希望的潜在优良台址。     

ASCOM在选址望远镜远程控制中的可用性研究

天文选址监测一般都处于条件非常艰苦与恶劣的环境中,对选址望远镜进行远程控制可以极大地降低对选址人员的要求,提高选址观测的质量,对于天文选址具有重要的意义.以ASCOM标准为基础,构建了基于TCP套接技术的服务端和客户端,实现了针对选址望远镜远程控制的系统原型.通过在窄带电话拨号网络上进行的实验,证明利用这种技术进行选址望远镜的远程控制是完全可行的.利用ASCOM实现的控制系统具有开发周期短,部署容易等优点,可以满足选址望远镜远程控制的要求.     

昆明凤凰山天文气象条件观测

根据云南天文台的选址任务、我们对原昆明天文站(昆明东效凤凰山)的天文气象条件进行了一些调研和实际观测。主要数据和结论分析如下: