پــایــگــــــاه اطــــلاع رســـــانـــی هــــلال مـــــاه

www.Helalemah.ir

امروز : چهارشنبه مورخ 28 مهر 1400 هجری شمسی ، مطابق با 13 ربیع الاول 1443 هجری قمری ، مطابق با 20 اکتبر 2021 میلادی

آشكارسازي هلال های بحراني با استفاده از روش‌هاي پردازش تصوير و رونمایی از نرم افزار CMD برای اولین بار

 

چكيده

آشکارسازی هلال ماه بحرانی، يك موضوع جدید در پردازش تصاویر نجومی میباشد. در اين پروژه تهیه تصاویر معتبر نجومی به کمک منجمان رویتگر هلال ماه بحرانی انجام ميشود. منجمان براي رويت هلال با استفاده از محاسبات نجومي و با استفاده از دوربينCCD نصب شده بر روي تلسكوپ تصويربرداري را انجام میدهند.

ممکن است دوربين بكار گرفته شده، قدرت تفكيك پذيري سطوح روشنائي هلال بحرانی را درحد قابل تشخيص شدن، ندهد. مطالعه بر روي انواع دوربينهایی كه براي اين منظور استفاده ميشوند، ما را در بدست آوردن پارامترهای مهم در کسب حداقل قدرت تفكيك سطوح روشنائي در اين دوربينها میرساند. از آنجایی که این پروژه جزو اولین پروژههای آشکارسازی هلال است، راهکارهای پیشین قابل توجهی ندارد. بنابراین ما ابتدا الگوریتمهای متداول بهبود کیفیت تصویر را ارزیابی و نهایتا آنها را جهت یافتن الگوریتم کاراتر برای آشکارسازی هلال مقایسه میکنیم. سپس برخی از روشها مثل مشتق و توان، تابع انتقال گاما، برابری محلی و سراسری هیستوگرام، POSHE،CLAHE ، بهبود محلی، Gain/Offset Correction، Homomorphic Filtering،SSR ، MSR،MSRCR ، تبدیل Wavelet، تبدیل Curvelet و روشهای ابتکاری افزایش شدت روشنایی محلی، PB،POSP، HShistV، CurvHShistV، و چندین روش دیگر را پیادهسازی و نتایج حاصله را ارزیابی و مقایسه میکنیم. در این پروژه از روش ارزیابی ذهنی برای بررسی خروجی الگوریتمهای به کار برده شده، استفاده کردیم و به این نتیجه رسیدیم که الگوریتمهای فوق تا حد قابل قبولی هلال را آشکار میکنند.

مقدمه

بررسي پيرامون هلا‌ل‌هاي جوان و بحرانی ماه، بحثي جالب، جذاب و در عين حال مشكل است. اين اهميّت براي ما مسلمانان از جنبه‌اي ديگر نيز قابل بررسي است، چرا كه بسياري از اعمال عبادي ما كه هماهنگ با ماه قمري است، به رؤيت هلال ارتباط مستقيم دارد اما جدا از بحث فقهی رصد هلال ماه، در نقاط مختلف دنيا، رؤيت هلال با ابزار رصدي انجام مي‌شود و در رؤيت هلال و کسب رکورد جوان‌ترين هلال ماه نیز رقابت تنگاتنگي وجود دارد. پس بدون وارد شدن در بحث فقهي رویت هلال، اين مسأله از نظر علمي نيز بسيار حائز اهميت است.

چشم انسان حتي با خدمت گرفتن يك تلسكوپ قوي،توانايي محدودي براي رؤيت يك هلال بحراني دارد و اينجا مبحث آشكارسازي اهميت خود را نشان مي‌دهد. تصاويري از آسمان كه درآن بايستي هلال بحراني آشكار شود، توسط دوربين‌هاي CCD گرفته مي‌شود. بعضي مواقع هلال ماه حتي در اين تصاوير هم واضح نيست، كه مي‌بايست توسط روش‌هاي پردازش تصوير آشكار شود. مقدمات اين عکسبرداری نیاز به پيش محاسباتي دارد که میبایست بسیار دقیق باشد، چراکه قرار است تصويري از محلّي از آسمان گرفته شود كه هلال علي‌رغم اين كه ديده نمي‌شود، در آسمان وجود دارد.

تصاویر مورد نياز براي انجام اين پروژه، در كشور ايران به علت عدم وجود امكانات پيشرفته و در كل جهان به علت تازه بودن مبحث آشكارسازي هلال ماه بحراني و به خاطر ماهیت خود هلال بحرانی که با فواصل زمانی نسبتا زیاد رخ می دهد، به سختي فراهم شده‌اند.

بسته نرم افزاری CMD ) Crescent Moon Detection) و بررسي زمينه هاي كاربردي آن

مقدمه

نرم‌‌افزارهاي تجاري پردازش تصوير، مانند Photoshop تنها بر تغيير ظاهر تصوير تأكيددارند. تأكيد نرم‌افزارهاي علمي، بر اندازه‌گيري‌هاي عددي و كمي در قسمت‌هاي مختلف تصوير است. نرم‌افزارهاي پردازش تصوير مختلفي براي مقاصد نجومي طراحي شده است. از جمله نرم افزارهاي نجومي تجاري موجود مي‌توان به Canopus، CCDSoft، Mira، AIP4WIN، MaxImDL، AstoroArt، AstraImage، CADET، Focuscorrector، K3CCDTOOL، Marinerl.89، Microbservafory، Painpoit، Registax، Stellarmagic، AIPS، Pnotfphilter اشاره كرد. همچنين نرم‌افزارهاي رايگاني همانند IRAF، EzPhot، IRIS Munidos بر روي سايت‌هاي اينترنتي موجود هستند.

در این پروژه ما توسط واسط گرافیکی کاربرِ نرمافزار متلب ، یک بسته نرمافزاری با نام CMD( Crescent Moon Detector)، مخصوص آشکارسازی هلال تهیه کردیم، که دارای برتریهایی نسبت به نرمافزارهای فوق میباشد و در ادامه آنها را توضیح خواهیم داد.

 آشنايي با نرم‌افزار IRIS

IRIS نرم‌افزاري است كه تحت سيستم عامل Windows نوشته شده است. اين برنامه قابليت و توانايي‌هاي مختلف در پردازش تصاوير ديجيتالي نجومي دارد. نرم‌افزار IRIS عملاً در جهت استفاده از تصاوير نجومي تهيه شده با ‍CCD بهينه‌سازي شده است. نرم‌افزار IRIS اين توانايي را دارد كه از تصاوير ذخيره شده با فرمت‌هاي مختلفي همانند TIF,BMP,PIC,FITS استفاده كند. همچنين قابليت استفاده از انواع اطلس‌هاي ستارگان همانند اطلس‌هاي USNO-A,GSC,Sky2000 و Tycho به منظور موقعيت‌سنجي را دارد. اين نرم‌افزار توانايي خواندن تصاوير مجموعه‌اي به نام Buil-Thauvenot Atlas را نيز دارد.

BT-Atlas مجموعه‌اي از تصاوير اجرام عمق آسمان را به همراه دارد كه به ويژه براي ساختارشناسي كهكشان‌ها، آشنايي با منطقه‌ي رصدي قبل از تصويربرداري و نيز شناسايي ابرنواخترهاي مشكوك يا احتمالي سودمند است. نرم‌افزار IRIS از طريق آدرس اينترنتي http://www.astrosurf.org/buil/us/iris/isis.htm قابل دريافت است.

اين نرم‌افزار همچنين داراي پنجره‌ي فرمان است. با استفاده از پنجره‌ي فرمان، اين امكان را مي‌يابيد كه از تعداد بسيار زيادي دستورات مختلف سود ببريد. اين پنجره نتايج قدرتمندي را در اختيارتان قرار مي‌دهد و انعطاف‌پذيري بسيار بالايي در اجراي فرمان‌هاي دلخواهتان از خود نشان مي‌دهد. براي آشنايي كامل با تمامي دستورات قابل اجرا دراين پنجره مي‌توانيد از ليست دستورات، موجود در وب‌سايت ياد شده استفاده كنيد. در اين جا سعي شده است كه به مهم‌ترين كارايي‌هاي نرم‌افزار پرداخته شود. شايان ذكر است كه هر از چند مدتي اين نرم‌افزار به روز مي‌شود .

 آشنايي با بسته نرم افزاری CMD) Crescent Moon Detector )

تمامی الگوریتمهایی که در دو فصل قبل به بررسی آنها پرداختیم، در بسته نرمافزاری CMD تعبه شده است. این بسته نرمافزاری توسط واسط گرافیکی کاربرِ نرمافزار متلب پیاده سازی شده است.

کاربر ابتدا تصویر مورد نظر را وارد میکند. سپس آن را پیش پردازش کرده و توسط یکی از الگوریتمهای پیادهسازی شده به تصویر خروجی دست پیدا میکند. حدود 90% هلالها، با روش Power و افزایش شدت روشنایی محلی آشکار شدهاند. یعنی میتوان در حدود چند ثانیه به تصویر مورد نظر دست پیدا کرد. 10% از هلالهای باقی مانده نیز حتما توسط روشهای قوی موجود مثل CLAHE، آشکار میشوند مگر اینکه هلال در این تصاویر اصلا ثبت نشده باشد، که علت آن میتواند عدم عکسبرداری صحیح از محل مورد نظر، عدم مناسب بودن تجهیزات اپتیکی، عدم کافی بودن تعداد پیکسلهای هلال به کل پیکسلهای تصویر (ناشی از ضعف عکسبردار) و موارد مختلف دیگر مثل آلودگی هوا، بخار هوا، آلودگی نوری و غیره باشد.

شكل 6-1، بسته نرمافزاری CMD را نمایش میدهد.

 

ستون سمت چپ واسط گرافیکی، روشهای حوزه مکان و ستون سمت راست، روشهای حوزه فرکانس را نشان میدهد. روشهایی که نیاز به مقادیر ورودی دارند، توسط Sliderهای مربوطه، مقداردهی میشوند.

 

 

نمودار سمت راست نیز مربوط به روش افزایش شدت روشنایی محلی میباشد. با هر بار کلیک کردن روی دکمه تصویر جدید، شدت روشنایی یک قسمت از تصویر تقویت و نمایش داده میشود، تا نهایتا در یکی از تصاویر خروجی، هلال آشکار شود.

در ستون سمت راست، دکمهای با عنوان "خواندن تصویر خام "، وجود دارد. توسط این دکمه میتوان تصویر ورودی خام را وارد و سپس پردازش کرد. تفاوت خروجی یک تصویر فشرده شده و یک تصویر خام را توسط بسته نرمافزاری CMD، نشان میدهد. خروجی تصویر خام صافتر و دارای نویز بسیار کمتری نسبت به تصویر فشرده شده است، اما برای پردازش تصویر خام بایستی زمان بیشتری نسبت به تصویر فشرده شده صرف کنیم.

 

 

(تصویر از عباس احمدیان-توسط دوربین دانشگاه شریف)

 زمینه های کاربردی بسته نرم افزاری CMD و پیشنهادات

واسط گرافیکی میتواند در اختیار رویتگران هلال قرار گیرد، تا امر شکارو ردیابی هلال را ساده تر کند. توسط واسط گرافیکی Crecsent Moon Detection توانستیم در منطقه مارشینان اصفهان، هلال شوال1431 را، از زمان شکار( قبل از ظهر) تا غروب هلال، در کادر تلسکوپ داشته باشیم و آن را ردیابی کنیم. هر از چندگاهی از محل هلال عکسبرداری میکردیم و به محض اینکه هلال را در حال خروج از زاویه دید تلسکوپ میدیدیم، آن را دنبال میکردیم.

بسته نرمافزاری CMD، کاربرد و اهمیت خود را در موارد زیر نشان میدهد:

* اثبات رویت هلال

* زمانی که تمامی پارامترهای رویت پذیری هلال مورد نظر صحیح است اما هلال مشخص نیست، با تهیه عکس از محل تخمینی هلال و پردازش تصویر به دست آمده میتوان به مشکل پی برد و پارامترها و معیارهای فیزیکی و نجومی را تصحیح و بهروز کرد.

*  با گذشت زمان و افزایش تجربههای رصدی پیرامون رویت هلال ماه بحرانی، معیارها و پارامترهای قبلی دستخوش تغییر میشود و منظور از هلال باریک، دیگر هلال باریک شناخته شدهی گذشته نیست و نیاز به نرم افزاری داریم تا بتواند شناسایی هلال های باریکتر و بحرانی را انجام دهد.

*  آشکارساز میتواند در اختیار رویتگران هلال قرار گیرد، تا امر شکارو ردیابی هلال را ساده تر کند. توسط ابزار Crecsent Moon Detection توانستیم در منطقه مارشینان اصفهان، هلال شوال1431 را، از زمان شکار( قبل از ظهر) تا غروب هلال، در کادر تلسکوپ داشته باشیم و آن را ردیابی کنیم. هر از چندگاهی از محل هلال عکسبرداری میکردیم و به محض اینکه هلال را در حال خروج از زاویه دید تلسکوپ میدیدیم، آن را دنبال میکردیم.

* جدای از بحث شرعی، که اثبات رویت هلال منوط به شهادت دو نفر عاقل و بالغ است، در ثبت رکوردهای جهانی رویت هلال ماه بحرانی، علاوه بر معیارهای معتبر نجومی ارائه تصویر هلال رویت شده نیز الزامیست(بدون هیچ توضیح دیگری، با داشتن عکس، میتوان ادعای شکار یک هلال بحرانی را ثابت کرد).

*  کار رویت گر را برای ثبت رکورد جهانی آسان می نماید و لازم نیست که رصدگر برای آشکارسازی هلال ماه فیلترهای موجود را به صورت دستی امتحان کند. در نتیجه سرعت در آشکارسازی هلال ماه بحرانی افزایش مییابد. مثلا هلال شامگاهی شب آخر شوال امسال(1432) توسط یکی از اعضای ستاد استهلال پردازش و آشکار شد و تصویر آن چند روز بعد در سایتهای معتبر نجومی کشور قرار گرفت. اگر این هلال به سرعت آشکارشده و در اختیار صاحبنظران رویت هلال قرار میگرفت میتوانست شرایط را به شکل دیگری رقم بزند و یک سند محکم برای آشکارسازی هلال و نه رویت آن، اما موید دیده شدن آن توسط رصدگران دیگر(که دارای دید بسیار قوی هستند) باشد.

*  رویت هلال در سالهای گذشته از نظر فقهی تنها با چشم غیر مسلح معتبر بود. اما کمکم با افزایش امکانات رصدی مثل دوربینهای دو چشمی، تلسکوپها و هواپیما، رویت هلال توسط این ابزار ها هم معتبر اعلام شد. بنابراین این امکان وجود دارد که در صورت پیشرفتهشدن و همگانی شدن ابزار آشکارسازی هلال، که بسته نرمافزاری CMD مقدمهای بر آن است، دیدهشدن هلال پردازش شده هم در حکم "رویتِ هلال" قرار گیرد.

*  از آنجایی که این بسته نرمافزاری مخصوص آشکارسازی هلال ماه بحرانی است و سرعت آن نیز قابل قبول و در حد زمان واقعی است، میتوان آن را روی دوربین های نجومی و یا در یک نسخه جدید دوربینها، مخصوص رصد و آشکارسازی هلال ماه بحرانی ارائه کرد. چراکه شرکتهایی هستند که علاقمند به ارائه نسخههای نجومی برای دوربینهای خود میباشند.

ابزار آشکار ساز هلال ماه بحرانی، به زودی در اختیار دوستان رصدگر و عکاسان هلال ماه قرار خواهد گرفت. امید است این ابزار که حتما دارای ایرادات و مشکلات خاص خود می باشد ( چراکه اولین قدم در هر کار، همواره نیازمند سیر مراحل تکامل می باشد)، بتواند تا حدودی جوابگوی نیازهای شما منجمان عزیز باشد، ان شاءالله.

با سپاس فراوان

اکرم هاشمی سجزئی

;

استفاده از مطالب فقط برای مقاصد غیرتجاری و با ذکر منبع بلامانع است. کلیه حقوق این سایت متعلق به تیم برنامه نویسی آویسا می‌باشد .