在空間環(huán)境觀測(cè)中,對(duì)太陽物理學(xué)的研究一直是眾多學(xué)者研究的焦點(diǎn),尤其是近年來對(duì)太陽極紫外波段活動(dòng)的探索更是成為了學(xué)者們新的研究方向,這對(duì)人類的未來有著非常重要的意義,但在觀測(cè)過程中由于空間天氣擾動(dòng)、航天器的軌道姿態(tài)變化以及活動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)等都會(huì)引起儀器所觀測(cè)到的圖像發(fā)生位移,導(dǎo)致圖像模糊,影響太陽望遠(yuǎn)鏡的高精度成像,進(jìn)而影響對(duì)太陽細(xì)微結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確辨識(shí)分析,因此,檢測(cè)圖像發(fā)生的位移量,補(bǔ)償其造成的誤差,以獲得高空間分辨率、高精度的太陽極紫外圖像是非常必要的。目前,國(guó)際上通常采用增加額外設(shè)備的方式來檢測(cè)該位移量,這使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜且可靠性降低。隨著圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展,采用太陽極紫外圖像序列來檢測(cè)該位移量成為了現(xiàn)實(shí),該方法既能節(jié)省資源,又能增加測(cè)量的可靠度,結(jié)構(gòu)緊湊誤差小。因此,本文圍繞提高位移檢測(cè)效率和精度等測(cè)量方法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,對(duì)于太陽極紫外波段圖像局部場(chǎng)的位移測(cè)量研究有助于天文學(xué)家更加準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)極紫外波段太陽局部的運(yùn)動(dòng)情況,更加清晰地觀測(cè)到太陽極紫外波段的細(xì)節(jié)構(gòu)造。首先,在整像素位移搜索方法中,傳統(tǒng)全局搜索方法需要在整個(gè)圖像中進(jìn)行逐點(diǎn)搜索,搜索效率非常低。而普通的四步搜索方法存在搜索過程中陷入局部最優(yōu)的可能性,通過優(yōu)化搜索過程中的搜索步長(zhǎng)和最終的判決方式,本文提出的改進(jìn)四步搜索方法大幅度降低了該問題發(fā)生的可能性,同時(shí),現(xiàn)有的整像素搜索方法將子集圖像中所有點(diǎn)都進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,從而得到相關(guān)運(yùn)算的峰值,這導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間明顯增長(zhǎng)。為此,本文提出了采用表征圖像特征的兩個(gè)低階不變矩來進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,以解決采用圖像子集中所有點(diǎn)都參與相關(guān)運(yùn)算所導(dǎo)致的效率低的問題。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明,在保證整像素搜索精度的基礎(chǔ)上,本文方法的整像素搜索時(shí)間在毫秒數(shù)量級(jí),比全局搜索方法需要的時(shí)間提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí),與采用七個(gè)不變矩的整像素位移搜索方法相比,本方法的搜索效率提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。其次,在研究高精度亞像素位移測(cè)量過程中,分析了極紫外成像儀在拍攝太陽極紫外圖像過程中存在的諸多影響位移測(cè)量的因素,如:太陽日冕層大氣演化、軌道平臺(tái)的進(jìn)動(dòng)以及成像儀器的非均勻性等,依據(jù)極紫外波段太陽日面的變化特點(diǎn),提出了基于一階形函數(shù)的三次非線性迭代模型來計(jì)算太陽極紫外圖像的亞像素位移量,并且對(duì)模型的求解過程進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo),得出迭代解的具體表達(dá)式。通過實(shí)驗(yàn)表明,本算法的亞像素位移測(cè)量精度為百分之像素,同時(shí),進(jìn)行了仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,采用一階形函數(shù)獲得圖像位移測(cè)量精度比采用零階形函數(shù)得到精度高出大約一個(gè)數(shù)量級(jí),本算法較采用曲面擬合算法、線性迭代算法和二次非線性迭代算法對(duì)太陽極紫外圖像亞像素位移測(cè)量精度分別提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)、1.5倍和1.2倍,充分驗(yàn)證了本算法具有較高的亞像素位移測(cè)量精度。再次,通過對(duì)太陽極紫外圖像位移測(cè)量精度影響因素的深入研究,在一階形函數(shù)的非線性迭代模型的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出位移測(cè)量誤差的具體解析表達(dá)式,該式表明位移測(cè)量精度與圖像子集的平均灰度、平均梯度及子集尺寸有密切關(guān)系。提出了適合評(píng)價(jià)太陽極紫外圖像位移測(cè)量精度的參數(shù),即平均子集灰度和梯度參數(shù)CCMSIG(Comprehensive Consideration of Mean Subset Intensity and Gradients),采用該值越小的太陽極紫外圖像子集區(qū)域計(jì)算所得到的位移測(cè)量精度越高;通過對(duì)圖像子集CCMSIG值與圖像子集尺寸關(guān)系的分析,提出了一種基于圖像子集CCMSIG值的圖像子集尺寸優(yōu)化選擇方法,采用該方法在保證位移測(cè)量精度的同時(shí),減小了相關(guān)運(yùn)算的平均圖像子集尺寸,使得計(jì)算效率得到了提升。最后,對(duì)太陽極紫外圖像不同區(qū)域的分布形式進(jìn)行了詳細(xì)分析研究,刻劃了實(shí)驗(yàn)樣片來模擬太陽極紫圖像的分布情況,搭建了整個(gè)位移測(cè)量光電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,采用該測(cè)量系統(tǒng)所得到位移測(cè)量精度與采用太陽極紫外圖像仿真實(shí)驗(yàn)所得到的亞像素位移測(cè)量精度相一致;同時(shí),在實(shí)驗(yàn)過程中,采用四象限探測(cè)器測(cè)量相應(yīng)位移,作為對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,采用實(shí)驗(yàn)樣片子區(qū)1得到的位移與四象限探測(cè)測(cè)量的位移基本吻合,從而驗(yàn)證了采用本位移測(cè)量光電系統(tǒng)來模擬測(cè)量太陽極紫外圖像位移的可行性。本文所提出的方法可以應(yīng)用到太陽極紫外圖像局部場(chǎng)的位移測(cè)量中,具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P182.2
【部分圖文】：

2004年底,Solar X-ray Imager于安裝在GOES-N太陽帆板上[90-93],如圖1.2所示,該成像儀具有10角秒的空間分辨率(5角秒/像素)[94,95],觀測(cè)波段在1nm到6nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi),以一分鐘的周期獲取全太陽圖像[96-98],Solar X-ray Imager通過將Adcole公司制造的高精度太陽傳感器HASS(High Accuracy Sun Sensor)安裝在俯仰軸和偏航軸上[99-101],利用該太陽傳感器來檢測(cè)太陽運(yùn)動(dòng)位移量,以補(bǔ)償航天器的運(yùn)動(dòng),HASS每16ms(62.6 Hz)輸出一次數(shù)字測(cè)量,具有1.67亞角秒分辨率。2. 日本日之出太陽望遠(yuǎn)鏡Solar-B(Hinode)

2006年9月22日21時(shí)36分,日本航空航天局科學(xué)研究所成功發(fā)射了日之出Solar-B衛(wèi)星,該衛(wèi)星搭乘JAXA系列M-V火箭發(fā)射升空[102-105],它的目標(biāo)是了解太陽磁場(chǎng)能量如何從光球?qū)愚D(zhuǎn)移到上層大氣,繼而導(dǎo)致爆炸性的能量釋放的物理機(jī)制。星上有三種儀器:太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡SOT(Solar Optical Telescope)、EUV成像望遠(yuǎn)鏡EIS(EUV Imaging Spectrometer)和X射線望遠(yuǎn)鏡XRT(X-Ray Telescope),如圖1.3所示,其中,SOT的主要目標(biāo)是利用望遠(yuǎn)鏡的衍射極限分辨率(0.2-0.3角秒)獲得太陽表面的高分辨率磁場(chǎng)圖像。為了精確測(cè)量太陽磁場(chǎng)的性質(zhì),焦平面CCD相機(jī)上的圖像需要SOT指向穩(wěn)定度達(dá)到亞像素0.09角秒大小,但由于外部擾動(dòng)、機(jī)載望遠(yuǎn)鏡中的動(dòng)量輪、陀螺儀及濾波輪等運(yùn)動(dòng)部件的影響,航天器的指向總是以少量角秒幅值在抖動(dòng)和漂移,航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)不能滿足要求[106-108]。為了在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定SOT指向抖動(dòng),SOT設(shè)計(jì)了一個(gè)閉環(huán)圖像穩(wěn)定系統(tǒng),圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的目的是消除太陽圖像在SOT焦平面上的運(yùn)動(dòng),太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要通過對(duì)米粒組織圖像進(jìn)行位移量檢測(cè),SOT的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)是首次成功應(yīng)用于天基儀器的相關(guān)校正跟蹤器,這是一種真正的閉環(huán)控制系統(tǒng)。而采用導(dǎo)行鏡來判別太陽位移量的方式實(shí)質(zhì)是一種開環(huán)控制系統(tǒng),其意義是利用導(dǎo)行鏡的誤差信號(hào)來控制主望遠(yuǎn)鏡的副鏡的傾斜角度,SOT的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)可以減少頻率低于20赫茲的圖像抖動(dòng),而高于20赫茲時(shí)的頻率需要通過望遠(yuǎn)鏡和航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來抑制。

相關(guān)跟蹤器由高速CCD攝像機(jī)和相關(guān)的硬軟件組成,用于生成指向誤差信號(hào),該高速相機(jī)是具有50×50像素曝光面積的幀傳輸CCD,每個(gè)像素對(duì)應(yīng)0.22角秒,每秒產(chǎn)生580幀圖像,如圖1.4所示。該相關(guān)跟蹤器獲取可見波長(zhǎng)(629-634nm)的太陽米粒組織圖像,處理高速CCD攝像機(jī)所拍攝的實(shí)時(shí)圖像幀,利用圖像相關(guān)法確定實(shí)時(shí)圖像與參考圖像的偏差,生成指向誤差信號(hào)。使用圖1.5所示的13個(gè)移位置,計(jì)算出實(shí)時(shí)圖像與參考圖像的絕對(duì)差和,當(dāng)達(dá)到最小值時(shí),便計(jì)算出了整像素位移值,再對(duì)13個(gè)值進(jìn)行二維多項(xiàng)式擬合,確定亞像素位移值,當(dāng)位移在0.44角秒內(nèi)時(shí)(圖1.5中1-5點(diǎn)),指向誤差信號(hào)與圖像位移成正比,當(dāng)位移在0.44-1.1角秒之間時(shí)(圖1.5中6-13點(diǎn)),最小絕對(duì)差位于中心外,此時(shí),只能計(jì)算出正確的圖像位移方向,不能計(jì)算出真實(shí)的位移[109]。
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8 臧夢(mèng)迪;王婷婷;張波;沈京玲;;古斯?jié)h欣位移研究進(jìn)展[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2016年06期

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本文編號(hào)：2875820