相位差法在太阳大视场多波段成像观测中的应用研究

To the contemporary observational solar physics, in order to comprehensively learn about the physical property of a solar active region on the different height of solar atmosphere, the solar telescope should be satisfied to observe the photosphere and the chromosphere for the same object synchronously, with the high spatial and temporal resolution imaging model..According to the requirement, and combining the problem and difficulty met during the reconstruction of the solar images with large view field, the aim of this project is to study the modification and expansion of the traditional method of phase diversity: through modifying and setting up the method of multiple channel phase diversity based on the wavelength, in order to the synchronous observation with high spatial and temporal resolution imaging mode in the wavelengh of G-band, Tio and Ha respectively, for the same object. To directly realize the reconstruction of anisoplanatic images of large view filed, avoiding all kinds of the difficulty due to the reconstruction of image segmentation, by expanding the traditional space invariant phase diversity model to the spatial variant imaging model. .Through modifying and expanding the traditional method of phase diversity, the final aim of this project is to realize the synchronous observation of the photosphere and the chromospheres with large view field，as the spatial and temporal resolution reach 0.1 arcs and 5-10 s respectively, with the conventional observation mode. And provide high quality observation data to the research of solar physics.

对于当代实测太阳物理来说，为了能够全面地了解一个太阳活动区在太阳大气不同高度上的物理特性，于是对太阳望远镜提出了在高分辨成像模式下，对同一观测目标实现在光球和色球同步进行观测的要求。.针对这一要求，并结合目前在大视场太阳像图像处理技术遇到的问题和困难，本项目提出了对传统相位差法进行改造和扩展的研究：通过改造建立基于波长的多通道相位差法，以实现对同一观测目标在G_band、Tio和Hα3个波段进行高时空分辨率同步观测的要求；通过扩展将空不变系统下的传统相位差法扩展到空变系统下，直接实现对大视场非等晕的整体图像进行重建，避免由图像分割给图像重建带来的种种困难。.通过对传统相位差法的改造和扩展，本项目的最终目的是：在太阳塔的常规观测模式下，实现空间分辨率接近0.1角秒、时间分辨率达到5-10秒的大视场光球和色球的高时空分辨率的同步观测，为太阳物理的相关研究提供优质观测资料。

大视场、高时空分辨率、以及多通道同步观测是当代实测太阳物理对太阳观测所提出的基本要求，然而对于地基太阳望远镜而言，由于大气湍流对像质的影响，现有图像处理技术在实际观测中遇到的问题与困难，以致于如何让观测数据满足太阳物理学家的需求则成为了地基太阳望远镜观测所要解决的问题。. 2010年底顺利初光的抚仙湖一米红外太阳塔（NVST）凭借好的年平均视宁度（seeing）条件，并借助基于统计重建（斑点掩模法+迭代位移叠加法）图像复原技术，在试观测阶段成功地实现了Tio波段视场为1角分、空间分辨率好于0.2角秒、时间分辨率为15秒的光球像重建，这一结果奠定了NVST在没有自适应光学系统条件下，利用图像重建技术开展大视场太阳像高时空分辨率观测研究的可行性。. 但综合考虑到多通道同步观测所带来的重建任务、计算负担，以及现有的统计重建方法在NVST数据处理中遇到的问题及困难，本课题提出了在高分辨成像模式下，对传统相位差法进行改造和扩展，使其适用于大视场太阳像的多通道同步观测的课题研究，经过3年研究现已完成：①多通道同步采集终端研制，在功能上实现了多通道同步观测需求；②对传统的相位差法进行了改造，建立了基于波长的多通道相位差法，实现了多通道同步重建，解决了同一观测目标在多个波段进行高时空分辨率同步观测的需求；③已将空不变系统下的传统相位差法扩展到了空变系统下，实现了大视场非等晕整体图像的直接重建，避免了由图像分割给图像重建带来的种种困难。. 通过以上研究，现已在NVST的常规观测模式下，实现了空间分辨率接近0.1角秒、时间分辨率达到5-10秒的大视场多通道高时空分辨率的同步观测，为太阳物理的相关研究提供了优质观测资料。