基于MPI-CUDA的K-T算法太阳高分辨图像重建

大气湍流导致地基望远镜成像模糊,高分辨图像重建是解决这一问题的有效方法,K-T高分辨图像重建方法是其中常用的一种,但存在数据大、计算复杂等因素的制约,导致重建非常耗时。针对当前中央处理器与图形处理器混合架构下的高分辨图像重建开展研究,采用MPI-CUDA混合并行技术,最终实现了一套在单机图形处理器环境下基于斑点图像重建技术的高分辨太阳图像重建系统。通过实验验证,与单一的信息传递接口并行相比,图像子块的处理速度有了显著提升,在8个子进程下整个流程的加速比达到了2。实验结果表明,MPI-CUDA混合并行的有效性,能够为天文研究中的大规模计算任务提供借鉴和参考。     

太阳偏振图像高分辨重建误差仿真分析

地基太阳望远镜磁像仪在进行偏振测量时会受到大气湍流的影响,导致测量结果不准确。通过同步探测波前像差,对太阳窄带偏振图像退卷积重建的方法可以克服窄带滤光器带来的偏振测量通道光子数水平较低等问题,将高分辨图像重建算法应用到太阳偏振图像的重建中。在重建过程中,波前估计不准确会导致重建的偏振图像受到I的串扰,与真实的偏振信号之间存在一定偏差。为了研究同步重建过程中波前复原精度对偏振图像重建精度的影响,通过建立仿真模型,对不同视宁度和不同波前复原精度下I对偏振信号的串扰进行了仿真。结果表明,偏振图像的重建质量与波前复原精度正相关,在一定的条件下,增加用于图像重建的帧数和降低图像分辨率等方法也可以降低I对偏振信号的串扰。     

大气色散对太阳多波段同步高分辨图像重建的影响

抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)利用多波段成像系统对太阳光球和色球同时进行高分辨成像观测,并对观测图像进行多波段同步高分辨统计重建,以大幅度降低重建所需的计算量,并改善低信噪比波段的高分辨重建效果。大气色散是影响多波段同步高分辨重建效果的主要因素。借助多层湍流大气的模拟,通过比较不同天顶角下色散引起的波像差、相对谱比,分析了大气色散对多波段同步高分辨重建的影响。分析结果表明对于1 m太阳望远镜,当天顶角在60°以内时,色散对近红外以及波长相差不大的可见光波段的多波段同步高分辨重建的影响较小,而393.3 nm波段受色散的影响明显,天顶角超过45°时分辨率明显下降。     

高分辨率太阳图像重建方法

高空间分辨率的太阳观测数据有助于深入研究太阳大气现象、太阳物理基本问题。地基大口径太阳望远镜常通过自适应光学技术和图像重建技术获取高空间分辨率图像。目前太阳图像重建技术主要有斑点成像术和斑点相位差法两类。介绍了斑点成像术中几类方法的原理,阐述了斑点成像术重建太阳像的流程以及几个关键步骤,介绍了多帧盲反卷积和相位差法的原理,比较了斑点成像术和斑点相位差法的特点,最后阐述了它们在太阳高分辨率观测中的应用和发展趋势。     

一米新真空太阳望远镜离焦对高分辨太阳观测图像重建的影响

由于太阳辐射、环境温度等因素,太阳望远镜在一个观测日内往往有较明显的像差变化,而离焦是其中的主要像差。针对抚仙湖1 m太阳望远镜的高分辨成像观测系统,对其离焦像差及变化进行了简要分析,在此基础上模拟分析了离焦像差对图像高分辨统计重建的影响。分析结果表明,离焦像差对高分辨重建图像的相位传递函数影响不大,但对调制传递函数有明显的影响,进而造成像质衰减,应当进行补偿。     

基于Demons配准的NVST太阳高分辨图像横向速度场测量

太阳高分辨图像中横向速度场的测量已经广泛应用于太阳光球、色球表面特征的动力学分析中,但依然存在测量精度不够的问题。详细介绍了Demons方法,并将其应用于1 m新真空太阳望远镜的高分辨观测资料处理中。首先选取不同观测时间间隔和代表光、色球不同波段的3个数据集作为测试样本,在测量到速度场后,通过与前一时刻图像进行非刚性配准并比较结构相似度评价速度场的测量精度。结果表明,Demons方法在小尺度运动的精细测定方面,明显优于传统的基于傅里叶变换的局部相关跟踪法和微分仿射速度估计方法。并且采用光球和色球图像的亚像素和超像素模拟位移实验表明,这一方法的逐点测量精度可以达到0.1像素量级。     

太阳爆发活动多波段高分辨观测

<正>太阳大气中时刻发生着各种各样的爆发活动现象,例如耀斑、暗条爆发、喷流、日冕物质抛射以及各种磁流体力学波动现象等.过去的大量观测研究表明,太阳磁场在各种爆发活动现象中都起着决定性的作用.由于许多太阳爆发活动现象都会对地球空间环境和人类生活产生巨大影响,对太阳爆发活动现象的研究和预报都具有非常重要的现实意义.另外,太阳是距离地球最近的恒星,也是人们唯一可以近距离观测的恒星.太阳爆发活动现象的研究,对其它恒星的研究也具有重要的参考价值.     

太阳高分辨观测图像与全日面像的高精度配准方法

在太阳观测研究中,高分辨图像与全日面像的配准是一项非常有意义的工作,但由于他们之间存在着旋转、缩放和平移,因此很难高精度地进行匹配。提出一种结合局部统计信息和控制点匹配的图像配准方法,核心思想为将视场等间隔划分为大量重叠的局部区域,通过相关匹配在全日面像上寻找对应的局部区域,然后计算每一对局部区域间的亚像元偏移,根据偏移量确定每一对特征点的坐标位置,据此作为点匹配中的特征控制点;最后根据控制点建立仿射变换的转换方程,采用最小二乘求解整个视场的转换参数,根据解出的参数重新对图像进行迭代,得到收敛后的结果并进行配准。通过对高分辨观测图像和全日面SDO/HMI连续谱图像进行配准,拟合结果的偏差在0.25″以内。     

由斑点图重建天文图像的方法

首先介绍了斑点图形成机制以及获取方法,并借助计算机模拟了斑点图的生成。然后重点描述斑点图的图像重建方法,包括频率域和空间域重建方法。在频率域重建方法部分依次详细叙述了用于复原模信息的斑点干涉法和用于复原相位信息的由模复原相位法、Knox-Thompson法、斑点掩模法;空间域重建方法部分介绍了典型的LWH法和迭代位移叠加法;另外,盲消卷积法也为斑点图重建提供了新的思路,文章对此方法也做了介绍;特别地,还对国内在该领域的相关工作做了介绍;关于斑点图重建方法在天文学、天体物理学等领域的应用,文章做了有针对性的介绍;最后一章是斑点图图像重建方法的总结。     

基于OpenMP的并行图像相减算法实现与分析

图像相减是一种精确地获得密集星体区域中变星的相对光度变化的技术,其基本原理为通过同一区域不同时间的图像间差异来获得该区域的时间变化信息.传统上图像相减变源测光算法只有串行性算法,计算效率不高.讨论了图像相减测光算法的基本原理,在开源软件ISIS基础上提出了一个基于OpenMP技术的图像相减算法的可靠并行化实现,提高了程...     

TRACE卫星拍摄的太阳图像

“TRACE”是“Transition Region and Coronal Explorer”的缩写,译成中文为“(太阳)过渡区和日冕探测者”。这颗人造卫星于1998年4月从美国Vandenberg空军基地发射升空。它是美国航空航天局发射的一个小探测器。TRACE的主要任务是:探测太阳大气的三维磁场结构;随太阳大气流动而引起的温度变化;随时间变化的日冕精细结构;日冕和过渡区的热拓朴(结构)。TRACE的空间分辨率为1弧秒,稳定性为0.1弧秒。自发射以来,它向地面接收站发回了大量珍贵有价值的太阳过渡区和日冕的图像信息。这些     

太阳H_α高分辨图象系统的建立和研究

为了研究太阳耀斑的物理过程和高能现象,在云台太阳精细结构望远镜建立一套太阳H_α图象接收和处理终端。它可获取太阳耀斑过程的高分辨观测资料和数字化处理结果。对太阳H_α活动区的监测和研究有重要意义。     

日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用

太阳是与地球关系最为密切的天体.发生在日面上的剧烈爆发性活动可能对人类的生存环境产生巨大影响甚至是灾难性后果.包含太阳耀斑、暗条爆发和日冕物质抛射在内的太阳爆发活动是同一物理过程的不同表现形式,其能量来源于爆发前储存在日冕中的磁场自由能.因此,了解日冕磁场的3维结构是理解太阳爆发的触发机制以及活动区的稳定性等现象的前提.由于观测技术限制,目前尚无法对日冕磁场进行常规观测,因此发展了多种利用可常规观测的光球磁场来重建日冕磁场的方法.主要评述近10 yr来各种日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用.     

基于直方图规定化的太阳图像增强方法

太阳图像中包含了各种不同尺度、不同结构以及不同亮度的活动现象,它们都是实测太阳物理的研究目标。这些活动现象经常使图像显示的跨度过大,导致图像暗弱细节结构被隐藏。对于地基望远镜,由于地球大气对观测数据的影响,也造成图像整体对比度下降。这些都不利于人们直观地从图像中发现感兴趣的太阳活动现象或结构特征。针对这些问题,运用直方图规定化的方法对实测太阳物理中常遇到的几类观测目标图像(太阳极紫外像,太阳光球黑子像,色球活动区像以及色球日珥像)进行处理,通过瑞利分布、双高斯分布以及三重瑞利混合分布等直方图形式,实现对这几类图像的显示对比度增强。通过对空间望远镜太阳动力天文台(Solar Dynamic Observatory,SDO)的极紫外太阳像和1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)的色球和光球像的处理展示了该方法的处理效果。结果表明,方法可以有效提高各类太阳活动现象的显示度,便于人们在研究初期发现感兴趣的活动现象。     

太阳色球图像的选帧处理

讲述抚仙湖太阳观测站的色球图像的选帧处理,主要针对观测数据的网上发布,处理过程主要由选帧和简单位移叠加(SAA)组成。使用在太阳光球图像处理中提出的斑点干涉术选帧法对图像进行选取。对太阳等扩展目标,简单位移叠加的位移量由图像和参考图像的相关极大值位置确定,参考图像选像质最好的一帧。选帧处理过程算法简单,处理速度快,相比斑点掩模法可以节省大量的重建时间,通过观察得到的处理结果还可以确定数据是否有用斑点掩模法进行进一步处理的必要。     

基于改进VNet太阳暗条检测方法

太阳暗条作为太阳大气磁场的示踪,对研究太阳磁场有极其重要的意义。针对现有的暗条检测方法存在检测精度不高,弱小暗条错检、漏检等问题,提出一种基于改进VNet网络的太阳暗条检测方法。首先,使用大熊湖天文台Hα全日面图像并结合磁图制作了太阳暗条数据集;其次,在VNet网络下采样部分采用Inception模块融合不同尺度特征图的特征,同时加入注意力机制增强特征图中暗条部分的语义信息;最后在上采样部分引入深度监督模块,更多地保留太阳暗条的细节特征。为验证算法性能,采用191幅Hα全日面图像数据集,其中包含暗条共3372条。算法在测试数据集上平均准确率达到0.9883,F1值达到0.8385。实验结果证明,该方法可以有效识别Hα全日面图中的暗条。     

最大熵与MP-CLEAN方法对扩展源图像重建的比较

在射电综合成像领域,通常需要用退卷积的方法补全频域稀疏的采样。由于扩展源的频域信息更为丰富,要补全这些信息相对于点源来说更难,因此扩展源的图像重建是射电综合成像领域的一大难点。为了探索射电干涉扩展源图像重建方法的特点,将最大熵与一种加速的CLEAN方法(文中称之为Multi-Point CLEAN,MP-CLEAN)对扩展源的干涉阵模拟数据的图像重建进行了比较。通过比较,发现对于同样的观测数据,两种方法都能较好地重建图像,但MP-CLEAN方法的旁瓣祛除效果与重建效果优于最大熵方法,而且在模拟数据重建中MP-CLEAN方法的总体速度比最大熵快3倍以上。最后,在讨论部分通过研究两种方法中参数的选择对重建结果的影响,发现最大熵方法比MP-CLEAN方法对参数选择的依赖性弱,这表明最大熵方法有更好的鲁棒性。     

非等晕效应对NVST高分辨重建结果的影响

根据抚仙湖1 m新真空太阳望远镜高分辨率重建算法,从理论上分析了非等晕效应对斑点干涉术和斑点掩模法的影响。使用实测光球数据以不同子块大小分别进行高分辨数据重建,通过对不同子块大小情况下重建图像的功率谱、相位的比较,对非等晕效应的影响进行分析。结果表明,当重建区域大小超过等晕区时,非等晕效应会限制斑点干涉术和斑点掩模法的有效性,由于算法失效会导致模和相位重建的准确度降低。最后结合图像处理程序的具体情况,对算法的进一步优化提供了建议。     

多波段太阳光谱仪的专用照像机

在云南天文台多波段太阳光谱仪的改造中,将光谱拍照装置由原来的硬片落片改为软片走片,提高了时间分辨率。该专用照相机设计合理,结构紧凑,画幅大,曝光均匀性好,振动小,快门的可靠性高,能自动曝光和自动卷片,是一种理想的太阳光谱仪专用照相机。     

基于定标和图像处理的数字相机串扰图像修正方法

针对多通道数字相机因信号串扰导致的输出图像重叠问题,基于自行研制的四通道CCD数字相机系统数据,对串扰系数进行了追踪测试,发现串扰系数与输入信号强度和系统读出速度有特定的规律。对于这类系统噪声类串扰,提出了一种基于定标和图像处理的串扰图像修正方法。该方法通过定标建立串扰比例系数与像素数字编码(Digital Number, DN)的关系,再由串扰通道反推被串扰通道的干扰量,通过还原算法进行系统差修正,最终消除串扰。测试结果表明,经过该方法修正后的图像,串扰程度可降至基底白噪声量级,图像质量得到大幅改善。该方法对成像系统中因硬件工艺缺陷造成的固定图案噪声的消除有显著效果,对系统噪声类干扰也有抑制作用,在实际应用中可以作为一般成像系统优化图像质量的补充。