圖像模擬在天文學(xué)研究中已經(jīng)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,其重要性主要表現(xiàn)在以下幾方面:通過(guò)模擬可以為準(zhǔn)備研制的天文觀測(cè)設(shè)備評(píng)估提供重要的依據(jù);通過(guò)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的處理可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的算法。對(duì)圖像模擬的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行描述,并在計(jì)算上對(duì)圖像模擬的局部方法進(jìn)行優(yōu)化,使模擬結(jié)果能夠高效準(zhǔn)確的生成。主要工作包含以下幾方面:對(duì)天體形態(tài)的模擬,包括點(diǎn)源（如恒星）和展源（星系）,這里主要對(duì)展源建模;模擬觀測(cè)條件,主要是儀器和天光背景等產(chǎn)生的噪聲;模擬點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù);從計(jì)算和程序的方法對(duì)計(jì)算流程進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。采用的數(shù)據(jù)是哈勃超深空?qǐng)觯℉UDF） ACS WFC i（F775）波段的數(shù)據(jù),其極限星等達(dá)到29等。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析,可以看出該方法能夠快速并且較為準(zhǔn)確地對(duì)星系圖像進(jìn)行模擬。 

【文章來(lái)源】：天文研究與技術(shù). 2019,16(01)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

CoeD．等提供的數(shù)據(jù)與Bechwith的數(shù)據(jù)天體亮度對(duì)比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog

凳???Beckwith提供了一份更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，不過(guò)在該數(shù)據(jù)中對(duì)于天體彌散程度的描述只給出了高斯參數(shù)，但是其位置和亮度更加準(zhǔn)確。事實(shí)上，文［6］的數(shù)據(jù)也給出了一些與Bechwith數(shù)據(jù)的對(duì)比，例如，前者的數(shù)據(jù)給出了中心位置與Bechwith的對(duì)比，本文對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)做了更詳細(xì)的對(duì)比。圖2是對(duì)兩份數(shù)據(jù)提取天體亮度的對(duì)比，藍(lán)色線為文［6］數(shù)據(jù)天體亮度的統(tǒng)計(jì)，紅色線為Bechwith的數(shù)據(jù)天體亮度的統(tǒng)計(jì)。從圖2可以看出，兩份數(shù)據(jù)的亮度存在一定偏差，文［6］的數(shù)據(jù)天體亮度要比實(shí)際偏大。圖3是對(duì)兩個(gè)樣本有效半徑的對(duì)比結(jié)果，橫坐標(biāo)是提取天體的亮度信息，縱坐標(biāo)是Benchwich的數(shù)據(jù)中天體的有效半徑與文［6］的數(shù)據(jù)中相應(yīng)的天體有效半徑之差。從圖3可以看出，差值絕大部分集中在0值附近，但是文［6］的數(shù)據(jù)有部分半徑偏大。圖2CoeD．等提供的數(shù)據(jù)與Bechwith的數(shù)據(jù)天體亮度對(duì)比Fig.2ABmagnitudecomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog圖3兩種參考樣本提取天體有效半徑的對(duì)比Fig.3EffectiveRadiuscomparisonbetweenCoeetal．catalogandBechwithetal．catalog綜合上述對(duì)樣本的對(duì)比，利用文［6］的數(shù)據(jù)模擬的圖像與真實(shí)圖像存在亮度偏差，另外，對(duì)于天體的大小也有部分天體與真實(shí)圖像存在一定差別。從這一點(diǎn)，也可以解釋后面章節(jié)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4的模擬結(jié)果存在一些比原圖大的天體的現(xiàn)象。2.2模擬結(jié)果及分析圖4展示了模擬的結(jié)果，圖4(a)是模擬圖像，圖4(b)是經(jīng)過(guò)MultiDrizzle程序處理后的ACSF775波段的圖像。由于原圖在空間存在一定角度，并且4個(gè)角上沒(méi)有目標(biāo)信息，所以本文用到的數(shù)據(jù)和圖像是對(duì)原

tor對(duì)天體進(jìn)行提取的參數(shù)也存在一定差異。圖7是對(duì)模擬圖像提取的天體亮度與參考數(shù)據(jù)的天體亮度進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比的方法同圖6(a)，通過(guò)亮度之差隨天體亮度的分布進(jìn)行分析。圖中，橫坐標(biāo)是亮度，縱坐標(biāo)是參考數(shù)據(jù)中天體的亮度與相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)中提取的天體亮度之差。統(tǒng)計(jì)的樣本依然是亮度小于29等天體。從圖7可以看出，這一亮度差值大部分分布在0軸上下，偏差絕大多數(shù)集中在0.5以下。從圖7還可以看出一個(gè)規(guī)律，對(duì)于亮度越大的天體，模擬后再提取，其亮度值越準(zhǔn)確。圖5提取天體數(shù)目統(tǒng)計(jì)對(duì)比Fig.5ExtractedGalaxiesfromSimulationImagevs．HUDFcatalog圖6模擬圖像所提取天體的有效半徑分析圖Fig.6AnalysisofEffectiveRadiusforGalaxiesfromSimulationImage2.3性能分析本文中圖像模擬軟件以及統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)生成都是用JAVA程序開(kāi)發(fā)。在天文中用JAVA開(kāi)發(fā)的程序較少，本文之所以選擇JAVA程序開(kāi)發(fā)主要因?yàn)镴AVA程序存在以下優(yōu)勢(shì):(1)JAVA去掉了指針，有自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，這樣減小了編寫(xiě)程序時(shí)由于內(nèi)存泄露出現(xiàn)的問(wèn)題，因此，能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間用在算法的編寫(xiě)上;(2)JAVA程序是面向?qū)ο蟮木幊�，在程序的可讀性上要好于C程序。(3)JAVA支持并行計(jì)算，且編寫(xiě)簡(jiǎn)單，對(duì)于本程序的并行計(jì)算有很大的幫助。另外，本文的程序運(yùn)行在Linux系統(tǒng)下，硬件配置CPU為Intelcorei54核3.1GHz，內(nèi)存為16GB，在程序運(yùn)行時(shí)，4核全部使用，計(jì)算天圖7模擬圖像中提取天體亮度分析圖Fig.7MagnitudeanalysisforGalaxiesfromSimulationImage28


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