基于非刚性对齐和波前估计的太阳斑点图像重建方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 邹思仲
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| 答辩日期 | 2024-07-01 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 许骏 |
| 关键词 | 太阳望远镜 斑点图像处理 解卷积 非刚性对齐 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Reconstruction Method of Solar Speckle Images Based on Non-rigid Alignment and Wavefront Estimation |
| 英文摘要 | 为了深入研究太阳活动，建造出更大口径的地基太阳望远镜一直是天文人奋斗的目标。但地球大气湍流是限制地面太阳望远镜成像系统分辨率的主要因素，波前畸变导致太阳斑点图像出现模糊退化、几何位移等问题。为了克服大气影响实现地基太阳望远镜高分辨率成像，通常会采用自适应光学技术和事后高分辨率图像重建方法。自适应光学系统对望远镜光瞳处的波前进行实时探测并矫正，但矫正视场范围有限且存在矫正后的相位残差，要真正达到或接近望远镜衍射极限成像则仍需要经过进一步的高分辨图像重建处理。高分辨图像重建方法可以在没有自适应光学系统的情况下，通过算法层面有效克服大气湍流影响，高效地实现高分辨率成像。位于云南澄江抚仙湖畔的一米新真空太阳望远镜(1m New Vacuum Solar Telescope,NVST)望远镜是我国太阳望远镜高分辨成像的先驱者之一，通过事后图像重建方法发布了海量的高分辨成像数据。当太阳斑点图像受大气影响出现严重模糊退化和几何位移的情况时，NVST采用斑点掩模法重建的高分辨图像结果往往出现伪像，部分重建图像的分辨率不满足科研要求，浪费了宝贵的采集数据和观测时间。本论文针对上述问题，围绕大气湍流影响下的太阳斑点图像重建算法进行研究，提出了结合非刚性对齐和波前估计的图像重建算法，将斑点图像复原过程分为基于非刚性对齐技术矫正斑点图几何位移和基于波前估计的退卷积重建目标图像两部分。并通过模拟仿真实验和实测数据重建实验，分析和验证了算法的合理性和可行性。整体工作内容主要包括三个方面：第一、分析事后图像重建方法中的斑点成像技术和逆卷积方法的原理和特点。通过介绍这两类经典的太阳图像重建算法原理，流程，以及NVST实测数据重建结果，探讨了太阳斑点图重建研究的难点。第二、结合非刚性对齐和波前估计的图像重建算法研究与设计。研究并实现非刚性对齐技术矫正短曝光图像的几何位移过程，通过非刚性对齐完成了短曝光图像逐像素的对齐和配准，扩大了等晕区。在此基础上，优化了幸运图像选帧技术，挑选出具有更多高频信息且结构稳定的图像作为多帧盲解卷积的输入图像。把矫正后的平均帧图像作为目标图像先验，代入代价泛函数的相位迭代求解过程，有效限制了最优化搜索的解区间，从而避免了相位迭代过程过早的陷入局部最优。再利用波前估计信息复原了大气望远镜综合系统的瞬时传递函数，从而重建出了目标图像。综合上述步骤，成功构建了一种结合非刚性对齐技术的多帧盲解卷积太阳图像重建算法，我们称其为MFBD-CNRA算法。模拟数据集重建结果表明了MFBD-CNRA重建图像质量在结构相似度和峰值信噪比上也更接近于真实图像。第三、NVST实测数据的分析与讨论。构建不同视宁度条件下的NVST望远镜观测数据集，对比多种经典事后图像重建算法与MFBD-CNRA算法的图像结果，通过功率谱曲线、结构相似性和强度分布曲线等量化指标展现了MFBD-CNRA算法良好的鲁棒性和有效性。本文的研究工作和相应成果可为地基太阳望远镜的斑点图像高分辨重建方法提供一种完整的实验技术，并为其他图像重建方法进一步优化提供参考方案。研究工作同时适用于相位差技术和多通道同步采集系统，为地基望远镜后续开展多波段同步重建技术也提供了研究基础。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/28027]  |
| 专题 | 云南天文台_抚仙湖太阳观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 邹思仲. 基于非刚性对齐和波前估计的太阳斑点图像重建方法研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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