基于自适应光学校正的太阳大视场高分辨力斑点图像重建技术研究

The investigation of the solar physics and the forecast of the space weather demand the large field of view high resolution near real-time imaging of the sun. This project researched on the speckle image reconstruction technique for the large field of view high resolution solar adaptive optics images. Mainly focus on the calculation of the speckle transfer function (STF) after AO correction, including the estimating of the statistical information of the residual aberrations after the AO correction across the whole field of view, and the method to calculate the STF when the AO correction on some of the Zernike mode aberration are only partial ,etc. The results of the research will be used to reconstruct the images after the compensation of the 151-element AO system which installed on the 1-m new vacuum solar telescope to obtain the high-resolution solar active region images.

针对空间天气预警及太阳物理研究对太阳进行大视场实时高分辨力成像的需求，开展基于自适应光学(AO)校正信息的斑点图像重建技术研究，重点研究AO校正后各个视场角方向上斑点传递函数（STF）的计算，包括如何获得AO校正后各个视场角方向上的像差统计信息及AO部分校正情况下STF的快速计算方法等；项目的研究成果将应用在1米红外太阳望远镜151单元AO系统中，获取太阳活动区的大视场高分辨力图像重建结果。

大视场高分辨力的太阳观测结果对空间天气预警及太阳物理研究具有重大意义。地基望远镜的观测结果不可避免的受到大气湍流的影响而降低成像质量。自适应光学校正可实时补偿部分大气湍流引入的像差，提升图像质量，但很难在大视场范围内获得接近衍射极限的结果。 以斑点图像重建为代表的一系列事后图像处理方法能够在大视场范围内显著提升图像质量，获得接近衍射极限的观测结果。.斑点图像重建技术通过对一系列短曝光图像进行统计分析，获得目标的傅里叶振幅及傅里叶相位，最终获得重建结果。在进行目标功率谱重建的过程中，需要获得斑点传递函数。斑点传递函数作为大气湍流-望远镜-自适应光学系统的点扩散函数的功率谱，强烈依赖于大气湍流的统计信息及自适应光学系统的校正能力。因此本项目主要研究的内容包括以下两个方面：（1）自适应光学系统校正在大视场成像中的影响，即如何获得给定视场方向自适应光学系统的校正能力；（2）自适应光学系统部分校正情况下如何快速获得相应的斑点传递函数。.通过理论推导我们发现，在给定视场角方向上校正能力计算中大气湍流的影响可以简化为大气湍流的等效高度，我们利用大气湍流引入像差的空间角度相关性及地表层自适应光学系统的波前信息，提出了实时计算大气湍流等效高度的方法，用于大视场斑点图像重建中任意视场上斑点传递函数的计算。.针对部分校正情况下相干长度的计算方案的研究方面，我们提出了利用部分校正情况下的大气湍流残余波前误差的统计信息与校正后的传递函数特性之间的关系，获得了两个等效的相干长度的计算方法，并通过多种湍流环境及校正效果的仿真验证了该方法的可行性。同时利用这两个等效相干长度获得的斑点传递函数也逼近理论斑点传递函数。实现了斑点传递函数的快速、准确计算方法。.最后，针对以上两种算法，开展外场的实验验证工作。通过理论分析及实验验证，分析了算法精度及适用范围。该方法的提出，极大地提高了斑点图像重建技术在大视场成像中的精度，对于算法的推广起到了关键作用。