Imaging through the turbulence: phase retrieval and optimal centering
Imagerie à travers la turbulence : mesure inverse du front d'onde et centrage optimal
Résumé
Diffraction-limited imaging with Extremely Large ground-based Telescopes is a major challenge of modern astrophysics. But it requires the correction of the wavefront corrugations due to the atmospheric turbulence. I present a global optimization algorithm to solve the non-linear inverse problem of phase retrieval from a speckle image, and I show the benefit of polychromatic diversity (images at different wavelengths) to deal with more degrees of freedom. In the Polychromatic Laser Guide Star framework, I address the problem of assessing the chromatic differential tip-tilt with more accuracy than centroïds. The benefit of the full wavefront joint estimation from the images is evidenced in the case the PLG Star is unresolved. Otherwise I develop an estimator of the star's differential movement, based on the bichromatic cross-spectrum. Finally, I present an optimal real-time data processing of a photon counting detector with an inverse problem formulation (gain of 4 in spatial resolution).
L'imagerie à la limite de diffraction des télescopes de grand diamètre constitue un enjeu majeur pour l'astrophysique moderne. Mais il faut compenser les effets délétères de la turbulence sur la phase de l'onde électromagnétique. Je développe un algorithme d'optimisation globale pour le problème inverse non-linéaire de reconstruction de front d'onde à partir d'une image tavelée, et je montre le bénéfice de la diversité polychromatique (images à différentes longueurs d'onde) pour gérer plus de degrés de liberté. Pour l'Etoile Laser Polychromatique, je montre qu'estimer conjointement tout le front d'onde à partir de l'image améliore considérablement l'estimation de son déplacement par rapport au barycentre. Je développe aussi une méthode d'interspectre bi-chromatique pour estimer le déplacement lorsque l'étoile est résolue. Je présente enfin une approche inverse pour traiter en temps-réel les données d'un détecteur à comptage de photons (gain 4 en résolution spatiale).
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