Автоматическое построение трёхмерной геометрической модели по набору томографических снимков
Картографирование планет на основе любительских...
description
Transcript of Картографирование планет на основе любительских...
3 Декабря, 2005
1 / 27
Картографирование планетна основе
любительских снимков
3 Декабря, 2005
2 / 27
Задачи наблюдений• Учебные
– Ознакомление с методиками наблюдений и съемки планет
– Выработка собственных навыков и методик съемки, обработки и хранения результатов наблюдений
• Научные (исследование изменений на планетах)– Изучение сумеречных явлений в атмосфере
Венеры – Изучение изменений в полосах Юпитера и
Сатурна (их широты, ширины, интенсивности и цвета)
– Изучение сезонных изменений на Марсе, появление облаков, пылевых бурь
3 Декабря, 2005
3 / 27
Картографирование планет
• Основная цель – построение «развертки» на плоскость в определенном масштабе поверхности планеты. Не существует способа построить без искажений «развертку» поверхности планеты на плоскость
• Существует великое множество способов построения таких «разверток», называемых картографическими проекциями
• Различные виды проекций применяю в зависимости от их свойств и в соответствии с той целью, для которой составляется карта
• Подробное описание метода построения карт планет можно найти в книге В.А. Бронштэна «Планеты и их наблюдение». Там же дано описание некоторых наиболее часто используемых картографических проекций.
3 Декабря, 2005
4 / 27
Виды картографических проекций
Картографические проекции можно разделить на три семейства:
• В соответствии с их геометрическими свойствами:– Конформные или равноугольные проекции
сохраняют углы между всеми деталями поверхности планеты
– Равновеликие проекции сохраняют правильное отношение площадей деталей поверхности
– Эквидистантные проекции сохраняют расстояния между деталями поверхности в некотором направлении (широтном или долготном)
– Остальные проекции в той или иной мере искажают углы и площади
3 Декабря, 2005
5 / 27
Виды картографических проекций
• В соответствии с методикой построения:– Цилиндрические проекции строятся как проекции
сферы на обернутый вокруг нее цилиндр. Проектирование может осуществляться вдоль нормали к поверхности цилиндра или нормали к поверхности сферы
– Азимутальные проекции строятся подобным образом, но проецирование осуществляется на плоскость. Важный класс – ортографические проекции, при построении которых проецирование сферы осуществляется на бесконечно удаленную плоскость.
– Конические проекции строятся как проекции сферы на конус, пересекающий сферу по одной или двум окружностям
3 Декабря, 2005
6 / 27
Виды картографических проекций
• В соответствии с формой представления центральной области:– Экваториальные проекции это цилиндрические проекции,
окружающие сферу по экватору, или азимутальные проекции, пересекающие сферу в одной точке на экваторе
– Полярные проекции это азимутальные проекции, пересекающие сферу в точке полюса, или конические проекции, для которых ось конуса совпадает с осью вращения сферы
– Косоугольные проекции это цилиндрические проекции, при построении которых цилиндр пересекает сферу по большому кругу. Например, обычный вид планеты в телескоп или ее изображение на ПЗС матрице есть косоугольная ортографическая проекция.
Здесь для простоты слово «сфера» обозначает поверхность планеты, даже если это сложный трехосный эллипсоид
3 Декабря, 2005
7 / 27
Основные возможности программы IRIS:
• Работа с графическими форматами FITS, BMP, JPEG, TIFF, PNG
• Работа с RAW-форматами практически всех цифровых фотоаппаратов (CRW, CR2, NEF, PEF, MRW, RAF, ORF, X3F)
• Работа с AVI-файлами
• Управление веб-камерами
• Автогидирование
• Автоматическая и ручная обработка съемок планет и deep-sky
• Автоматическая и ручная работа с dark frame и flat field
• Оценка качества, сортировка, совмещение и сложение множества кадров, полученных во время съемки планет и звездных полей
• Геометрические преобразования
• Фурье-анализ и вейвлет-обработка
• Подавление шумов
• Деконволюция (восстановление) изображения
• Работа со звездными каталогами, астро- и фотометрия
• Картографирование планет
3 Декабря, 2005
8 / 27
Пример построения карты МарсаИзображение Марса, полученное 18 ноября 2005 в 23:22 UT
В начале нужно преобразовать снимок планеты так, чтобы он соответствовал нормальному виду планеты в телескоп-рефрактор. Затем необходимо повернуть изображение планеты так, чтобы ось ее вращения лежала строго вертикально в картинной плоскости. Для этого можно воспользоваться, например, Adobe Photoshop и специально нарисованной маской. Маску, как дополнительный слой со свойством прозрачности Difference, нужно наложить на изображение планеты. Затем в режиме свободного преобразования (Free Transform, Ctrl-T) вращаем планету так, чтобы остаток Южной полярной шапки находился на пересечении вертикальной линии и рамки. Принимаем получившееся преобразование, убираем слой маски и сохраняем изображение.
3 Декабря, 2005
9 / 27
Запускаем IRIS
Выбираем изображение
Сохраняем изображение в формате PIC
3 Декабря, 2005
10 / 27
Определяем статистические свойства пикселей всего изображения
Определяем статистические свойства пикселей, принадлежащих фону.
3 Декабря, 2005
11 / 27
Теперь нужно определить координаты центра изображения планеты и его радиус. Для этого служит команда Circle.
Следующий этап – получение эфемерид и создание файла, описывающего картографическую проекцию.
3 Декабря, 2005
12 / 27
Так выглядит правильно заполненная диалоговая форма в данном случае. После заполнения всех полей, нужно нажать кнопку Save и выбрать имя файла, в котором будут сохранены необходимые параметры. Программа создаст текстовый файл с расширением .LST (например, T1.LST), а в окне Output будут выведены некоторые параметры физических эфемерид планеты.
Содержимое файла T1.LST:
0180.0 72.4 35.7256 256124.9 132.1 89.70.0000 0.00-180 180 -90 900 00 1.0010.0 10.0 1
3 Декабря, 2005
13 / 27
С помощью команды Grid можно наложить координатную сетку на изображение планеты.
С помощью команды REC2MAP можно определить планетографические координаты любой детали на изображении планеты. Достаточно навести курсор на интересующую деталь, получить прямоугольные координаты курсора и ввести их в качестве параметров команды.
3 Декабря, 2005
14 / 27
Команда MAP [input list] [output list]
• Команда MAP предназначена для преобразования изображения из одной картографической проекции в другую (или в ту же, но с другими параметрами).
• Параметры [input list] и [output list] это имена текстовых файлов, содержащих набор из 22 параметров, описывающих начальную картографическую проекцию и ту, которая должна получиться в результате преобразования. Имена этих файлов должны заканчиваться расширением «.LST» (расширение не должно фигурировать в командной строке). Файлы имеют простую структуру и могут быть созданы в любом текстовом редакторе.
• Последовательность параметров должна строго соблюдаться. В каждой строке файла может быть несколько параметров, разделенных пробелом или табуляцией. Параметры могут быть расположены на разных строках и тем самым быть отделенными друг от друга.
3 Декабря, 2005
15 / 27
Параметры, содержащиеся в файлах• PROJ – номер используемой проекции. В зависимости от поставленной задачи можно
использовать любую из 17 проекций, которые будут описаны чуть позже.
• (LAMP, PHIP) – используются только для изображений, полученных через телескоп и представляют собой координаты (широту и долготу) Северного полюса планеты на изображении. Система координат выбрана так, что ось X направлена на наблюдателя (перпендикулярно экрану), ось Y расположена горизонтально (направлена слева на право) и ось Z расположена вертикально в плоскости экрана и направлена снизу вверх.
• MERI – это долгота центрального меридиана планеты в момент наблюдения (вычислено программой при правильном заполнении диалоговой формы «Physical ephemeris of Mars»).
• (XW, YW) – размеры изображения в пикселях, которые нужно получить. Эти параметры требуются только для файла [output list] и только в случае «телескопической проекции» (т.е. когда нужно получить вид планеты в телескоп).
• (XC, YC) – координаты (в пикселях) центра планеты в «телескопической проекции». Вообще говоря, центр может находиться за пределами изображения.
• RC – экваториальный радиус (в пикселях) планеты в случае «телескопической проекции». Радиус может быть как меньше, так и больше размера изображения.
• FL – сжатие планеты (используется только для «телескопической проекции»). Может быть найдено в справочной литературе.
• POWER – показатель степени закона потемнения диска к краю (используется только для «телескопической проекции»). В текущей реализации функции MAP подразумевается, что планета не имеет фазы (как полная Луна) и закон потемнения лимба есть степенная функция от косинуса разности долготы центрального меридиана и долготы детали поверхности. Этот показатель степени может быть найден эмпирически. Например, в зависимости от используемого при наблюдении фильтра показатель для Юпитера может находиться между 0.4 и 0.5.
• (LONG1, LONG2) – диапазон отображаемых на карте долгот.
• (LAT1, LAT2) – диапазон отображаемых на карте широт.
• (L1, L2) – широты пересечения конуса проецирования и поверхности планеты в случае конической проекции.
• FLHEMI – флаг, показывающий какое полушарие используется для построения конической или азимутальной полярной проекции (0 – северное полушарие, 1 – южное).
• SCALE - усредненный или экваториальный масштаб (в зависимости от используемой картографической проекции), в градусах/пиксель. В файле [output list] эта переменная прямо волияет на размер получаемого изображения. Например, изображение в простой цилиндрической проекции от -180 до 180 градусов по долготе будет иметь горизонтальный размер 360 пикселкей при масштабе 1 градус/пиксель, но при масштабе 0.1 градус/пиксель оно будет иметь размер 3600 пикселей!
• (LONGSTEP, LATSTEP, FLAG_T) – эти величины не используются командой MAP, а используются только командой GRID.
ПараметрДиапазон значений
PROJ [0,16]
LAMP [-180,180]
PHIP [-90,90]
MERI [-180,180]
XW [1,4096]
YW [1,4096]
XC [ ]
YC [ ]
RC [ ]
FL [0,1]
POWER 0
LONG1 [-180,180]
LONG2 [-180,180]
LAT1 [-90,90]
LAT2 [-90,90]
L1 [-90,90]
L2 [-90,90]
FLHEM1 [0,1]
SCALE >0
LONGSTEP >0
LATSTEP >0
FLAG_T [0,1]
3 Декабря, 2005
16 / 27
Примеры использования команды MAPT1.LST (стр. 12)0180.0 72.4 35.7256 256124.9 132.1 89.70.0000 0.00-180 180 -90 900 00 1.0010.0 10.0 1
T2.LST10 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -90 900 00 1.010.0 10.0 1
Простая синусоидальная проекция:
3 Декабря, 2005
17 / 27
T2.LST30 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -80 800 00 1.010.0 10.0 1
T2.LST60 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -90 900 00 1.010.0 10.0 1
Проекция Меркатора (-80; 80)
Проекция Мольвейде
3 Декабря, 2005
18 / 27
Полярная азимутальная равновеликая проекция (Южный полюс)
T2.LST90 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -90 900 01 1.010.0 10.0 1 T2.LST90 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -90 00 01 0.5010.0 10.0 1
3 Декабря, 2005
19 / 27
Некоторые доступные типы проекций
3 Декабря, 2005
20 / 27
Построение карты по нескольким снимкам
Снимки получены с интервалом примерно 10 суток с помощью одного и того же оборудования. Видеоролики обработаны в RegiStax V3 без применения вейвлетов. Затем произведена деконволюция изображения по методу Люси-Ричардсона. Во время обработки цель получения карты планеты не была поставлена, поэтому снимки обработаны по-разному. Этого не должно быть, если предполагается строить глобальную карту альбедо планеты. Т.е. все параметры съемки и обработки материала должны быть одинаковыми для получения всех изображений, на основе которых будет построена карта.
3 Декабря, 2005
21 / 27
Находим координаты центра диска планеты и его радиус
Заполняем диалоговую форму, чтобы получить эфемериды планеты на момент наблюдения и текстовый файл, описывающий текущее изображение в терминах картографической проекции.
3 Декабря, 2005
22 / 27
T1.LST
0180.0 72.4 35.7316 301161.6 165.8 88.00.0000 0.00-180 180 -90 900 00 0.5010.0 10.0 1
Полученная в результате вычислений информация
3 Декабря, 2005
23 / 27
Создадим файл T2.LST:
10 0 00 00 0 00.0000 0.00-180 180 -90 900 01 0.5010.0 10.0 1
3 Декабря, 2005
24 / 27
Открываем следующее изображение планеты, находим координаты центра диска и его радиус.
И заполняем форму:
3 Декабря, 2005
25 / 27
Воспользовавшись созданным на предыдущем этапе файлом T2.LST, получаем:
Т.е. теперь мы имеем: Map1.pic Map2.pic
3 Декабря, 2005
26 / 27
Аналогично можно объединять любое количество изображений, варьируя диапазоны широт и долгот получающихся промежуточных карт. Можно менять и способ объединения отдельных карт в одну. В приведенном примере от карт Map1 и Map2 были взяты только самые яркие пиксели.
3 Декабря, 2005
27 / 27