二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理中的若干問題研究.pdf

1、隨著天文觀測(cè)技術(shù)和光纖技術(shù)的發(fā)展，各種大型的光纖光譜望遠(yuǎn)鏡以大視場、高深度、高效率的觀測(cè)特征被各國所青睞。世界上先后建成若干個(gè)大型光纖光譜望遠(yuǎn)鏡，如美國SDS 鏡，澳大利亞的AAT望遠(yuǎn)鏡，以及中國的LAMOST些望遠(yuǎn)鏡都具有多根光纖，能同時(shí)對(duì)天區(qū)中的多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行光譜采樣，經(jīng)過曝光在CCD上呈現(xiàn)二維光纖光譜圖像。
　　 二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理是天文學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的光譜得到天體各種信息的最重要手段之一，數(shù)據(jù)處理的精度直接影響光譜信

2、息獲取的準(zhǔn)確性和完整性。信息領(lǐng)域有很多行之有效的數(shù)據(jù)處理方法，將這些處理方法結(jié)合二維光纖光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn)應(yīng)用于天文數(shù)據(jù)處理可以取得很好的效果，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文根據(jù)LAMOST和SDSS的二維光纖光譜數(shù)據(jù)的形成模型和特點(diǎn)，先簡要介紹二維光纖光譜圖像產(chǎn)生的機(jī)理，然后簡要分析數(shù)據(jù)的處理流程。以此為基礎(chǔ)，確定單幅圖像宇宙射線的檢測(cè)和剔除，低信噪比條件下的光纖輪廓信息的恢復(fù)，非高斯輪廓的擬合以及基于二維高斯模型的光

3、譜抽取為本文重點(diǎn)介紹內(nèi)容。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　 1.研究了單幅曝光的二維光纖光譜CCD圖像的宇宙射線檢測(cè)和剔除。首先，介紹宇宙射線和光譜形成機(jī)理的不同，然后根據(jù)宇宙射線和二維光譜的特點(diǎn)和差異，先用雙閾值算法確定疑似宇宙射線點(diǎn)集；再根據(jù)圖形學(xué)中的貝塞爾曲線擬合算法來最終確認(rèn)宇宙射線的位置，最后根據(jù)鄰域平均法，恢復(fù)出被宇宙射線污染的原始光譜值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的單幅宇宙射線檢測(cè)和剔除算法，能很

4、好地檢測(cè)出宇宙射線點(diǎn)的位置，檢測(cè)效率較高，可以滿足后續(xù)處理的要求，并且本方法對(duì)于半峰寬相同的不同二維光譜圖像，算法中的閾值不需要改變，算法具有良好的穩(wěn)定性。
　　 2.研究了低信噪比條件下的光纖光譜輪廓的信息提取。先指出觀測(cè)目標(biāo)星等比較高（即目標(biāo)星體為暗弱）星體時(shí)，觀測(cè)所得的二維光纖光譜數(shù)據(jù)由于信噪比很低，光纖輪廓基本被噪聲湮沒，而無法直接使用輪廓擬合方法進(jìn)行光譜抽取，后采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、平穩(wěn)小波分解等手段對(duì)目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

5、并以對(duì)應(yīng)的平場圖像為參考圖像，對(duì)分解后的目標(biāo)圖像進(jìn)行濾波處理，最后對(duì)完成濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建以恢復(fù)被噪聲湮沒的光纖輪廓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的算法能夠比較好地恢復(fù)出光纖輪廓的形狀和特征，恢復(fù)的輪廓可以滿足后續(xù)高精度的光譜抽取算法對(duì)光纖輪廓的要求。
　　 3.研究了非高斯光纖輪廓的擬合問題。由于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光柵和CCD相機(jī)自身的性能等因素的影響，曝光得到的光纖光譜的輪廓并非標(biāo)準(zhǔn)的高斯型，而具有非對(duì)稱或平頂?shù)染植刻卣?，由于LAMOST的

6、點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)半峰寬比較寬，這種效應(yīng)更加明顯。先從LAMOST 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的輪廓出發(fā)，介紹了實(shí)際輪廓和理論高斯模型存在差異，然后采取了雙指數(shù)模型并結(jié)合最小二乘理論來擬合實(shí)測(cè)輪廓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于滿足一定信噪比要求的數(shù)據(jù)，所提方法能達(dá)到很好的擬合效果，尤其對(duì)于非對(duì)稱和平頂特征的光纖輪廓，擬合出的輪廓能很好的逼近真實(shí)輪廓。
　　 4.研究了基于二維高斯模型的光譜抽取問題。傳統(tǒng)的擬合抽譜算法只根據(jù)二維光纖光譜圖像在空間方向的數(shù)據(jù)，使用一維

7、模型對(duì)光纖輪廓進(jìn)行抽譜。實(shí)際上，目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過光柵等儀器最后呈現(xiàn)在CCD上是以二維點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的形式對(duì)鄰近區(qū)域的像素點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，一維光譜抽譜算法忽略了這個(gè)特點(diǎn)。提出的基于二維模型的抽譜算法與傳統(tǒng)的一維光譜抽取算法相比，能更好地利用二維相鄰區(qū)域的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，所抽取的光譜信息更全面，抗噪聲能力更強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了這種算法的特點(diǎn)和有效性。
　　 總之，論文對(duì)二維光纖光譜數(shù)據(jù)處理中的若干問題進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的算法，有助于二維光纖光譜數(shù)據(jù)