Коррекция изображений в солнечном телескопе в условиях сильных турбулентных искажений

Институт оптики атмосферы

Научный руководитель: В.П. Лукин.

Авторы: Н.Н. Ботыгина, Е.А. Копылов, П.А. Коняев, Л.В. Антошкин, А.Г. Борзилов (ИОА СО РАН); С.А. Чупраков, П.Г. Ковадло, А.Ю. Шиховцев, Д.Ю. Колобов (ИСЗФ СО РАН)

Многокаскадная система коррекции изображения на БСВТ

В ИОА СО РАН впервые разработана концепция адаптивной коррекции при формировании изображений в условиях проявления сильных турбулентных искажений, сочетающей фазовые и нефазовые методы. Выполнено численное моделирование системы адаптивной оптики с использованием местной модели турбулентности. Построена трехкаскадная система (рис. 1) для стабилизации и формирования изображения для солнечного телескопа. В систему наряду с традиционным каскадом коррекции гибким зеркалом, управляемым корреляционным датчиком волнового фронта, введены каскад стабилизации изображения плоским управляемым зеркалом, осуществляемой по сигналу корреляционного трекера, и каскад постдетекторной обработки изображений, для которого разработана программа отбора и обработки кадров с использованием алгоритмов инверсной фильтрации. Данные экспериментов соответствуют результатам численного моделирования и подтверждают, что выигрыш от применения многокаскадной коррекции может превышать 10-30 раз (рис. 2, 3). Система установлена на уникальном научном инструменте – Большом солнечном вакуумном телескопе (БСВТ) ИСЗФ СО РАН. Испытания системы проведены с использованием 3х цифровых видеокамер, обеспечивших одновременную регистрацию изображений на частотах от 300 до 980 кадров в секунду. Управление зеркалом, корректирующим наклон волнового фронта в замкнутом контуре оптической обратной связи, осуществлялось с помощью алгоритма корреляционного слежения.

Изображения солнечных пятен: длительная экспозиция без стабилизации (а) и со стабилизацией (б) дрожания; рекурсивное усреднение длинной серии коротко-экспозиционных кадров со стабилизацией (в) и с инверсной цифровой фильтрацией (г)

Основные публикации

  1. Лукин В.П., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Лавринов В.В. Особенности адаптивной фазовой коррекции искажений оптических волн в условиях проявления «сильных» флуктуаций интенсивности // Квантовая электроника. Т.50. №9. C.866–875. (Lukin V.P. et al. Peculiarities of adaptive phase correction of optical wave distortions under conditions of “strong” intensity fluctuations. Quantum Electronics. 2020. V.50. N.9. P. 866-875).
  2. Лукин В.П., Ботыгина Н.Н., Антошкин Л.В., Борзилов А.Г., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Ковадло П.Г., Колобов Д.Ю., Шиховцев А.Ю., Чупраков С.А. Многокаскадная система коррекции изображения для БСВТ // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т.32. № 405–413.
  3. Botygina N.N., Kolobov D.Yu., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Chuprakov S.A., Shikhovtsev A.Yu. Two Mirror Adaptive System for Correction of Atmospheric Disturbances of the LSVT // Atmospheric and Oceanic Optics. V.31. N.6. P.709–717.
  4. Botygina N.N., Emaleev O.N., Konyaev P.A., Kopylov E.A., Lukin V.P. Development of elements for an adaptive optics system for solar telescope // Journal of Applied Remote Sensing. V.12. N.4. 042403.
  5. Lukin V.P., Konyaev P.A., Borzilov A.G. Adaptive image formation and stabilization system for the Large Solar Vacuum Telescope // Engineering Research Express. Manuscript number JOPT-108040 (to be published).