Есть ли будущее у адаптивной оптики?

[Pluto]

Да, наглядная картинка. К тому же уменьшение пятна атмосферного рассеяния увеличивает проницание, т.е. регистрируются более слабые объекты. Фотоны на рассеиваются на многих ячейках матрицы, а концентрируются в узкой области.

[dims]

Конечно, про Кека я и читал. Вроде бы это первый телескоп с адаптивной оптикой.

Меня интересует не столько сама адаптивная оптика, сколько ответ на вопрос, действительно ли эта технология -- единственное, что позволяет обойти турбулентность. Нельзя ли обойти турбулентность с помощью очень длительных экспозиций? Я понимаю, что с помощью адаптивной оптикой это сделать очевидно проще. Но возможно ли как-то иначе?

Вопрос навеян темой на параллельном форуме "Возможности оптики косморазведчиков". Там речь идёт об обратной задаче -- спутник-шпион рассматривает землю из космоса. Адаптивную оптику там применить нельзя, так как нельзя сделать опорную звезду, поэтому и турбулетность вычесть нельзя. Участник Старый утверждает, что турбулентность в таком случае становится непреодолимым препятствием.

Поэтому мне интересно, можно ли как-то её обойти, кроме как с помощью адаптивной оптики.

[dims]

На больших апертурах изображение в основном не дрожит, а именно размазывается. Оно сгущается к истинному, однако разрешение падает, если например надо разрешить две тесных звезды (за счет увеличения размеров изображения).

Понятно, что разрешение падает. Но если сделать очень длинную экспозицию, нельзя ли разрешение вернуть?

Среднеразмазанное изображение не будет иметь ли максимума в центре?

Вероятно будет, однако максимум получится более пологий.

Более пологий чем что?

Найти точное истинное положение центра труднее (особенно учитывая дискретность приемника).

Трудно, но возможно? Или невозможно?

[xd]

Там ещё один фактор: космический разведчик должен двигаться. Соответственно меняется ракурс (или появляется смаз), аппарату необходимо постоянно и быстро двигаться

[Pluto]

Более пологий чем что?

Более пологий чем у идеального изображения или с применением адаптивной оптики.

Понятно, что разрешение падает. Но если сделать очень длинную экспозицию, нельзя ли разрешение вернуть?

Каким образом? Эффективнее снизить шум, чем заниматься его статистической обработкой (подобные алгоритмы вовсе не безграничны по возможностям). Уже писал выше, что атмосферный шум снижает проницание. Энаргия размазыватеся по множеству ячеек матрицы и сигнал просто не регистрируется 9слишком слаб в каждой ячейке).
Кстати - атмосферные флуктуации - довольно высокочастотные, от долей герца до десятков и даже сотен герц. Делать особо длительные экспозиции не имеет смысла (в надежде сгладить шум).

[dims]

Соответственно меняется ракурс (или появляется смаз), аппарату необходимо постоянно и быстро двигаться

Там говорят, что космический спутник работает по принципу настольного сканера, то есть, двигается одномерная ПЗС матрица, поэтому этой проблемы у него нет.

Но не суть. Мне просто интересно, можно ли как-то обойти (А) турбулентность и (Б) дифракционный предел.

[dims]

Делать особо длительные экспозиции не имеет смысла (в надежде сгладить шум).

Вот я и не могу понять, почему так.

[Ivan7enych]

На больших апертурах изображение в основном не дрожит, а именно размазывается. Оно сгущается к истинному, однако разрешение падает, если например надо разрешить две тесных звезды (за счет увеличения размеров изображения).

Понятно, что разрешение падает. Но если сделать очень длинную экспозицию, нельзя ли разрешение вернуть?

Ну попробуйте в фотошопе или где-то еще из левой картинки сделать правую.
http://keckobservatory.org/images/files/magazine//galactic_center_ao.jpg

[Pluto]

Вот я и не могу понять, почему так.

Потому что при накладывании шума часть полезной информации теряется (учитывая физические ограничения на чувствительность и разрешение приемника). Извечная задача - повысить соотношение сигнал/шум.
Поэтому и строят телескопы в темных местах, охлаждают приемники, делают адаптивную оптику.

[xd]

Там говорят, что космический спутник работает по принципу настольного сканера, то есть, двигается одномерная ПЗС матрица, поэтому этой проблемы у него нет.

Режим ВЗН. Сами так в своём железе делаем. Указанных выше проблем по большому счёту не снимает, ибо не для этого, но новых добавляет.

[konstkir]

Не очень понятно в чем проблема в теме.
Если снимаем обычным фотиком обычное фото, не в фокусе, то выделжка не поможет. Мелкие детали пропадут. Информация потеряется в шуме.
То же самое, если фотик дрожит. В этом случае тоже применяется "адаптивная оптика", где опорная точка Земля ( ускорение ), либо опрный ИК-луч
. Возможна, может быть, компьютерная "адаптация задним числом" - опять же по опорной звезде (искусственной, как делается в реале). Т.е. после вычитать шум. Но в реале  с динамической адаптацией информации теряется значительно меньше.
Но все-равно теряется при любой подвижной оптике. Поэтому конкурируют только большие апертуры

 

[xd]

Возможна, может быть, компьютерная "адаптация задним числом" - опять же по опорной звезде

Это называется деконволюция, но она имеет ряд объективных ограничений.

[dims]

Ну попробуйте в фотошопе или где-то еще из левой картинки сделать правую.

Если бы ширина дискретизации была бы, скажем, 256 бит, это было бы ИМХО возможно.

[dims]

Извечная задача - повысить соотношение сигнал/шум.
Поэтому и строят телескопы в темных местах, охлаждают приемники, делают адаптивную оптику.

Я понимаю. Тогда мой вопрос звучит так: повысится ли соотношение сигнал/шум при длительной экспозиции и, если нет, то почему.

[Pluto]

Для каждого объекта существует некая оптимальная экспозиция, при которой соотношение сигнал шум максимально. Дальнейшее увеличение бессмысленно.

Конечно, есть методы увеличения разрешения, основанные на сложении множества изображений. Полезный сигнал складывается линейно, а шум под корнем. Астрофотографам это хорошо знакомо. Такая обработка позволяет повысить сигнал/шум и улучшить разрешение. Но те же методы, примененные к изображениям полученным с адаптивной оптикой позволяют еще более существенно повысить качество изображения, поскольку шума на исходном изображении физически меньше. 

[dims]

Если снимаем обычным фотиком обычное фото, не в фокусе, то выделжка не поможет. Мелкие детали пропадут. Информация потеряется в шуме.

Это не совсем то.

Во-первых, при съёмке не в фокусе информация теряется из-за оцифровки. Если бы матрица оцифровывала с точностью 1024 бита, то можно было бы провести преобразование, обратное расфокусировке.

Подробнее в обсуждении тут: http://elementy.ru/news?discuss=430296

Во-вторых, расфокус -- это не gaussian blur.

Подробнее тут: http://igorivanov.blogspot.com/2012/03/myopic-physics.html

И в-третьих, я не понимаю насчёт колебаний атмосферы.

Грубо говоря, турбулентность приводит к тому, что изображенеи неба волнообразно искажается. То есть, каждая звезда (которая является точечным источником) не находится на месте, а прыгает вокруг него.

Мне кажется, что усреднив скачки звезды можно "вернуть" её на место. Разве нет?

[dims]

Конечно, есть методы увеличения разрешения, основанные на сложении множества изображений. Полезный сигнал складывается линейно, а шум под корнем. Астрофотографам это хорошо знакомо.

Ну! Я об этом и говорю! Разве это не позволяет, теоретически, в принципе, обойти колебания атмосферы? Пусть это будет очень долгий и нудный процесс, но принципиально-то он возможен?

Но те же методы, примененные к изображениям полученным с адаптивной оптикой позволяют еще более существенно повысить качество изображения. 

Это понятно

[Pluto]

Грубо говоря, турбулентность приводит к тому, что изображенеи неба волнообразно искажается. То есть, каждая звезда (которая является точечным источником) не находится на месте, а прыгает вокруг него.

Нет. Я уже писал, что из-за того что размер атмосферных флуктуаций меньше зеркала большого телескопа изображение не движется, как целое, а разрушается на части.

Ну! Я об этом и говорю! Разве это не позволяет, теоретически, в принципе, обойти колебания атмосферы? Пусть это будет очень долгий и нудный процесс, но принципиально-то он возможен?

У такой обработки есть свой предел, особенно для нелинейных фотоприемников. Более подробно надо читать в учебниках 

Было так просто, наблюдали бы галактики днем в оптические телескопы, а потом обработкой вытаскивали изображение 

[dims]

Я уже писал, что из-за того что размер атмосферных флуктуаций меньше зеркала большого телескопа изображение не движется, как целое, а разрушается на части.

Согласен. Но принципа это не меняет -- всё равно флуктуации должны зануляться при суммировании.

Ну! Я об этом и говорю! Разве это не позволяет, теоретически, в принципе, обойти колебания атмосферы? Пусть это будет очень долгий и нудный процесс, но принципиально-то он возможен?

У такой обработки есть свой предел, особенно для нелинейных фотоприемников.

Интересно было бы узнать его природу. Ясно, что существует динамический диапазон, уровни дискретизации и так далее. Мне кажется, их можно было бы обойти.

Было так просто, наблюдали бы галактики днем в оптические телескопы, а потом обработкой вытаскивали изображение 

Вот и вопрос -- почему не делают? Что мешает? Понятно, что ЧТО-ТО мешает, но что?

[Грехов Михаил]

Тут дело вот в чём, что эффективность коррекции волнового фронта намного выше, чем если бы мы пытались вытягивать детали при постобработке. Фактически мы имеем идеальную систему в которой ЧКХ повышается на больших частотах без всяких отрицательных моментов.

Вы не вытянете из унылого размазанного изображения ничего нового. Большинство мелких и слабых деталей будет безвозвратно утеряно и "замыто" крупными и яркими.

И ещё. Характер изображения при дефокусировке и размытие Гаусса это разные вещи. Это надо понимать. При построении изображения в фокусе и наличии искажений атмосферы там эффект ближе к размытию Гаусса.