Возможности оптики косморазведчиков

[dmdimon]

Это всё понятно. Так каково должно быть разрешение на расстоянии 1 км, чтобы было признано, что рефракция преодолена?

немножко наоборот. на кухне на стену за печкой вешаете газету, подбираете расстояние сьемки и масштаб такие, что при выключенной печке буквы читаются, при включенной - нет. Снимаете при включенной печке. Обрабатываете. Если после этого можно прочесть - профит

[Старый]

Старый, вы отчасти правы. Я конечно не модифицировал алгоритм и не кормил его правильными картинками, но скажем так приемлемая степень агрессивности обработки определялась по моему предзнанию о форме объекта.

Вот! Если бы вы не знали как на самом деле выглядит объект то алгоритм не получил бы результата.

[Старый]

Это всё понятно. Так каково должно быть разрешение на расстоянии 1 км, чтобы было признано, что рефракция преодолена?

Должно соответствовать дифракционному пределу метрового объектива. Ну лично для вас ладно - 10-сантиметрового.

[Старый]

немножко наоборот. на кухне на стену за печкой вешаете газету, подбираете расстояние сьемки и масштаб такие, что при выключенной печке буквы читаются, при включенной - нет. Снимаете при включенной печке. Обрабатываете. Если после этого можно прочесть - профит

Немножко не так. Вешаете газету, подбираете чтоб она читалась при выключенной печке. Потом включаете печку, вешаете другую газету с неизвестным текстом и читаете её.

[Myth]

Победить Старого рефракцию, какой же ещё может быть смысл (жизни)?

Если с рефракцией еще есть шансы, то со Старым - увы...

[G.K.]

Старый, вы отчасти правы. Я конечно не модифицировал алгоритм и не кормил его правильными картинками, но скажем так приемлемая степень агрессивности обработки определялась по моему предзнанию о форме объекта.

Вот! Если бы вы не знали как на самом деле выглядит объект то алгоритм не получил бы результата.

Он бы получил набор картинок, с разной степенью агрессивности обработки. Которые можно и выложить...

[G.K.]

Немножко не так. Вешаете газету, подбираете чтоб она читалась при выключенной печке. Потом включаете печку, вешаете другую газету с неизвестным текстом и читаете её.

тут то же есть предзнание Буквы  :wink:

[G.K.]

Победить Старого рефракцию, какой же ещё может быть смысл (жизни)?

Если с рефракцией еще есть шансы, то со Старым - увы...

Старый с нами, с ним- победим... (С)  :lol:  :lol:

[dmdimon]

Вот! Если бы вы не знали как на самом деле выглядит объект то алгоритм не получил бы результата.

Немножко не так Результат все равно был бы, просто непонятно было бы, когда остановиться - если рано - то детализация была бы меньше, если поздно - то вместо деталей могли бы быть артефакты. Вот в случае лакросса я кстати останавливаюсь несколько раньше

[Stalky]

немножко наоборот. на кухне на стену за печкой вешаете газету, подбираете расстояние сьемки и масштаб такие, что при выключенной печке буквы читаются, при включенной - нет. Снимаете при включенной печке. Обрабатываете. Если после этого можно прочесть - профит

Немножко не так. Вешаете газету, подбираете чтоб она читалась при выключенной печке. Потом включаете печку, вешаете другую газету с неизвестным текстом и читаете её.

Старому,хороший пример как наблюдать явление искажений на турбулентности в домашних условиях.
Только разграничим наблюдение глазом в динамике и наблюдение глазом же по снимку (как в примере dmdimon).

Время экспозиции элементов кадра много меньше времени изменчивости турбулентности и на кадре мы наблюдаем эффект искажений как бы от "замороженной атмосферы". Ну проще - смаз есть, а дрожания наблюдаемого глазом нет. И если говорить о возможности выполнения деконволюции, то дело приходиться иметь и с "замороженной" ФРТ турбулентности, что уже как бы упрощает жизнь.
И кроме того, Ваше внимание правильно обратили на то, что какое-то предзнание есть почти всегда.

тут то же есть предзнание Буквы  :wink:

Временами впадаю в ересь , поэтому доработав свой предыдущий пост на тему особенностей взгляда сверху-вниз (с.84) прошу коллег прокомментировать эти соображения:

При наблюдении сверху-вниз характер искажений на турбулентностях  несколько иной -  фронт следует полагать сферическим, а не плоским (как в астрономии), волна от искажающей среды до орбитального телескопа проходит гораздо больший путь( чем при взгляде снизу - вверх) и фронт растягивается  - на орбитальный телескоп попадают его участки без ярко выраженных скачков фазы, кроме того, искажения, вносимые атмосферой в канал распространения совпадают только для относительно небольшого числа(группы близких)  элементарных площадок* наблюдаемой сцены  , плюс фронты от большого количества групп "перенакладываются" друг на друга =>
 
=> картинка даже при малой экспозиции не содержит спеклов** и размывается  в целом более капитально , чем при взгляде снизу-вверх на точечный объект (или на объект малых угловых размеров на однородном фоне), что, как я думаю, должно снижать эффективность обработки, основанной на вычислении авто и кросс-корреляции снимков.
Высокие частоты при взгляде сверху - вниз должны, таким образом,  срезаться атмосферой более сильно(практически в ноль), но частота срезки более высокая, чем при взгляде снизу-вверх...
...и искажения вносимые атмосферой будут различны для разных участков кадра и для выполнения процедуры деконволюции на предмет устранения смаза, вызванного атмосферой, нужно знать распределение ФРТ атмосферы по полю снимка.

Но, с другой стороны,  можно ли оценить параметры ФРТ атмосферы по реальному снимку, чтобы задать параметры деконволюции не в слепую?

Вообще-то у нас во многих случаях есть неплохие априорные представления об элементах изображений с резкими краями (например, границы свет-тень от известных предметов с острыми краями - кровель зданий или чего-то подобного). Если возможно измерить по снимку распределение сигнала от резкого края, то можно оценить и ФРТ системы ОЭС+атмосфера (производная от распределения сигнала в нужном направлении). ФРТ  ОЭС мы с высокой степенью точности знаем (или можем смоделировать, в том числе, и смоделировать сигнал от острого края в отсутствие атмосферы). Имея всё это ФРТ атмосферы местно уже как бы и можно определить.


* - под элементарной площадкой сцены понимается площадка равная проекции кружка Эйри, обусловленного ОЭС, на поверхность Земли.

** - нет хаотической интерференции как по причине отсутствия ярковыраженных скачков фазы, так и по причине существенной некогерентности принимаемого излучения.
Преимущество же от спеклов на картинке, которые можно получить при взгляде снизу-вверх, очевидно - их наличие = воспроизведение ЧКХ идеального телескопа в отсутствие атмосферы, но уменьшенной на количество зерен в изображении точки. То есть самое главное - высокие частоты в реальной астрономической системы не срезается в ноль и есть с чем работать не умучивая себя "слепой" деконволюцией, что и объясняет успехи спекл-интерферометрии в астрономии.

Иначе говоря, при взгляде сверху-вниз атмосфера работает как ФНЧ, а при взгляде снизу-вверх атмосфера работает как полосовой фильтр, при этом высокие частоты он начинает резать раньше, чем "обратный" ФНЧ, но самые высокие, в отличие от ФНЧ, пропускает.

Всё - сугубое ИМХО.

[dmdimon]

Только разграничим наблюдение глазом в динамике и наблюдение глазом же по снимку

Ну имхо подразумевается "замороженная" турбулентность если мы говорим не о живом наблюдении, а о фиксации...

При наблюдении сверху-вниз характер искажений на турбулентностях  несколько иной

вы имеете в виду, что мы можем рассматривать картинку внизу как массив точечных источников со сферическим распространением от каждого? _ИМХО_ принципиального отличия не будет - рассмотрите ход лучей в обратном направлении - из обьектива до какой-то точки на поверхности - луч будет проходить через какое-то количество атмосферных линз вне зависимости от направления - перпендикулярно поверхности, под углом, снизу вверх или сверху вниз - принципиальной разницы для каждого индивидуального обратного луча нет. Соответственно, не вижу, почему она должна быть для прямого луча, попадающего в обьектив с поверхности. То, что точки могут быть связаны не единственным путем - точнее не один луч будет приходить на элемент сенсора - так и сверху вниз то-же самое, разница чисто количественная.
насчет примечания под двумя звездочками надо подумать. Но навскидку - непонятно, почему изменение направления наблюдения влияет на полосу пропускания.

Из моих экспериментов - все работает, проблема возникает с получающимся кернелом - он должен быть заметно больше картинки. Но прикол в том, что _качественный_ кернел и снизу вверх тоже должен быть больше обьекта, фактически - чуть больше, чем размытый обьект.  Второй пррикол - кернел большого размера вообще говоря дает мыльную картинку... Для борьбы с этим безобразием я и пытаюсь сейчас прикрутить шейпинг.

Вообще-то у нас во многих случаях есть неплохие априорные представления об элементах изображений с резкими краями

Абсолютно согласен. Однако моя практика показывает что часто алгоритмы с анализом/распознаванием фич порождают забавные артефакты )

[Stalky]

Только разграничим наблюдение глазом в динамике и наблюдение глазом же по снимку

Ну имхо подразумевается "замороженная" турбулентность если мы говорим не о живом наблюдении, а о фиксации...

Ну да. Уточнил.

При наблюдении сверху-вниз характер искажений на турбулентностях  несколько иной

вы имеете в виду, что мы можем рассматривать картинку внизу как массив точечных источников со сферическим распространением от каждого? _ИМХО_ принципиального отличия не будет ... разница чисто количественная.

Так о количестве и речь. "Сферичность" для красного словца - она мне нужна только для лучшей иллюстрации растяжения фронта волны, если помнить , что и плоский фронт растягивается подчиняясь дифракции, то и бог с ней, со "сферичностью". Основная мысль здесь - это то, что максимальный набег фазы (разность хода) между двумя точками волнового фронта на апертуре орбитального телескопа будет меньше*, чем на такой же апертуре телескопа наземного(при ровно тех же, точнее, "зеркальных" неоднородностях). То есть, имею подозрения, что атмосфера при взгляде сверху-вниз должна влиять(отклонять лучи - размывать картинку) меньше, чем при взгляде снизу-вверх.
Совсем грубо говоря, если наблюдать точечные источники вверх и вниз через одну и ту же "не  замороженную атмосферу" ( т.е. в динамике), то изображение земного источника должно дрожать с меньшей амплитудой(на меньший угол), чем изображение звездного источника.
Это связано с простой мыслью, что в одном случае искажающая среда расположена рядом с телескопом, а в другом - относительно далеко от него.

* - но более правильно говорить не о меньшем набеге фаз, а о меньшей дисперсии флуктуаций фазы.

Более занятна другая (еретическая) мысля - следствие из этой, что дисперсия флуктуаций фазы зависит таки от размера апертуры(или иначе - от размера проекции ФРТ телескопа на Землю и его соотношения с размерами атмосферных неоднородностей ) и она тем меньше, чем диаметр апертуры больше . То есть влиять то атмосфера безусловно влияет, но характер этого влияния не столь радикальный как в астрономии при наблюдении звезд и частота "срезки" высоких пространственных частот в итоговом изображении при взгляде "сверху-вниз"зависит не только от атмосферы, но и от самого телескопа. Если эта гипотеза хоть отчасти верна, то тогда упражнения янкесов с  большими зеркалами и "нырками" КиХолов обретают некоторый смысл и получают свое объяснение.

Вторая мысль, о том, что при попытке применить процедуру деконволюции к изображению поверхности Земли необходимо учитывать, что параметры искажающей среды по полю кадра неоднородны, по-моему, вполне очевидна. Лучи от "верхнего" объекта проходят практически один и тот же путь к телескопу через одни и те же неоднородности. Лучи "вверх",
даже от относительно близких объектов,  проходят через разные неоднородности (они не так уж велики  по размерам эти самые неоднородности). Статистические характеристики(по времени)  искажений в этих каналах  могут быть весьма близки, но в "замороженном" состоянии разница в параметрах (например, в ширине ФРТ) может быть в десятки процентов  и даже в разы.
Совсем грубо, на снимке степень искажения атмосферой двух деталей сцены с характерным размером по 0,1 метра,  расположенных на расстоянии, например, пары метров друг от друга может отличаться в разы. Подобное соображение может рассматриваться как вариант  к вопросу об обоснованном выборе размера кернела и его применимости к разным фрагментам одного изображения. Если я конечно правильно понимаю "кернел" как ядро искажающего оператора - эквивалент ФРТ - функции рассеяния точки. Или кернел у Вас обратно - ядро восстановления? Ну, тогда эти соображения  относятся к его размеру.

насчет примечания под двумя звездочками надо подумать. Но навскидку - непонятно, почему изменение направления наблюдения влияет на полосу пропускания.

Не влияет. Просто спеклы - явление  интерференционное. Смоделируйте неоднородности атмосферы субапертурами небольшого размера расположенными  поверх апертуры реального телескопа - получите по сути кучку интерферометров Майкельсона* ( скачки фазы на  неоднородностях суть разница путей от субапертур). Стало быть, и случается интерференция (спеклы) тем вернее, чем выше когерентность источника. В той же астрономии спекл-снимки получают при двух граничных условиях - малое время экспозиции (чтобы характер неоднородностей не успел поменяться) и узкий спектральный диапазон(когерентность), пропуская излучение через узкие фильтры по 300-500 ангстрем (30-50 нанометров)**. Размеры баз таких интерферометров лежат в пределах диаметра телескопа - D, и  размер зерен на изображении => пропорционален лямбда/D, почему я и говорю, что спеклы содержат информацию о высоких пространственных частотах в ЧКХ телескопа.  Размер пятна в котором расположены спеклы  пропорционален, в свою очередь, среднему углу отклонения фронта волны на неоднородностях.

* - свой первый интерферометр Михельсон создал просто положив "картонку" с двумя небольшими круглыми отверстиями, разнесенными на расстояние примерно равное диаметру апертуры обсерваторского телескопа, сверху на зеркало этого самого телескопа.
** - Есть ещё еретические соображения о том как можно попытаться скомпенсировать влияние атмосферы за счет анализа различия изображений в узких спектральных диапазонах...

[dmdimon]

Это связано с простой мыслью, что в одном случае искажающая среда расположена рядом с телескопом, а в другом - относительно далеко от него.

справедливо

Вторая мысль, о том, что при попытке применить процедуру деконволюции к изображению поверхности Земли необходимо учитывать, что параметры искажающей среды по полю кадра неоднородны, по-моему, вполне очевидна.

Это да. Мне кажется более простым решением использование скользящего (по картинке) окна заведомо малого размера, обеспечивающего приблизительную тождественность атмосферных искажений в рамках окна. Собственно примерно из этих (ну не только) соображений я сейчас экспериментирую с шейпингом

Не влияет. Просто спеклы - явление  интерференционное.

Это да, но конкретно у меня - своя специфика ) Я работаю с чужими материалами, поэтому исключил из рассмотрения всякие "специальные" варианты и ориентируюсь на простую сьёмку "в лоб", с использованием максимум обычных фильтров. Я же любитель

[volod]

Время экспозиции элементов кадра много меньше времени изменчивости турбулентности и на кадре мы наблюдаем эффект искажений как бы от "замороженной атмосферы".

Если не ошибаюсь, в адаптивных системах частота около 100Гц. Обычные же "любители" снимают камерами 25Гц и меньше (астрономы обычно копят свет, вот и камеры такие медленные).

Турбулентность зависит от погоды, иногда она такая дикая, что кадр 25Гц может содержать несколько "циклов" турбулентности... Лучшее решение в таких ситуациях - вообще не наблюдать.

В начале темы "СОЛО" подымался вопрос по поводу различия сверху вниз и внизу верх. Тогда прозвучала аналогия с рифленым стеклом на кухне: если объект от стекла расположен близко, а наблюдатель далеко - профиль видно хорошо. Если наоборот - наблюдатель видит размытое пятно. Если более заумно, то необходимо смотреть особенность "ближних и дальних зоны".

[volod]

Оказывается, это был ответ вездесущего Старого...  

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=115086&highlight=#115086

Почему же такая сложность с Земли сфотографировать КА? Это же проще чем с КА Землю...

Потому что при съёмке с Земли атмосфера находится непосредственно перед телескопом. Без адаптивной оптики это просто беда.

 Аналогия для лучшего понимания. Возьмите рифлёное стекло. Положите на пол газету, поверх неё стекло. Попробуйте метров с двух разглядеть название газеты. У вас получится - предметы большие чем размер рифления стекла видны. Теперь разместите стекло перед глазами и попробуйте сквозь него различить заголовок той же газеты тоже с двух метров. Вот так примерно и с атмосферой.
 Можно вместо стекла взять кальку.

[dmdimon]

интересная веточка была, оказывается. По частоте да, но есть нюанс - даже при 25 кадров/сек выдержка индивидуального кадра может быть достаточно короткой - это по идее независимые параметры...

[Stalky]

Оказывается, это был ответ вездесущего Старого...  

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=115086&highlight=#115086

Почему же такая сложность с Земли сфотографировать КА? Это же проще чем с КА Землю...

Потому что при съёмке с Земли атмосфера находится непосредственно перед телескопом. Без адаптивной оптики это просто беда.

 Аналогия для лучшего понимания. Возьмите рифлёное стекло. Положите на пол газету, поверх неё стекло. Попробуйте метров с двух разглядеть название газеты. У вас получится - предметы большие чем размер рифления стекла видны. Теперь разместите стекло перед глазами и попробуйте сквозь него различить заголовок той же газеты тоже с двух метров. Вот так примерно и с атмосферой.
 Можно вместо стекла взять кальку.

Да-а, как говорится: Хрен ли  думать, всё уже придумано (ну,почти*). Старый фишку рубит.  Что, однако, не умаляет... так и быть, согласен на "эффект Старого-Stalky"      - как иллюстрацию триумфальной победы здравого смысла и абстрактного мышления над беспорядочностью...нужное подставить (мировосприятия, половых связей, состава коктейлей, чтения форумов,...). Пафосно сказанул. А?

* - дополнил свой предыдущий пост крамольной мыслью ( выделено оранжевым цветом), что, вероятно, не должна получить одобрения Старого.
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=962106#962106

Но если честно, то маловато в инете материалов по вопросу "взгляд сверху-вниз", можно сказать, что кроме дисперсии Колмогорова-Обухова и ссылок на опыты некоего Хафнагеля(обычно без расшифровки, что он там эпического наэксперементировал) почти ничего и нет. Есть ещё ссылки на книжку Кондратьева К.Я. Влияние атмосферы на исследование природных ресурсов из космоса -, но её текст нигде не выложен. Да и то, думаю, там в основном про пропускание/поглощение атмосферы and рассеяние на аэрозолях и гидрометеорах. Когда книжка писалась о таком пространственном разрешении, какое сейчас используется для ИПРЗ, никто и не мечтал. Так что  о влиянии турбулентности на пространственное разрешение при детальной съемке там ИМХО мало чего можно найти.

У астрономов материалов много-много-много больше, но, честно говоря, тоже не Айс. Самые толковые данные по влиянию атмосферы есть в публикациях по адаптивной оптике.

[Stalky]

2) вот тут будет сложнее. При наличии априорной информации о постоянстве обьекта, а точнее _если_ мы постулируем постоянство во времени светового поля от обьекта можно использовать смещения апертурного окна относительно этого поля. Грубо говоря, проходит тот-же диапазон пространственных частот, но из несколько другого места в пространстве. Таким образом в принципе при абсолютном постоянстве светового потока от обьекта можно говорить о (упрощенно) варианте микросдвигового суперразрешения другого типа. Естественно, в реальности постоянства светового потока не бывает, поэтому при использовании такого подхода мы получаем снижение достоверности информации по мере нарастания детализации.
т.е. деталей становится больше, а вот уверенности в том, что это - не артефакты - меньше.

По второму пункту - сложнее, определенного мнения не имею, но в  целом характер возражений лежит скорее не в области принципиальной возможности, а в области целесообразности практической реализации.

По второму пункту - а почему нет? Дополнительных аппаратных затрат-то нет.

А что Вы включаете в "аппаратные затраты"?

А сама съемка? Частоту "сканирования", как я понимаю, нужно увеличить в разы, а это чувствительность. Кроме того, нужно на сканах выдержать стабильность поля бега изображения с очень высокой точностью => усложнение системы ориентации и стабилизации. А оно того стоит?

[ZOOR]

Конечно не оптика, но интересно

Развертка фазы радиолокационных топографических интерферограмм[/size]

# 07, июль 2012
DOI: 10.7463/0712.0423364
автор: Шувалов Р. И.
Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана
Shuvalov.R.BMSTU@mail.ru

 

Введение. Большое прикладное значение имеет метод построения цифровых моделей рельефа (ЦМР) поверхности Земли по данным интерферометрической съемки из космоса радиолокатором с синтезированной апертурой антенны (РСА). Это связано с возможностью получать радиолокационные изображения независимо от времени суток и погодных условий; с оперативностью получения ЦМР на интересующий район; с высокой потенциальной точностью метода. Особенно метод актуален для протяженной территории России, большую часть года скрытую облачным покровом от объективов космических оптических сенсоров.

Интерферометрический метод построения ЦМР по данным РСА заключается в проведении двух космических радиолокационных съемок интересующего участка поверхности Земли с незначительно различающимися углами наблюдения, формировании топографической интерферограммы по результатам совместной обработки полученных снимков, и извлечении из сформированной интерферограммы топографической информации [1-4].

http://technomag.edu.ru/doc/423364.html

[G.K.]

Может сделать топик "возможности радаров косморазведчиков", как тут предлагали?. ЗООР, снесите туда предыдущий пост :wink: