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Active silicon图像采集卡应用:多帧盲解卷积图像复原技术
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时间:2021-08-27 13:50:08

地面太阳望远镜对太阳的观侧

 

      地面太阳望远镜让我们对太阳的大部分活动有了进一步的了解,但大气中的温度和密度差异引起的大气湍流会导致地面接收到的图像出现失真和模糊的现象。

      目前,科研人员已经实施了许多解决方案,并取得了一系列成功。

 

      自适应光学
      自适应光学 (AO) 是一种预处理技术,需要使用波前传感器来测量入射波和可变形反射镜或液晶显示器的失真,然后补偿和校正这些失真。 Active Silicon为美国国家太阳天文台的其中一个项目提供了图像采集卡(阅读更多相关信息https://www.activesilicon.com/news-media/news/a-clear-view-of-our-sun/)。然而,这种系统所需的组件成本很高,在某些情况下,残留图像质量下降也是一个因素。

 

      幸运成像

幸运成像

图 1:幸运成像

      幸运成像是一种特殊的散斑成像方法,可以对模糊的图像数据进行后处理,以尝试获得高分辨率图像。图像使用高速相机拍摄,曝光时间足够短(100 毫秒或更短),以确保曝光期间地球大气的变化可以忽略不计。如果拍摄了数千张图像,由于在“幸运”帧的短暂曝光期间大气湍流可能较少,因此可能会有许多帧中目标天体处于清晰对焦状态。通过拍摄最好的图像,例如所拍摄图像的 1%,并通过移动和添加单独的短曝光照片将它们组合成单个图像,“幸运成像”可以达到可能的最佳分辨率。最初,在受限状况下以底片摄影进行。但是摄影底片只能接受7%的入射光,因此只有最亮的天体能使用散斑成像。CCD在天文学上应用后,超过70%的入射光可以成像,大幅降低了散斑成像法的使用限制条件,因此今日被广泛应用在恒星和恒星系等较明亮天体。

 

      多帧盲解卷积 (MFBD)
      MFBD 是一种进一步的数值技术,可对这些残差图像进行建模和消除,使观察者增加从图像数据中提取的信息量。观测到的图像是由大气和望远镜产生的未知点扩散函数(PSF)卷积的真实图像。借助MFBD,天文学家试图通过一组图像帧来计算尽可能接近现实的 PSF。

      在这种技术中,获取的帧越多,平均效果越好,当然,生成的图像也越好,因此需要一种非常快速的图像采集方法。马克斯普朗克太阳系研究所的科学家Michiel van Noort一直在使用Active Silicon的 FireBird Quad CXP-6 CoaXPress 图像采集卡和 FireBird Camera Link 80 bit (Deca)  图像采集卡,以获得准确、实时的图像性能并增强的太阳成像。

      Michiel 现在正在使用 FireBird CXP 图像采集卡从 AMS/CMOSIS(CMV 12000、CMV20000 和 CMV50000)的最新一代大幅面图像传感器中采集新型高分辨率高光谱仪器所需的帧。此类仪器需要非常大的探测器,还需要高帧率来“冻结”地球大气层。

帧数对恢复图像质量的有益影响示例

图2 :帧数对恢复图像质量的有益影响示例

       从图 2 中可以看出,帧数和结果之间存在直接相关性:帧数越多,平均值越高,结果也越好。

      Active silicon产品正在为科学家们了解太阳做出贡献。同时也为更实际的应用定制图像采集和处理产品,包括工业检测、医学成像、监控等。从太空任务到工业视觉系统的大规模部署,Active silicon提供了成像组件和嵌入式系统,帮助客户提供世界一流的解决方案。

    本文为部分译文,全文网址:https://www.activesilicon.com/news-media/news/solar-astronomy/

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