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。     

基于卷积神经网络的全天空地基云图分类研究

全天相机拍摄的全天空地基云图能够实时反映当地的云量信息,而云量是天文选址首先考虑的因素之一。因此,对全天空地基云图根据图像质量、应用背景等因素进行自动化分类,实现鲁棒性高、适应性强的自动化分类算法,为天文选址提供重要帮助。基于雪龙号全天相机数据对卷积神经网络模型进行训练,并使用丽江观测站全天相机数据进行测试,取得了较好的应用效果,实现了可迁移性高的全天空地基云图自动化分类方法。     

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.     

开展我国云量分布的卫星资料统计研究的建议

收集连续三年每小时的静止卫星红外云图，用温度阈值法判断有云或晴空，从而统计出我国全国范围中２０×２０ｋｍ２网格上晴天和云量分布概率，以供天文台选址参考。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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%。     

卫星云图和云南天文观测台址的筛选

本文通过对ＮＯＡＡ－１０，１１两颗气象卫星１９８９年５月至１９９０年４月的云图资料，在作等经纬度投影处理和定标，定位订正的基础上，利用红外域值方法，对东经９９°—１０４°，北纬２３．５°—２８．５°云南区域内３１个天文台址侯选点的云量进行了统计和计算，得到几个云量最少的候选点。此外，我们还对卫星云图ＣＣ≤３的晴日晴夜和三十年地面气象观测资料中ＣＣ≤２的晴天数作了相关分析，发现它们之间具有很好的相关性。云图和地面资料综合分析表明：（１）永仁的俄尼刀博，姚安的老官山，元谋气象区的白露，祥云的大营后山，宾川的小鸡山，华坪的蘑菇山，宁蒗的他尔布子都是较理想的候选点。（２）俄尼刀博，老官山和白露可用夜（ＣＣ≤３）预计可超过２５０夜。因此应列为下一步选址的重点。     

基于能量集中度的广角望远镜自动调焦快速清晰度评价算法

地基广角相机阵由36个广角相机拼接组成,主要观测目标为光学瞬变源,具有超大视场、高时间采样率、实时数据处理的技术特点。实时自动调焦对于系统自动化观测与提高科学产出至关重要。自动调焦的核心目标为提高图像的能量集中度,目前常用评价指标如星像50%能量半径、点扩散函数的半高全宽均存在计算量过大的问题。基于地基广角相机阵调焦过程中星像中心区域能量变化大、星像总流量及分布范围基本不变这一点,提出了通过统计中心区域流量占星像总流量百分比的快速清晰度评价算法,并对两个流量孔径展开详细研究。进一步对算法中流量计算方法进行简化,细化了背景取值、选星标准、选星数目等对算法有影响的参数,最终确立了一套适用于地基广角相机阵系统实时自动调焦的清晰度评价算法。算法结果准确,单图运算时间在0.1 s左右,满足系统快速自动调焦的需求。     

中国境内有关天文气候资料的初步统计分析

统计了全国２３９个气象台站的云量和扬沙天数资料，说明云量较少的地区多分布于内蒙、西藏、甘肃、新疆、宁夏等省、自治区，但在西北地区扬沙天气较多。     

我国天文气候特点及潜在（光学／红外）优良台址探讨

收集了我国１９７８─１９８６年和１９９０年，共１０年时间的１９２个地面气象站每天四次总云量的观测资料，分别计算了北京时间０８ｈ，０２ｈ和０８ｈ以及２０ｈ，０２ｈ和０８ｈ的无云概率。分析结果表明：我国所处的天文气候条件的大环境并非是世界上最好的，但在国内相对较好的区域里，精心挑选出受局部地形影响形成的较好台址还是有可能的。     

我国天文气候特点及潜在（光学／红外）优良台址探讨

收集了我国１９７８－１９８６年和１９９０年，共１０年时间的１９２个地面气象站每天四次总云量的观测资料，分别计算了北京时间０８ｈ，０２ｈ和０８ｈ以及２０ｈ，０２ｈ和０８ｈ的无云概率，分析结果表明：我国所处的天文气候条件的大环境并非是世界上最好的，但在国内相对较好的区域里，精心挑同受叶形得影响形成的较好台址还是有可能的。     

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。