Адаптивная оптика.Возможно ли для любителя астрономии.

[GraY25]

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.

Работает с большинством камер ASI или с записанным роликом "офлайн".
(кликнуть на название ролика чтобы открыть отдельно и посмотреть на полном экране)

[ArtDen]

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?

Кстати, если записывать опорную звезду в фокусе, то её изображение будет ядром деконволюции для целевой картинки. Это в том случае, если мы "побеждаем" турбулентность программно. Но для таких целей для целевой картинки нужна камера с нулевым шумом чтения и очень быстрые компьютеры для деконволюции.

[lx75]

Кстати, если записывать опорную звезду в фокусе, то её изображение будет ядром деконволюции для целевой картинки.

Записывая основное изображение получаем опорную звезду в фокусе. Изображение внефокала можно разделить на две "ветви" для +/- дефокусировки, с помощью которых восстанавливать волновой фронт.

[GraY25]

Кстати, если записывать опорную звезду в фокусе, то её изображение будет ядром деконволюции для целевой картинки. Это в том случае, если мы "побеждаем" турбулентность программно. Но для таких целей для целевой картинки нужна камера с нулевым шумом чтения и очень быстрые компьютеры для деконволюции.

А смысл?
Даже по диску Юпитера видно как "пробегают волны". Не говоря уже о Луне.
Смысл от опорной звезды в "километре" от снимаемого объекта - 0.
Единственный профит может быть это зафиксировать текущии аберрации трубы и усреднённый сиинг, используя потом эту точку как ядро деконволюции для основного объекта.. но это совсем не про "Адаптивную оптику"..

[ekvi]

Смысл от опорной звезды в "километре" от снимаемого объекта - 0.

Но, если опорная звезда находится в пределах "угла апланатизма", то эффект может стать не нулевым.

это совсем не про "Адаптивную оптику"..

Однако наш подход имеет ту же цель: если не совсем избавить изображение (хотя бы планет) от турбуленции атмосферы, то существенно ослабить её влияние.

[ArtDen]

А смысл?
Даже по диску Юпитера видно как "пробегают волны". Не говоря уже о Луне.

Да, написал не подумав. В плане конечного результата управление адаптивной оптикой намного эффективнее чем lucky imaging с покадровой деконволюцией

[senao]

Смысл от опорной звезды в "километре" от снимаемого объекта - 0.

Вот, это самое главное. Опорная звезда должна быть как можно ближе к объекту. А это условие не всегда выполняется. Чувствительность астрокамер ограничена и звезду с достаточной яркостью не всегда можно найти. К примеру при съемке планет мне ни разу не встречалась звезда которая была бы видна вместе с планетой! И в этом каждый может сам удостоверится посмотрев фотографии на форуме. Все планеты без звезд в кадре! Спутники видны, а звезд нет. При  этом снимать кадры для последующей обработки мы должны с одной выдержкой, то есть опорная звезда и планета должны иметь одинаковую экспозицию кадров.
А следовательно нам надо зажигать искусственную звезду лазером. А для любителей это абсолютная фантастика. В первую очередь по финансовой причине, потому как такой лазер очень дорогой. Я искал цену, но не нашел, на вскидку вероятно сотни миллионов долларов и никто не позволит светить в небо такой вундервафлей.

[библиограф]

 Конечно, не сотни миллионов, но, всё равно, дорогой.
И очень непростая схема у лазера
http://www.eso.org/sci/libraries/SPIE2010/7736-65.pdf

[Gleb1964]

"Лазерная звезда" все равно требует гидирования по опорной звезде, потому, что не позволяет коррекцию наведения. Дело в том, что посылаемый с земли луч изгибается в атмосфере, колышется относительно звезд вместе с атмосферой. Точнее, с земли видно, что звезды колышаться относительно лазерной звезды, а само направление лазерной звезды никак не привязано к звездам, куда светим, там и видим лазерную звезду.

Лазерная звезда нужна для коррекции высших порядков искажений волнового фронта. Для отслеживания наведения в системах адаптивной оптики в дополнение к лазерной звезде всегда требуется гидирование направления по опорной звезде.

А, вообще, адаптивная оптика на уровне любительских апертур не имеет смысла. В лучшем случае, нужно корректировать дрожание объекта. Компенсация тряски объекта из-за наклонов волнового фронта составляет 87 процентов коррекции, остальные 13 процентов это игра фокусировки и прочие высшие порядки искажений. Такие системы, компенсирующие тряску изображения в реальном времени, порядка 100..200 раз в секунду уже давно сделаны, есть на рынке, вот только не пользуются большим успехом.
Для того, чтобы что-то корректировать, нужно анализировать волновой фронт в реальном времени и выдавать сигнал коррекции. Нужна достаточно яркая опорная звезда недалеко от наблюдаемого объекта. Далее, очень обидное обстоятельство, что чем дальше от опорной звезды, тем меньше корреляция дрожания по полю с опорной звездой, тем хуже работает коррекция, а начиная с какого-то удаления от опорной звезды (порядка нескольких десятков угловых секунд) становиться еще хуже, дальше коррекция ухудшает изображение, поскольку дрожание не коррелирует с опорной звездой. Поэтому на большом поле адативная оптика не работает, делает только хуже.

Ну, а зачем нужна такая адаптивная оптика любителю, если для съемки ярких объектов есть технология "lucky imaging", которая, конечно, не является адаптивной оптикой, но дешево и эффективно решает вопросы отображения ярких объектов путем отбора кадров на коротких экспозициях. И никакой обработки в реальном времени не нужно, записал ролик, хоть через год обрабатывай.

[Павел Кириленко]

...а начиная с какого-то удаления от опорной звезды (порядка нескольких десятков угловых секунд) становиться еще хуже...

Означает ли это, что для визуального наблюдения планет адаптивная оптика для любительских апертур все таки возможна?
Искусственную звезду, может быть, целесообразно разместить на квадрокоптере в нескольких сотнях метрах над поверхностью земли, или даже в десятках метрах. Будут учтены искажения в приземных слоях атмосферы. Впрочем, если компенсировать только наклон волнового фронта, то не вижу причин, почему этого нельзя было бы сделать непосредственно по диску планеты.

[ekvi]

сделать непосредственно по диску планеты

Если по звезде, это - собирание "в кучку" раздробленного кружка Эйри, то по планете то же самое даст просто месиво.

[Serj]

по планете то же самое даст просто месиво.

Вы не поверите, но есть даже солнечная адаптивная оптика, и по слухам даже неплохо работает.
Какая по-вашему разница в работе по звезде и по планете?

[ekvi]

Какая по-вашему разница в работе по звезде и по планете?

Собрав звезду "в кучку", я начну по тому же алгоритму собирать каждый элемент Солнца с точностью до звезды.
Если же алгоритм составлен по Солнцу так, чтобы устранить его "припухлость" в рамках реального размера, то и точность восстановления каждого элемента будет соизмерима угловому размеру "припухлости", т.е. на порядок грубее.

[Voot]

https://t.me/profophthalmologist/3273

[ekvi]

https://t.me/profophthalmologist/3273

Здесь отчётливей: https://www.kommersant.ru/doc/7957404
"Оптический переводчик
Как гибридная линза научилась видеть искажения света

Ученые предложили инновационный метод определения искажений волнового фронта — поверхности, на которой все точки волны имеют одинаковую фазу колебаний в данный момент времени. Такие искажения снижают качество изображений в различных оптических системах — от телескопов до человеческого глаза.

 Авторы исследования метода определения искажений волнового фронта . Слева направо: Павел Хорин, Николай Ивлиев, Дмитрий Серафимович, Алексей Дзюба, Дмитрий Савельев
Авторы исследования метода определения искажений волнового фронта . Слева направо: Павел Хорин, Николай Ивлиев, Дмитрий Серафимович, Алексей Дзюба, Дмитрий Савельев
Фото: Павел Хорин
Авторы исследования метода определения искажений волнового фронта . Слева направо: Павел Хорин, Николай Ивлиев, Дмитрий Серафимович, Алексей Дзюба, Дмитрий Савельев
Фото: Павел Хорин
Разработка позволяет точно измерять аберрации (искажения) волнового фронта в широком диапазоне их величин и открывает новые перспективы для коррекции аберраций оптических систем, используемых в астрономии, микроскопии, офтальмологии и других областях. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Компьютерная оптика».

Волновые аберрации — это искажения волнового фронта светового пучка, которые возникают при его прохождении через турбулентную атмосферу (в такой атмосфере возникают «вихри» газа), дефектные оптические элементы, а также оптические системы, такие как телескопы, микроскопы или даже человеческий глаз. Эти искажения ухудшают качество изображения, что особенно критично в астрономии, где необходима высокая детализация изображений далеких объектов.

Для измерения аберраций чаще всего используют метод интерферометрии. В рамках него искажения оценивают по узору из световых полос, которые образовали лучи, прошедшие через исследуемый и эталонный образцы. Такой подход имеет ограничения: например, он неприменим для очень сильных (30% длины волны и более) искажений, а также для систем без виброизоляции. Кроме того, этот и другие используемые на практике методы требуют сложного оборудования и длительной обработки данных.

Исследователи из Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева и Института систем обработки изображений Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (Самара) разработали инновационный гибридный дифракционный оптический элемент. Это линза, которая сочетает в себе две технологии: обычную (преломляющую) оптику, как в очках или объективах камер, и дифракционную оптику, которая работает за счет микроскопического рельефа, расщепляющего и перенаправляющего свет. Такое устройство можно применять для определения искажений световой волны в рекордно широком диапазоне — от 5% до 50% длины волны.

Дифракционный оптический элемент преобразует искаженный волновой фронт в наглядную картину, по которой можно определить тип и степень аберраций. Когда искаженный свет проходит через такой элемент, на выходе формируется характерная картина из световых пятен. Анализируя особенности этой картины, можно точно определить оптические искажения.

При слабых искажениях (меньше 10% длины волны) главным признаком становится появление нежелательного засвета (как блик на фотоснимке) в центре узора из световых пятен. Если же аберрации более выражены (от 10% до 50% длины волны), основную информацию несут смещения и изменения формы этих световых пятен. Таким образом, дифракционный оптический элемент выступает своеобразным «переводчиком»: он преобразует скрытые оптические искажения в понятные визуальные сигналы, которые затем можно измерить и скорректировать.

Важно отметить, что такой оптический элемент можно изготовить на базе существующих технологий. За основу можно взять, например, кварцевые подложки для синтеза многоуровневых дифракционных структур — микроскопических «ступенек». Кроме того, для упрощения обработки данных ученые разработали алгоритм, который позволяет быстро и точно определять тип и величину аберраций даже в условиях сложных искажений или шумов.

Все это открывает путь к быстрому внедрению разработки в реальные оптические системы. Например, дифракционный оптический элемент может использоваться при коррекции искажений в телескопах для получения четких изображений далеких объектов, для улучшения качества изображений в высокоточных микроскопах, а также в офтальмологии для точной диагностики и коррекции аберраций роговицы глаза.

«Новый гибридный оптический элемент может измерять и корректировать широкий диапазон искажений волнового фронта, при этом он прост в использовании. Такие дифракционные линзы могут стать важной частью современной оптики и позволят получать качественные изображения как далеких космических объектов, так и микроскопических образцов. В дальнейшем мы планируем применить передовые технологии искусственного интеллекта для определения типа и величины аберраций по характерной картине интенсивности света, а также изготовить данный оптический элемент для дальнейшего его внедрения»,— рассказал руководитель проекта Павел Хорин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории автоматизированных систем научных исследований Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева.

Подготовлено при поддержке Российского научного фонда"

ДОЭ способен откорректировать только статическую картину. А турбуленция "играет" беспрерывно.
А вот алгоритм, считавший моментную ошибку, способен её исправить. Как говорится: "Одобрямс!" Авторам "гибридной линзы" и алгоритма восстановления фрагментированного ядра - и флаг в руки!

[ekvi]

есть даже солнечная адаптивная оптика

В Вашем восклицании слышится: "Оказывается можно откорректировать дрожание атмосферы не только в телесном углу в несколько десятков секунд, но и  десятков минут!"

До десятков минут пока далеко, а вот в пределах одной минуты - без розжига лазерной звезды - надо пытаться.
На изображении планеты выделить наиболее яркий участок (= точку) и из потока фотонов, входящих во входной зрачок объектива, выделить один, по которому и произвести коррекцию турбуленции.
Сделать это можно двумя способами:
1. В параллельный пучок поставить непросветлённую плоско-параллельную пластину, а за ней - узкополосный фильтр.
2. В зафокальной области объектива позволить свету распространяться из выбранной точки изображения далее.
Выделенный таким образом фотон пойдёт к "анализатору" волнового фронта, т.е. через "гибридную линзу" на восстановление изображения по алгоритму.

[Serj]

В Вашем восклицании слышится: "Оказывается можно откорректировать дрожание атмосферы не только в телесном углу в несколько десятков секунд, но и  десятков минут!"

Я совсем не про изопланатический угол, а про работу датчика Шака-Гартмана. Ему то без разницы точечный объект или протяжённый. Главное чтобы было за что зацепиться при анализе, ну и фотонов чтобы достаточно было.