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Thèse Année : 2005

Astronomical Image Reconconstruction in optical interferometry

Reconstruction d'images astronomiques en interférométrie optique

Serge Meimon
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 831848

Résumé

The resolution of a telescope is limited by its diameter. Optical interferometry allows to reach the resolution of a ``large'' telescope by coupling several smaller ones. Interferometry imaging has first developed in radio-astronomy, for which efficient data processing techniques can be used. However, they do not apply directly to optical interferometric data, for which the phase information is corrupted by the atmospheric turbulence. The only available phase data are the closure phases.

In this PhD, we have tried to design an image reconstruction method suited to optical interferometry, and to validate it on experimental data. We have
proposed the algorithm WISARD, which combines, within a Bayesian framework, a myopic description of the turbulence effects, an alternating estimation of the object and phase parameters (in the spirit of self-calibration algorithms proposed by radio-astronomers), a recently developed noise model suited to optical interferometry data and an accurate regularization to deal with the sparsity of the data typical of optical interferometry.

Our method has been validated on simulations and successfully compared to other methods during an international image reconstruction blind contest. From the data we have collected on the IOTA interferometer, we have been able to reconstruct with WISARD an image of the star Chi Cygni.
La résolution d'un télescope est inversement proportionnelle à son diamètre,
limité par la technologie actuelle à une dizaine de mètres pour des télescopes au sol, et par des contraintes d'encombrement et de poids pour des télescopes embarqués sur satellite. L'interférométrie Optique (IO) est une technique permettant de dépasser cette limite ; elle consiste à faire interférer un réseau de télescopes dits élémentaires et à enregistrer des données dont la résolution peut atteindre celle d'un « grand » télescope contenant tous ces télescopes élémentaires.

Cette technique observationnelle ne conduit pas directement à des images, mais à des observables interférométriques qui doivent faire l'objet d'un traitement numérique pour fournir des informations sur la source observée. Lorsque les données sont en nombre et en qualité suffisante, on peut faire réellement de l'imagerie interférométrique, c'est-a-dire produire une image de l'objet. L'imagerie interférométrique s'est considérablement développée dans le domaine des ondes radio, dans lequel de nombreuses données sont disponibles depuis les années 70, et des méthodes de traitement efficaces ont été mises au point. L'interférométrie optique conduit à des difficultés expérimentales supplémentaires et les données nécessaires a l'imagerie ne sont disponibles que depuis quelques années.Cependant, les méthodes de traitement de la radio ne peuvent être réemployées sans une évolution importante. En optique, dans le cadre de l'observation de l'espace depuis la Terre, les interférogrammes produits sont affectés par la turbulence, qui rend inexploitable les mesures de phase. Les seules informations en phase sur l'objet d'intérêt disponibles sont les clôtures de phase, qui sont indépendantes de la turbulence. Aux longueurs d'onde radio, par contre, les observables sont directement les visibilités complexes. Enfin, le nombre de données (quelques centaines de milliers) que l'on peut mesurer sur une source est en général bien plus important qu'en optique (quelques centaines de mesures).Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de concevoir une méthode de reconstruction d'image adaptée au contexte optique, et de la valider sur des données expérimentales. Ils ont abouti à l'algorithmeWISARD (Weak-phase Interferometric Sample Alternating Reconstruction Device), qui s'appuie notamment sur :
- une modélisationmyope des effets turbulents : de façon à prendre en compte le manque d'information en phase, nous introduisons des paramètres de calibration en phase qui seront estimés conjointement avec l'objet dans un cadre bayésien
- une structure d'estimation alternée (inspirée des algorithmes d'autocalibration en radio-astronomie)
- une modélisation fine du bruit constaté sur les observables interférométriques optiques
- un choix judicieux d'a priori, permettant notamment de préserver les pics ou les bords francs de l'image.

Après validation sur simulations, et confrontation aux méthodes concurrentes lors d'un concours international de reconstruction d'image en aveugle, WISARD a permis de reconstruire une image de l'étoile Chi du Cygne à partir de données recueillies sur l'interféromètre IOTA.
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Format : Autre
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Dates et versions

tel-00011355 , version 1 (11-01-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011355 , version 1

Citer

Serge Meimon. Reconstruction d'images astronomiques en interférométrie optique. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011355⟩

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