Transcript Здесь

Slide 1

Картографирование планет
на основе
любительских снимков

3 Декабря, 2005

1 / 27


Slide 2

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

2 / 27


Slide 3

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

3 / 27


Slide 4

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

4 / 27


Slide 5

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

5 / 27


Slide 6

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

6 / 27


Slide 7

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

7 / 27


Slide 8

Пример построения карты Марса
Изображение 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

8 / 27


Slide 9

Запускаем IRIS

Выбираем изображение

Сохраняем
изображение в
формате PIC
3 Декабря, 2005

9 / 27


Slide 10

Определяем
статистические свойства
пикселей всего
изображения

Определяем
статистические свойства
пикселей,
принадлежащих фону.

3 Декабря, 2005

10 / 27


Slide 11

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

11 / 27


Slide 12

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:
0
180.0 72.4 35.7
256 256
124.9 132.1 89.7
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
0 1.00
10.0 10.0 1
3 Декабря, 2005

12 / 27


Slide 13

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

13 / 27


Slide 14

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

14 / 27


Slide 15

Параметры, содержащиеся в файлах
Параметр

Диапазон
значений



PROJ – номер используемой проекции. В зависимости от поставленной задачи можно
использовать любую из 17 проекций, которые будут описаны чуть позже.

PROJ

[0,16]



LAMP

[-180,180]

PHIP

[-90,90]

(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

[-180,180]



MERI – это долгота центрального меридиана планеты в момент наблюдения (вычислено
программой при правильном заполнении диалоговой формы «Physical ephemeris of Mars»).

XW

[1,4096]



YW

[1,4096]

(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

[]



(XC, YC) – координаты (в пикселях) центра планеты в «телескопической проекции». Вообще
говоря, центр может находиться за пределами изображения.

YC

[]



RC

[]

RC – экваториальный радиус (в пикселях) планеты в случае «телескопической проекции».
Радиус может быть как меньше, так и больше размера изображения.



FL

[0,1]

FL – сжатие планеты (используется только для «телескопической проекции»). Может быть
найдено в справочной литературе.

POWER

0



LONG1

[-180,180]

LONG2

[-180,180]

LAT1

[-90,90]

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.

LAT2

[-90,90]



(LAT1, LAT2) – диапазон отображаемых на карте широт.

L1

[-90,90]



L2

[-90,90]

(L1, L2) – широты пересечения конуса проецирования и поверхности планеты в случае
конической проекции.



FLHEM1

[0,1]

FLHEMI – флаг, показывающий какое полушарие используется для построения конической или
азимутальной полярной проекции (0 – северное полушарие, 1 – южное).

SCALE

>0



LONGSTEP

>0

LATSTEP

>0

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!

FLAG_T

[0,1]



(LONGSTEP, LATSTEP, FLAG_T) – эти величины не используются командой MAP, а
используются только командой GRID.

3 Декабря, 2005

15 / 27


Slide 16

Примеры использования команды MAP
T1.LST (стр. 12)
0
180.0 72.4 35.7
256 256
124.9 132.1 89.7
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
0 1.00
10.0 10.0 1

Простая синусоидальная проекция:

T2.LST
1
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
0 1.0
10.0 10.0 1

3 Декабря, 2005

16 / 27


Slide 17

Проекция Меркатора (-80; 80)

Проекция Мольвейде

3 Декабря, 2005

T2.LST
3
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -80 80
0 0
0 1.0
10.0 10.0 1

T2.LST
6
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
0 1.0
10.0 10.0 1
17 / 27


Slide 18

Полярная азимутальная равновеликая проекция (Южный полюс)
T2.LST
9
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
1 1.0
10.0 10.0 1
T2.LST
9
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -90 0
0 0
1 0.50
10.0 10.0 1
3 Декабря, 2005

18 / 27


Slide 19

Некоторые доступные типы проекций

3 Декабря, 2005

19 / 27


Slide 20

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 ЛюсиРичардсона. 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

20 / 27


Slide 21

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

21 / 27


Slide 22

T1.LST
0
180.0 72.4 35.7
316 301
161.6 165.8 88.0
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
0 0.50
10.0 10.0 1

3 Декабря, 2005

Полученная в результате
вычислений информация

22 / 27


Slide 23

Создадим файл T2.LST:
1
0 0 0
0 0
0 0 0
0.0000 0.00
-180 180 -90 90
0 0
1 0.50
10.0 10.0 1

3 Декабря, 2005

23 / 27


Slide 24

Открываем следующее изображение планеты, находим координаты центра диска
и его радиус.

И заполняем форму:

3 Декабря, 2005

24 / 27


Slide 25

Воспользовавшись созданным на предыдущем этапе файлом T2.LST, получаем:

Т.е. теперь мы имеем:
Map1.pic

3 Декабря, 2005

Map2.pic

25 / 27


Slide 26

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

26 / 27


Slide 27

3 Декабря, 2005

27 / 27