Адаптивная оптика.Возможно ли для любителя астрономии.

[user340]

Vla,
В условиях реальной жизни оказывается важным. Приходится пытаться решать все возникающие ключевые проблемы.
В том числе и проблему восстановления волнового фронта, т.к. датчики Шака-Гартмана у меня в пешей доступности, судя по всему - отсутствуют

Подойдёт-ли маска для задач АО (даже если отбросить перфекционизм) - сложно сказать. Это можно проверить экспериментальным методом, но только когда все ключевые проблемы будут решены. А их ещё много

--

Как и говорил, согласен с ekvi, предлагаю модераторам и вправду запечатать тему, до появления полностью готового работоспособного АО-устройства, дающего статистически значимый полезный результат.
(на всякий случай уточню - эту работу делать не подписываюсь)

[ekvi]

предлагаю модераторам и вправду запечатать тему

Вы неверно истолковали мою реплику.
Напротив, я таким образом просил Вас дать присутствующим детали конструкции и алгоритмов, чтобы мы могли проявить свою солдатскую инициативу и тем самым ускорить решение проблем на доступном для ЛА уровне.

[user340]

Вас понял, ekvi. Считаю, что данное устройство требует не широкого обсуждения, а банальной работы над ним.
Да, не рутинной, интересной - но работы. В ущерб всему остальному.
Со своей стороны, что есть и что мог - показал. Это даже не прототип, это разрозненные части прототипа.
Соберутся-ли они, когда-то, во что-то работоспособное целое и в каком виде это будет - я не знаю..

Заодно, показал ещё одну версию взгляда "сбоку" на проблему обозначенную в заголовке темы. Не факт, что взгляд верный, но имхо - интересно-же получилось! =) 🤝

[ekvi]

что есть и что мог - показал

Я почему и "возник", что ничего не увидел. Может, оттого, что мой "драндулет" (ПК) слишком старый: 2006 г. рождения, ОС = Win XP и т.п..

Я занимался проблемой сиинга, даже разработал программу SeengGager. В моём представлении главное - это программно собрать в кучку турбулентные "брызги" (по-кадрово). Лучший, например, за секундную экспозицию, из серии кадров принять за идеал, и уже к нему применить "маску". А "маску", точнее, алгоритм восстановления фокуса, - разработать в ходе исследования искажения изображения звезды в зависимости от частоты мерцания, температуры атмосферы и пр, что учитывают коллеги, прогнозирующие сиинг в ветке "Астрономия и компьютеры" в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,203691.0.html.
То есть мне видится решение в программной пост-обработке материалов съёмки. Просто "очистить" визуальное изображение звезды, думаю, никому не интересно. А вот применить эту технологию к "очищению" визуального, а тем более фото-изображения планеты или туманности - вот было бы здорово!

[user340]

ekvi, Возможно не увидели, потому что я анимированные-gif делал (чтоб люди с ютубом, у кого он не работает, не мучались).
А gif эти здоровые получились, по 20 Mb. И загружены на мой сервер (и на астрофоруме показываются с моего сервера).
Сервер не быстрый, может подтупливать, поэтому gif могут не сразу подгружаться. А даже когда подгрузятся, то на не быстром компе - да, тормозить могут при воспроизведении =(.
Но ютуб у кого-то вобще не работает, поэтому старался и так и так выложить.

---

Что касается пост-обработки изображений/видео ("брызг" турбулентности, где звезда Вега), это я пытался восстановить волновой фронт по одному изображению (кадрам из видео со звездой в фокусе). Потом применить исправление к волновому фронту, чтоб идеальная звезда получилась и показать исправленный кадр.
Попытка была наивная... это оказалось фундаментально невозможно однозначно сделать (о чём я в том сообщении мягко постарался упомянуть, т.к. не был уверен до конца).

Фазу оказалось возможным корректно восстановить минимум по двум изображениям с дополнительно-внесёнными известными аберрациями (например, +дефокус и -дефокус).
Насколько я понял, этот метод сработает и по протяжённым объектам, типа планет.

Теоретически, похоже, можно восстановить фазу, если записывать одновременно на две камеры (через один оптический тракт, с каким-нибудь светоделительным кубом в финале, но потребуется очеть точная калибровка и учёт известных аберраций) два дефокусированных изображения, например, Юпитера. В режиме видео ~30 кадр.сек. чтоб атмосферные аберрации сильно не усреднялись.

Восстановленную фазу, соответствующую каждому кадру, можно было-бы добавлять как доп-слой в файл (адаптивный raw?! или fits), а при пост-обработке, на основе этой фазы, высчитывать все поправки и из двух (даже может и одного) расфокусированных изображений(кадров) получать одно околоидеальное.

Я до конца не уверен насчёт протяжённых объектов и мне планеты пока не очень интересны, больше звёзды всё-таки нравится фотографировать.
Поэтому, если буду пробовать такой метод, то сначала по звёздам. Должно получиться что-то типа "пост-EAA": когда ведётся видео-съёмка неба, а потом каждый кадр приводится к идеалу и складывается в финале. В таком случае, похоже, и фазокорректор не нужен и адаптивное зеркало не нужно.

Нужна только восстановленная фаза на апертуре. На основе неё можно будет исправлять изображение. Однако, длинные выдержки при съёмке будут невозможны, т.к. фаза и амплитуда тоже усреднится при длинных выдержках и вместо снимка амплитуды 1/30 и фазы 1/30 секунды получим и там и там месиво. Но современные высокочувствительные камеры думаю, позволят и с такими выдержками поэкспериментировать.

В общем, ключевая идея - запись фазы для каждого кадра, а восстановление - потом, в спокойной обстановке.
Наверное, это что-то типа Lucky Imaging получится, но полезный выход кадров будет побольше, чем у Lucky Imaging, т.к. каждый кадр будет Lucky..

Но это всё конечно пока только умозрительные "чудесатые" эксперименты
Нужно глубоко исследовать алгоритмы, у них есть и проблемы и ограничения.
А современные высокоскоростные мобильные компы (типа Jetson Nano), позволяют всякое интересное проверять на деле.


Не знаю как, но вот, например, интересное, что забугорные товарищи-экспериментаторы практикуют (но мне кажется, тут всётки не волновой фронт исправляется, а как-то по-другому):
https://www.youtube.com/watch?v=tWFtUmn1p3o

[ekvi]

Однако, длинные выдержки при съёмке будут невозможны

Теперь уж довольно давно здесь, на Форуме, мы обсуждали конструкцию "адаптивного фотоприёмника" - нечто, вроде "стакера реального времени". В ходе обсуждения выяснилось, что уже разработаны такие многослойные "умные" матрицы. Однако возможна и программная реализация такого алгоритма суммирования удачных снимков. Вот в такую "адаптивную оптику" лично я не просто "верю", но убеждён в её тривиальности. Требуется только в каждом случае разработка трафарета (=маски?) для быстрой разбраковки отснятых кадров.

[user340]

Ох, ekvi, я читал тему от начала и до конца и конечо, обращал внимание на вашу идею.
Но чтоб ответить предметно, да даже просто оценить перспективы, это нужно таким багажом знаний в астрономии, физике, оптике, электронике, математике (возможно и ещё в каких-то дисциплинах) обладать..
..что тут я теряюсь и пасую с чистой совестью.
Да и просто не имею права, т.к. объективно - у вас этот багаж гораздо больше и полнее моего.

Это про свои "ниокр" ещё способен что-то более-менее внятно ответить. И то, только потому, что какое-то время барахтаюсь в этой теме и некоторые острые углы уже посшибал..

Как говорил Курт Воннегут:
"Такие дела!"

[senao]

Однако, длинные выдержки при съёмке будут невозможны, т.к. фаза и амплитуда тоже усреднится при длинных выдержках и вместо снимка амплитуды 1/30 и фазы 1/30 секунды получим и там и там месиво. Но современные высокочувствительные камеры думаю, позволят и с такими выдержками поэкспериментировать.

В таком случае предложенная вами система не имеет смысла.
Дело в том что при съемке планет используются экспозиции как правило порядка 5-10мс. Далее лучшие кадры выбираются специализированным софтом и складываются. Со съемкой звезд еще проще, выдержки там от 0,1 до 1мс, соответственно за единицу времени можно собрать больше материала для последующей обработки. Адаптивной оптикой в этом случае можно пренебречь, по крайней мере на любительских апертурах  до полуметра включительно.
Адаптивная оптика нужна в первую очередь при съемке слабых объектов, к примеру туманности и галактики. Экспозиции в этом случае значительны, десятки и сотни секунд. При этом

Но современные высокочувствительные камеры думаю, позволят и с такими выдержками поэкспериментировать.

самые современные камеры имеют хоть и низкий, например самый топ IMX533 но не нулевой уровень считывания кадра. Из за этого изображение снимаемого объекта тонет в шумах считывания сенсора.
Поэтому в этом случае нужна не программная, а физическая адаптивная система. Ровно такая, какая используется на профессиональных больших телескопах. Зеркала деформируемые актуаторами для восстановления волнового фронта с сопутствующей инфраструктурой вроде лазера который зажигает искусственную звезду.
Но учитывая стоимость подобной системы для любительских создание такой системы в ближайшем будущем не реально.

[ekvi]

Со съемкой звезд еще проще, выдержки там от 0,1 до 1мс, соответственно за единицу времени можно собрать больше материала для последующей обработки. Адаптивной оптикой в этом случае можно пренебречь, по крайней мере на любительских апертурах  до полуметра включительно.

при съемке планет используются экспозиции как правило порядка 5-10мс.

Мне кажется, эту временнУю разницу и нужно использовать для программного восстановления волнового фронта, без создания "сопутствующей инфраструктуры, вроде лазера, который зажигает искусственную звезду": изучив по яркой звезде алгоритм дробления кружка Эйри для данного интервала времени, использовать его для восстановления всего изображения планеты - для последующего интервала времени. При этом шумы считывания могут быть вычтены из каждого отснятого кадра.

В скобках замечу:
1. Первая цитата в Вашем сообщении принадлежит user340.
2. Опыт обсуждения "Адаптивного фотоприёмника" показал: среди нас присутствуют разработчики многопроцессорных систем (смартфонов, например), которые "в теме". Так что эти идеи не "гаснут в ночи", а быстро "оживают" в приборах этих разработчиков.

[senao]

1. Первая цитата в Вашем сообщении принадлежит user340.

Исправил этот момент.

Мне кажется, эту временнУю разницу и нужно использовать для программного восстановления волнового фронта...

Каким образом это можно сделать программно без записи изменений этого самого волнового фронта? Турбуленция хаотична, в ней повторяющихся паттернов. Оборудования которое позволяло бы параллельно с видеопотоком записывать волновой фронт не существует. Было что то близкое, а именно матрицы светового поля и даже пленоптическае камеры на их базе, но проект не взлетел.

[Night Sky]

5-10мс

венеру  можно полноценно снимать с выдержкой 0,5 мс ,  марс  при определенных условиях тоже . На остальные яркие ,да, от 5 мс   в основном ..

вот   я снимал  Венеру   в  видимом  диапазоне  с выдержкой 1 мс

[ekvi]

Каким образом это можно сделать программно без записи изменений этого самого волнового фронта?

Продольная и поперечная аберрации - не просто коррелируют с волновой аберрацией, а выражают одно и то же искажение волнового фронта, только в разных представлениях. В данном случае по снимку турбулентного пятна, по асимметрии плотности ядра, можно восстановить искажение волнового фронта - программно.

[ekvi]

снимал  Венеру   в  видимом  диапазоне  с выдержкой 1 мс

и получилось, на мой взгляд, очень контрастно!
Если яркая звезда позволит запечатлеть себя за 0.1 мс, то 10 кадров, наверное, хватит, чтобы создать "трафарет мультика" (алгоритм), по которому предстоит восстанавливать "идеальное" изображение такой Венеры.

[lx75]

Оборудования которое позволяло бы параллельно с видеопотоком записывать волновой фронт не существует.

Мне интересно, что вы делаете.
Если в сходящемся пучке поставить светоделительную пластину скажем 90/10, 90% для записи изображения и 10% для регистрации волнового фронта (внефокала опорной звезды). Как вы думаете получится?

[user340]

Гражданины!
Предлагаю дать теме потонуть, до появления ещё каких-нибудь результатов (если они вобще когда-нибудь будут).
Т.к. сама тема и всё что с ней связано - крайне скользкое.

Не настаиваю, но предлагаю.

[senao]

В данном случае по снимку турбулентного пятна, по асимметрии плотности ядра, можно восстановить искажение волнового фронта - программно.

Можно, но при этом придется записывать и изображение и искажения волнового фронта с максимально возможной частотой. Чем меньше экспозиция тем лучше, для любительских целей более чем достаточно будет 1мс на кадр.
При этом смысл такого решения  сомнителен. При съемке ярких объектов, таких как звезды и планеты достаточно текущих решений. А для съемки слабых объектов этот способ не подходит, так как за длительное время экспозиции волновой фронт изменится многократно и исходное изображение невозможно будет восстановить.

Если яркая звезда позволит запечатлеть себя за 0.1 мс, то 10 кадров, наверное, хватит, чтобы создать "трафарет мультика" (алгоритм), по которому предстоит восстанавливать "идеальное" изображение такой Венеры.

А чем такой алгоритм отличается от к примеру применяемому в AutoStakkert? Там тоже создается референсный кадр по которому идет уже дальнейшая обработка.

[senao]

Если в сходящемся пучке поставить светоделительную пластину скажем 90/10, 90% для записи изображения и 10% для регистрации волнового фронта (внефокала опорной звезды). Как вы думаете получится?

Разумеется получится. На этом принципе работает адаптивная оптика больших телескопов. Камера + ДВФ на основе схемы Шака-Гартмана сигналы с которого поступают на актуаторы которые управляют положением сегментированных зеркал.
Можно ли повторить такое в любительских условиях? Не знаю. В качестве бреда можно предложить приобрести датчик волнового фронта, вместо диагонального зеркала установить DMD-чип от DLP проектора, софт заказать индусам на аутсорсе и получить условно работающий макет.

[lx75]

Камера + ДВФ на основе схемы Шака-Гартмана сигналы с которого поступают на актуаторы которые управляют положением сегментированных зеркал.

Я немного не об этом.
Если мы знаем какой волновой фронт (эталонный) создает в идеальных условиях объектив , то записывая в реальном времени и синхронно изображение объекта и внефокал опорной звезды, получится ли определить изменение волнового фронта и восстановить программно до эталонного? Как пример, метод Родье. 

[ekvi]

записывая в реальном времени и синхронно

В каждый интервал времени алгоритм разный, и синхронизация записей изображений опорной звезды и исследуемой планеты окажется полезной.
Метод Родье уже разработан и его можно использовать в готовом виде, но для него придётся записывать расфокусированные изображения.

А чем такой алгоритм отличается от к примеру применяемому в AutoStakkert? Там тоже создается референсный кадр по которому идет уже дальнейшая обработка.

Насколько я понял, Стаккерт изображения не обрабатывает, а выбраковывает их.
Когда в своё время я предлагал корректировать снимки с помощью "аппаратной маски",то, в отличие от Стаккерта, Маска очищала от дифракционной "пыли" каждый пиксель снимка. Получался снимок, рафинированный от ошибок объектива.
Вот и в данном случае по алгоритму, составленному по результату записи 10 снимков деформированного атмосферой кружка Эйри (= звезды), будет восстанавливаться каждый пиксель (и его окрестность) в изображении планеты, записанном синхронно со звездой.

[GraY25]

А современные высокоскоростные мобильные компы (типа Jetson Nano), позволяют всякое интересное проверять на деле.

Этот софт работает на любом компе/ноуте с мощной видео. Я его уже использую. Получается почти "адаптивная оптика" - лаки-имаджинг с обработкой в реальном времени.