Адаптивная оптика.Возможно ли для любителя астрономии.

[ysdanko]

ysdanko!Именно этот "микроскоп" я и имел в виду, и Вы "гениально" оправдали мой прогноз.

В науке и технике мало, что делается за счет энтузиастов. Любой проект - это прежде всекго коммерческое мероприятие, поскольку требует не малых средств на осуществление....Есть проверяные (и апробированые) методы, которыми уже давно пользуются и успешно применяют для этих целей (правда есть ограничения, для протяженных объектов, не совсем подходит), это обработка спеклов, или метод пятенной интерферометрии,
предложеный еще в 1970г. Лабейри.
 

[ekvi]

ysdanko:
Методы пост-обработки здесь обсуждались. Не умаляя их достоинств, а, напротив, используя их идеи, и предложено попытаться в реальном времени реализовать все эти процедуры в адаптивном фотоприемнике.

[Дмитрий Иванов]

Как-то опять всё перепуталось: активная, адаптивная. Давайте условимся, что активная - низших порядков (наклоны, дефокус), адаптивная - высших порядков ( кома, астигматизм, сферическая и т.д.). Соответственно, подходы разные, не будем всё в одну кучу мешать.

Частоту пока вообще можно не рассматривать, главное - детектирование и возможность реагировать, а частота придёт.

[Дмитрий Иванов]

Давайте в проекте преодоления атмосферной турбуленции попробуем найти какие-то точки соприкосновения.

Не вопрос 

[ekvi]

На пост #152:
Принимается.

Если Вы готовы, предлагаю перейти в тему "Адаптивный ФП", чтобы не мешать адаптивщикам и самим не запутаться окончательно.

[user340]

Демонстрация работы самодельного оптического устройства, скажем так, с элементами воздействия на волновой фронт в реальном времени (активной/адаптивной называть не буду).

Описание эксперимента:
На оборудовании запущена программа имитации атмосферной турбулентности (весьма условно) с периодом искажений в 100мс, т.е. каждые 100мс картина искажений меняется.
Это не программная обработка. Мы видим то, что прилетает на матрицу, в реальном времени.
По нажатию кнопки, программа имитации на оборудовании отключается.

Сначала мы наблюдаем изображение ИЗ в фокусе, с имитацией турбулентности и без имитации.
Потом - в небольшом расфокусе, также с имитацией и без.

Для условно-возможного полезного использования, конечно, нужно решать обратную задачу.
Это всё на ранней стадии(и возможно улетит в мусор), так что, просто делюсь необычным и редким экспериментом.

Видео:
https://www.youtube.com/watch?v=WaIc2FeHqeA

Гиф-версию убрал под спойлер, чтоб не мельтешила.

(кликните для показа/скрытия)

[Pilgrim]

Ничего не понятно, но очень интересно! 

Я правильно понял что вы собрали стенд, который с частотой 10Гц "искривляет" волновой фронт (актюаторы деформируют тонкое зеркало?), и вы собираетесь использовать его как "тестовую звезду с турбуленцией" для дальнейших экспериментов по адаптивке?

[user340]

Pilgrim, Не... тут, так понимаю, у меня т.н. амплитудно-фазовый (по большей части - амплитудный) управляемый транспарент(транспарант?)) получился. Кустарный (с соответствующимии ттх).
До управляемого искривления зеркал, увы, ещё далеко.

Не относитесь к этому серьёзно - это тот случай, когда проще было сделать и посмотреть что получится, чем понять что это и нафига оно нужно
Фактически, пока получилось только ещё больше испортить изображение ))

[Pilgrim]

Pilgrim, Не... тут, так понимаю, у меня т.н. амплитудно-фазовый (по большей части - амплитудный) управляемый транспарент(транспарант?)) получился. Кустарный (с соответствующимии ттх).
До управляемого искривления зеркал, увы, ещё далеко.

Не относитесь к этому серьёзно - это тот случай, когда проще было сделать и посмотреть что получится, чем понять что это и нафига оно нужно
Фактически, пока получилось только ещё больше испортить изображение ))

Понял, но без подробностей комментировать нечего, только пожелать удачи! В любом случае было бы интересно понаблюдать за экспериментами, будет здорово, если поделетесь, если не секрет фирмы 

[user340]

Эксперимент - астрофото с эрзац-фазокорректором.

На видео можно наблюдать один цикл съёмки с 20-секундной выдержкой.
В верхней части - окно фотоаппарата.
В нижней части - окно гидирующей камеры.
В левом верхнем углу окна гидирующей камеры - эрзац-фазокорректирующая маска.
Эрзац-фазокорректирующая маска применяется к свету, поступающему в фотоаппарат.
Частота коррекции ~30Hz.

https://www.youtube.com/watch?v=tjJtEfPcEOM

Если ютуб не доступен - анимированная гифка под спойлером (чтоб не мельтешила). Дождитесь загрузки, гифка тяжёлая ~25 Mb.

(кликните для показа/скрытия)

Ну и можно посмотреть фото, что в результате получилось.
Скажу сразу - ничего особенного не получилось )
Цель моя была проверить, можно ли вобще фотографировать с таким устройством.
Фото получилось вполне нормальным, по меркам моего сетапа (ну и меня  ).

Но, это не значит, что фазовая коррекция в этом эксперименте работает, или хоть как-то влияет.
Да и вобще не факт, что эрзац-фазокорректор именно фазу корректирует
.. А до замеров FWHM (до и после) этот эксперимент ещё не дорос. Такие дела.


Объекты на фото: звёзды 42 Геркулеса, V636 Геркулеса
Дата: 15.04.2025
Место: Мск. обл.
Труба: МС МТО-11СА (модифицированный)
Камера: Sony a5000 (полноспектральный)
Гид. камера: imx462c
Монтировка: alt-az УН-16 (модифицированная)
iso: 2500
Выдержки: 10x20 сек, 20x20 сек, raw, кропнуто
Сложение: Fitswork, некоторые артефакты удалены ФШ.
Погода: ясно, городская засветка и почти полная Луна, турбулентность есть

[user340]

Эксперимент по реконструкции волнового фронта от ИЗ.
Ну и сам восстановленный волновой фронт.. (конечно, не без сомнений))
Частота ~10 hz, нефильтрованный.

Анимированную гиф убрал под спойлер, чтоб не мельтешила.

(кликните для показа/скрытия)

[ArtDen]

Эрзац-фазокорректирующая маска применяется к свету, поступающему в фотоаппарат.

А что такое "Эрзац-фазокорректирующая маска"?

[user340]

А что такое "Эрзац-фазокорректирующая маска"?

Трактуйте в общеупотребительном значении - "неполноценный заменитель фазовой маски".

[user340]

Размещу ещё немного мультиков.

На этот раз - вот уж действительно - мультики. Так как это программная попытка исправления того, что криво.

Добавлю немного пояснений, чтоб уж совсем без пояснений не оставлять.

Значит, в левой верхней части - звезда Вега. Мне посчастливилось найти старое видео, снятое из окна зимой.
И это получился неплохой вариант для опытов.

В правой верхней части - уже после авторской обработки.
Надо сказать, я старался не читерить и не брать энергию из ниоткуда, а только перераспределять.

Проблем всё равно много. И потеря энергии, и артефакты на краях изобржаения (надо всякие окна Ханна применять) и много чего ещё.
Фон на скорректированных кадрах специально не гасил, чтоб примерно структура всей этой петрушки видна была.

Да и само восстановление далеко от того, чтоб картину показать с кольцами.
Мне хочется верить, что оно, конечно, иногда что-то пытается изобразить... но пока - увы

Также, хочется обратить внимание, что в скорректированном видео кадров больше, чем в оригинальном.
И на одинаковые кадры оригинального видео приходятся различающиеся скорректированные кадры (хотя, иногда и имеющие нечто общее, опять-же, как мне кажется). И такое поведение - весьма неплохая иллюстрация неоднозначности решаемой задачи.

На некоторые вопросы у меня нет ответа - например, что в левом нижнем углу и как оно получается.
Также, я затруднюсь сказать что будет, если эту штуку натравить на видео в размазанном пятне которого две звезды рядом, а не одна (скорее всего ничего хорошего не получится).
На вопрос обоснованно и корректно-ли всё это, или нет, ответить тоже, к сожалению, не смогу.

--

Ну а в правом нижнем углу - просто сгенерированное изображение идеальной точки (колечки там есть, но в гифе и в ютубе наверное не видно будет).
Его я добавил просто, чтоб перед глазами было.

--

В общем-же и целом, прошу относиться к этому просто как к небольшому развлекательному видео по теме.
Как к иллюстрации того, как оно могло-бы выглядеть "если".

--

Видео на ютуб:
https://www.youtube.com/watch?v=yxMxlOjzji4

Анимированную гиф убрал под спойлер, чтоб не мельтешила:

(кликните для показа/скрытия)

Такие дела.

[user340]

Удалось немного продвинуться в реализации алгоритма восстановления искажений фазы (формы волнового фронта).
На этих изображениях демонстрируются результаты работы алгоритма (нужно оговориться, что абсолютно все изображения синтетические).
Это алгоритм восстановления фазы по т.н. Фазовому разнообразию.

---
Небольшие пояснения к надписям на изображениях:

Истинная фаза - искомая фаза, искажённый волновой фронт, форму которого мы как-бы не знаем.

Фокус - идеальное изображение звезды, искажённое Истинной фазой. Это то, что мы видим в телескоп, когда сфокусировались.

+Дефокус - дефокусированное идеальное изображение звезды, искажённое Истинной фазой. Это мы видим, когда расфокусировались в одну сторону.

-Дефокус - дефокусированное в другую сторону идеальное изображение звезды, искажённое Истинной фазой. Это мы видим, когда расфокусировались в другую сторону.

Восстановленная фаза - это попытка восстановления Истинной фазы по двум дефокусированным изображениям.

Исправленная фаза - это Истинная фаза минус Восстановленная фаза.

В идеале, изображение Исправленной фазы на диаграмме должно быть полностью тёмным (Фаза[рад]=0 по всему полю). Это будет означать, что фазовые искажения во всех точках равны нулю и волновой фронт - плоский. А значит и изображение звезды - идеальное.

В реальной системе АО, после нахождения Восстановленной фазы, эта Восстановленная фаза в инвертированном виде подаётся на деформируемое зеркало и на выходе получается Исправленная фаза.

Уф. Объяснятель из меня ещё тот! Но что поделаешь - любитель.

---
В общем, перейдём к результатам работы алгоритма:

Лучше всего начать со всем знакомого сильного астигматизма. Видно, что алгоритм достаточно посредственно восстановил фазу.
Соответственно, Исправавленная фаза получилась так-себе. Однако, можно заметить, что ярко-выраженные белые области (с фазовой ошибкой > 3 рад.) почти пропали. И ошибка стала больше 2 но меньше 3 рад.




На втором изображении показана низкочастотная слабая турбулентность (ошибка фазы до 2 рад.)
Собственно, тут и исправлять-то почти нечего.




На третьем изображении показана не очень сильная турбулентность более высокой частоты.
Это проявляется в бОльшем количестве неоднородностей. И они имеют мелкий размер.
Видно, что с турбулентностью более высокой частоты, алгоритм справился тоже посредственно.
Это связано с немалым количеством весьма чувствительных настроек в алгоритме.
Покрутил настройку в одну сторону - лучше ловит высокочастотную турбулентность, покрутил в другую сторону - лучше ловит низкочастотную...




На четвёртом изображении показана сильная низкочастотная турбулентность.
Тут видно, что алгоритм очень неплохо восстановил форму волнового фронта и в результате искажения фазы 3+ рад. были исправлены до ~1 рад.




Ещё следует сказать, что сфокусированную звезду с исправленным волновым фронтом я пока не добавлял на эти изображения. Так что, как будет выглядеть звезда после исправления  я и сам не знаю )
В общем и целом, пока как-то так.

[ekvi]

Демонстрация работы самодельного оптического устройства, скажем так, с элементами воздействия на волновой фронт в реальном времени

На этот раз - вот уж действительно - мультики. Так как это программная попытка исправления того, что криво.

Видно, что с турбулентностью более высокой частоты, алгоритм справился тоже посредственно.

В общем-же и целом, прошу относиться к этому просто как к небольшому развлекательному видео по теме.

Что за "Транспорант"? Алгоритм чего? Сначала была модификация зрачка, а потом - программное собирание в кучку изображения, "разбрызганного турбуленцией"?
И, действительно, как нам относиться к Вашим сообщениям: безучастно - лишь бы великовозрастное дитя не зашибло? Или как к закидонам очередного вундеркинда?
Если тема не приносит пользы, или не вызывает участие у присутствующих, может её лучше закрыть? - до созревания результатов (или её инициатора)?

[user340]

ekvi,

Транспарант - скорее всего, от английского Transparent - прозрачный.
Подробнее можно почитать вот тут:
https://dims.petrsu.ru/posob/optproc/10.html
Или тут:
https://siblec.ru/telekommunikatsii/vvedenie-v-optoelektroniku/3-opticheskaya-obrabotka-informatsii/3-3-opticheskie-transparanty

Могу назвать "Пространственно-временным модулятором света" - от этого лучше не станет

---

Алгоритм - Восстановления фазы/формы волнового фронта.
Очевидно, чтоб что-то исправить, нужно знать насколько это что-то кривое.
Все обсуждения АО, зачастую, оканчиваются на том чем давить и как давить - т.е. как сделать деформируемое зеркало.
Однако, после того как у вас будет деформируемое зеркало (или другое устройство, способное воздействовать на волновой фронт), сразу встанет вторая проблема - КУДА давить.
Для того чтоб знать КУДА давить - нужно восстанавливать форму волнового фронта.
Хотя, думаю вы это и без меня знаете.
--

Относиться можно как угодно, великовозрастным-же участникам навязывать своё мнение не считаю возможным.
В данной теме выкладываю практические эксперименты с отдельными элементами системы.
Кустарными. Самостоятельного изготовления. И аппаратными и программными.
Пусть и без развёзрнутого академического описания. На развёрнутое академическое описание сейчас не способен, по самым разными причинам.

Что касается закрытия темы - я не против. Тем более, что инициатор темы уже давно "гость" на форуме.
Да и судя по-всему, ни одна из подобных тем, ничем полезным не закончилась, но это и понятно.

Зачем я это всё вобще выкладываю.. да хз, наверное, чтоб показать, что что-то ещё копошится где-то, дёргается... что не сдох интерес до конца и к таким задачам.

Надеюсь, не резко звучит - пишу, как думаю.

[Vla]

Алгоритм - Восстановления фазы/формы волнового фронта.
Очевидно, чтоб что-то исправить, нужно знать насколько это что-то кривое.
Все обсуждения АО, зачастую, оканчиваются на том чем давить и как давить - т.е. как сделать деформируемое зеркало.
Однако, после того как у вас будет деформируемое зеркало (или другое устройство, способное воздействовать на волновой фронт), сразу встанет вторая проблема - КУДА давить.
Для того чтоб знать КУДА давить - нужно восстанавливать форму волнового фронта.

Стандартные активные зеркала оснащены приводами, которые могут изменять их поверхность в соответствии с данными, поступающими с компьютера, обрабатывающего входящий волновой фронт. Изменение поверхности приводит к изменению волнового фронта и его фазовой карты, необходимому для противодействия деформации волнового фронта. Это непрерывный процесс. Если вы пытаетесь противодействовать деформации волнового фронта с помощью маски, для её функционирования всё равно требуется связь между датчиком волнового фронта, компьютером и активаторами. Кажется, это сложно сделать, поскольку такая маска должна быть полностью прозрачной. Кстати, дефокусировка незначительна в составе деформации волнового фронта вызванной атмосферной турбулентностью. Наклон составляет около 2/3, а остальное — шероховатость, где дефокусировка и астигматизм вместе составляют около 1/3 (11% от полной ошибки).

[user340]

Vla,

Всё верно. С чем-то подобным и пытаюсь экспериментировать.

Маска весьма прозрачна. Некоторое представление о прозрачности маски можно получить из моего первого сообщения в этой теме. Там видно изображение и в процесе модуляции и без модуляции.

Также, я выкладывал фото звёзд, сделанное в процессе работы маски.

Предварительные прикидки показывают, что выигрыш от работы АО даже с такой маской (и соответствующими потерями света на ней) будет больше, чем работа телескопа без АО.

--

Что касается непрерывности процесса, а так-же постоянной связи между всеми компонентами АО - это естественно и очевидно. Я буду счастлив, если получится делать это на скорости 30Hz.

--

Что касается дефокусировки - в моём случае дефокусировка используется для обеспечения фазового разнообразия для восстановления формы волнового фронта (см. Phase Diversity Phase Retrieval, статей по этой теме множество).

[Vla]

Самое важное — это не техника измерения волнового фронта и не алгоритм. Это технология создания динамической маски фазового сдвига, достаточно гибкой для использования в коррекции волнового фронта. Насколько мне известно, это было бы чем-то революционным. Но, похоже, именно технология маски — это то, о чём вы меньше всего можете сказать. Вопрос в том, сможет ли средний любитель позволить себе такую технологию или даже изготовить её самостоятельно, если она окажется эффективной?