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計算觀測

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發表於 2022-7-19 17:12:35 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 17:39 編輯

什麼是「計算觀測」 computational observation 呢?

計算觀測是指利用數字運算而非倚賴傳統的光學和機械設備,從拍攝的數碼圖像進行處理、分析,得到所需要的觀測數據的一種技術。

自從數碼相機發明之後,天文觀測也使用數碼成像元件(CCD,CMOS)替代傳統菲林來記錄天體影像。配備數碼成像元件的相機統稱為數碼相機。對於數碼攝影來說,光學影像的擷取依然運用小孔成像原理,但將投射上面的光學影像轉換為可記錄在儲存媒介(CF卡,SD卡)中的數碼資訊。影像生成標準的點陣圖像格式,並藉著各種圖像軟件抽取天體的有關資訊(例如:形狀、光度、位置)。

「計算觀測」是觀測天文學(使用望遠鏡和照相機收集有關夜空的數據)的進化版本
 樓主| 發表於 2022-7-19 17:27:41 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 17:42 編輯

理論天文學(使用觀測得到的數據來分析、建立模型和理論化物體和現象的工作原理)


計算天體物理學(Computational Astrophysics)

理論是科學家如何將從觀測中收集的數據納入理解系統。然而,一些天體物理系統過於復雜,無法使用簡單的理論計算來充分處理。其中包括恆星附近的極端環境、黑洞和其他強重力、磁場和高溫物質以復雜方式結合的地方。像這樣的系統需要計算天體物理學,研究人員在電腦上模擬系統並將他們的發現與觀測結果進行比較。
 樓主| 發表於 2022-7-19 17:33:12 | 顯示全部樓層
天文觀測的三種基本類型

1. 拍照(拍攝天體的照片)
2. 光譜(將天體的光傳播到光譜儀中)
3. 時間監測(測量天體的光如何隨時間變化)。
 樓主| 發表於 2022-7-19 17:54:06 | 顯示全部樓層
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 樓主| 發表於 2022-7-19 17:58:14 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 18:32 編輯

背景

人類在整個歷史中觀看天空。利用肉眼,人們已經觀察過星星和行星。因此,他們能夠確定這些天體的相對位置,從而制定星座,即具有圖形或恆定圖案的恆星組,例如由七顆恆星組成的“大北斗”。

新的天文望遠鏡和望遠鏡,人們已經能夠觀察更多的天體,一些甚至位於太陽系之外,例如星雲或星系。 這些天文物體對肉眼無法看到,難以垂直的天文學家難以正確地將其光學系統定向朝向天花板結構,以便觀察它們。 實際上,必須組合幾個標準。 首先,光學系統必須有效,即具有合適的開口和放大。 然後,觀察條件必須是最佳的,即,需要天空,而不是任何或幾乎任何光污染,以便能夠主要捕獲來自天文物體的光。 最後,用戶必須患者並且有關於要觀察到的天文對象的定位的必要信息。 一個新手天文學家,而不是正確地定向他們的光學系統,現在可以很快失望和放棄從天花板結構的觀察。 為了便於尋找天文對象,一些光學系統已經機動。 例如,這是一些望遠鏡的情況。 這種望遠鏡通常包括嵌入式電子系統,使得用戶可以通知所尋求的天文對象。 因此,望遠鏡使用正確定向所述望遠鏡的電機自動地向後者指向後者。 因此,用戶可以直接觀察所需的天文對象。 然而,這種光學系統需要一種費力的極性對準程序和/或添加具有與主望遠鏡平行的非常大場的相機,以便自動實現這種對準。 此外,一些天文學家仍然附著在“尋找天文學對象”方面,因此不希望在觀察任務中保持被動。 此外,這種望遠鏡雖然可能是電動,但可以恢復觀察到的天文對象的自然形象,這可能對天文學家感到令人失望。 例如,這樣的系統可以恢復代表模糊的灰色質量。 實際上,對於幾個遠離地球的光年的一個天文物體,光學系統捕獲的光量可以受到限制。 由所述系統恢復的自然圖像現在不能符合用戶的期望,例如,將其觀察結果與由超級望遠鏡觀察的天文對象的圖像進行比較,例如哈勃望遠鏡。 另外,光學系統恢復的自然圖像的低質量可以在觀察期間引起用戶錯誤。 實際上,觀察到的圖像,除了其低分辨率和/或其低對比度及其低亮度,可以防止用戶識別觀察到的天文對象。 最後,用戶可以對其光學系統的方向作出誤差,並且指向與最初尋求的天文對像不同,從而導致解釋錯誤。 為了提高由光學系統恢復的圖像的質量,一些望遠鏡配備有增加的現實係統。

這樣的系統捕獲來自觀察到的場景的一部分,以創建所述場景的數字圖像。 例如,借助於第一半反射板和矩陣傳感器觀察。 將如此創建的數字圖像與包含通常觀察到的天文對象的高分辨率圖像的數據庫進行比較。 使用用於識別和比較圖像的方法,現在可以識別尖區域。 可以在光學系統中恢復觀察到的場景的高分辨率圖像,其觀察通過目鏡進行。 根據一些變型,可以通過表徵特定天文對象的附加信息來完成該圖像。 使用第二半反射板,通過光學系統將高分辨率圖像和自然圖像組合併同時恢復到用戶。 然而,該系統具有通過使用兩個半反射板恢復到使用者的自然圖像的亮度的主要缺點,從而改變觀察到的天文對象的自然感知。 另外,這種系統的用戶比自然圖像更多地感知高分辨率圖像,從而改變其觀察和其評估。 此外,這種系統具有增加的處理時間,因為特別是通過存儲在數據庫內的許多圖像觀察的場景的一系列比較的實現。 在這種特別耗時的處理期間,觀察到的天文對象可以從光學系統的視野,自然圖像和高分辨率圖像中選擇不再相應的對應。 實際上,由於地球的旋轉,光學系統不斷地相對於天花板結構移動,因此所述對應關係僅能夠通過非常昂貴和非常特定的電動幀完全校正。 在採集和維護期間,使用兩個分離板不僅昂貴,而且在這種望遠鏡的框架中也可以在這種望遠鏡的框架中增加權重約束,甚至在其使用期間產生的不平衡。
 樓主| 發表於 2022-7-19 18:10:15 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 18:31 編輯

概括

新技術能夠應對已知解決方案引起的全部或部分缺點。

新技術帶來的眾多優點中,可以提及的是,新的系統可以保留由光學系統捕獲的大部分光,從而恢復具有極好的亮度的自然圖像,特別是通過 首選使用一個單一的半反射板。

新技術還可以更快地識別觀測到的天文物體。 因此,用戶在整個觀察時間內都可以得到符合人體工程學的信息。 可以提及的是,新技術還使得可以為用戶提供觀察的舒適性,這被簡單地引導和告知關於快速和直觀地觀察到的天文物體。 對用戶的學習場景的恢復不是人為地感知的,因為它是從捕獲的自然圖像中產生的,所述恢復使得觀察暫時或新的現象和對象成為可能。

新技術的光學系統提出了一種用於豐富定位數據庫的方法,使得當已經識別出新的天文物體時,最終能夠根據所研究的場景傳遞元信息。新的技術使到用戶(可能是新手)能夠收集可靠的圖像,具體地識別並與元信息相關聯,所述圖像對應於科學興趣的研究場景。

新技術最終提供了對期望場景的瞄準的幫助,同時留給用戶實施其對天體的搜索的可能性,同時如果他們願意的話得到支持、引導和建議。

為此,特別提供包括處理單元的光學系統以產生數字圖像和中空體,包括:
一個物鏡,用於收集來自研究場景的一組入射光束;
一個目鏡,用於恢復所有或部分入射光束;
捕獲意味著有一個活動面,以捕獲所有或部分入射光束;
恢復裝置包括主動面,以將一組投影光束形式的數字圖像投影到中空體中。
 樓主| 發表於 2022-7-19 18:13:02 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 18:14 編輯

此外,處理單元被佈置成從捕獲的光束和記錄在所述處理單元的存儲器中的元信息項產生數字圖像。 為了通過了解所觀察的天花板結構的部分來優化研究場景內的圖案特徵的識別,根據本發明的光學系統包括用於確定通過目鏡協作觀察到的天花板結構中的研究場景的定位數據的裝置 對於處理單元,所述裝置包括光學系統的平台定位裝置和用於確定所述光學系統的物鏡的方向的裝置。

根據優選但非限制性實施例,為了保留由光學系統捕獲的大部分光並因此疊加在數字圖像上,自然圖像具有極好的亮度,根據本發明的光學系統可以包括: 半反射板定位在中空體內以將第一子集的入射光束反射到所述捕獲裝置的有效面並且將第二子集的入射光束傳輸到目鏡,所述半反射板還被佈置為傳輸和 反射所述光束的第一子集和第二子集,所述光束分別朝向捕捉裝置和目鏡的有效面投射。 此外,捕獲裝置和恢復裝置的相應有效面可以彼此面對並且佈置在半反射板的任一側,所述有效面由垂直於虛擬的中空體的虛擬橫向軸線穿過。 所述中空體的縱軸穿過半反射板的中心。
為了限制對由恢復裝置投射並由半反射板透射的光束的捕獲,光學系統的中空體可以包括佈置在捕獲裝置和所述恢復裝置之間的偏振器,所述偏振器被虛擬穿過。 橫軸。

在變型或補充中,光學系統的中空體可以包括成像透鏡,以從投射光束構成圖像,佈置在恢復裝置和半反射板之間,所述透鏡被虛擬穿過。 橫軸。
有利地,為了向可能在地理上遙遠的多個用戶提供協作、傳輸和交換他們的發現和觀察的產品的可能性,根據本發明的光學系統可以進一步包括與處理單元協作的通信裝置, 用於接收第三方實體發出的傳輸消息,處理單元用於:

*解碼由所述第三方實體發出的傳輸消息,所述傳輸消息編碼確定模式的特徵數據、定位數據和與所述模式相關聯的元信息項;
*在數據存儲器中輸入確定模式的所述特徵數據、所述定位數據和與從所述傳輸消息推導出的所述模式相關聯的所述元信息。
 樓主| 發表於 2022-7-19 18:18:22 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 18:32 編輯

在變體或補充中,採用技術的光學系統的通信裝置可以被佈置為發現發現消息,並且所述光學系統的處理單元還可以被佈置為:
     
*產生所述發現消息,使其對來自天花板結構中的研究場景的圖像和定位數據進行編碼;
*觸發由通信裝置發射所述發現消息,以要求第三方實體提供由所述研究場景的所述定位數據確定的模式的特徵數據和符合所述確定模式的元信息項。

此外,根據本發明的光學系統還可以包括與處理單元協作的通信裝置,被佈置成接收發現消息,處理單元被佈置成:
     
*在數據存儲器中搜索由所述研究場景的定位數據確定的模式的特徵數據,從所述發現消息和確定的模式的特徵數據、定位數據和與所述模式相關聯的元信

息推導出來;
     
*產生傳輸消息以對確定模式的所述特徵數據、所述定位數據和與所述模式相關聯的所述元信息進行編碼;
*觸發所述通信裝置發射所述傳輸消息。

此外,在變體或補充中,新的天文望遠鏡的光學系統還可以包括與處理單元協作的通信裝置,被佈置為接收發現消息,處理單元被佈置為:
     
*解碼所述發現消息,所述發現消息包括天花板結構中的學習場景的定位數據;
*在數據存儲器中搜索由從所述發現消息推導出的研究場景的所述定位數據和確定的模式的特徵數據、定位數據和與所述模式相關聯的元信息項所確定的模式的特徵數據;
*產生傳輸消息以對確定模式的所述特徵數據、所述定位數據和與所述模式相關聯的所述元信息進行編碼;
*觸發所述通信裝置發射所述傳輸消息。
 樓主| 發表於 2022-7-19 18:28:16 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WCYue 於 2022-7-19 18:33 編輯

根據第二個目的,新技術提供一種用於產生數字圖像的方法。 所述方法由根據本發明的光學系統的處理單元實施並觀察研究場景,所述處理單元與所述系統的捕獲裝置、恢復裝置和數據存儲器協作。 為了能夠表徵存在於數字圖像上的對象,數據存儲器包括與確定的圖案相關聯的記錄,該圖案包括表徵所述圖案的元信息項。 為了產生數字圖像,所述方法包括:
     * 一個步驟,用於觸發捕獲裝置捕獲來自所述研究場景的入射光束並產生所述研究場景的數字表示;
     *用於分析所述數字表示並檢測特徵圖案的存在的步驟;
     *在數據存儲器中搜索與接近所述檢測到的特徵模式的確定模式相關聯的記錄的步驟;
     * 從此類記錄中提取相關元信息值的步驟;
     *從數字表示和從所述提取的元信息中產生數字圖像的步驟;
     *通過所述恢復裝置恢復所述數字圖像的步驟。

為了能夠確定研究場景的定位,處理單元可以進一步與確定研究場景在天花板結構中的定位數據的裝置合作,並且與確定的圖案相關聯的數據存儲器內的記錄可以進一步包括定位數據 天花板結構中的所述確定圖案。 該方法現在可以包括,在用於在數據存儲器中搜索與接近於檢測到的特徵模式的模式相關聯的記錄的步驟之前:
     * 收集由所述用於確定研究場景的定位的裝置產生的定位數據並根據所述定位數據確定和估計研究場景在天花板結構中的定位數據的步驟;
     *從數據存儲器的第一記錄中提取定位數據併計算提取的所述定位數據與所述研究場景在天花板結構中的定位數據之間的距離的步驟;
     *如果所述計算的距離小於預定閾值,則驗證與從研究場景提取的定位數據相關聯的模式的接近度的步驟;
     * 所述用於在數據存儲器中搜索與接近檢測到的特徵模式的模式相關聯的記錄的步驟,當且僅當用於證明與從研究場景中提取的定位數據相關聯的模式的接近性的步驟證明時,才被執行 如此接近。
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