PHOSIM - ein umfassendes Bildsimulationstool

  • Hallo,


    auf der Suche nach einem Simulationstool zur Berechnung und Visualisierung des Einflusses des Seeings auf das Bildergebnis bin ich auf eine tolle freie Software gestossen - PHOSIM.
    https://bitbucket.org/phosim/phosim_release/wiki/Home


    Dieses Tool dient zum Assessment (Einschätzung der Bildqualität) bzw. zur Simulation des finalen Bildergebnisses des sich derzeit in Konstruktion befindlichen LSST (https://de.wikipedia.org/wiki/Vera_C._Rubin_Observatory).


    PHOSIM läuft auf Linux und kann quasi <u>alle</u> und ich meine wirklich alle wichtigen Effekte und Einflüsse auf das Belichtungsergebnis simulieren:
    - fast umfassende Simulation des Seeings mit high layer, low layer, ground layer, domeseeing, Windgeschwindigkeit, Windrichtung mittels sogenannter PhaseScreens, auch Kurzzeitbelichtungen usw. simulierbar
    - Simulation der Atmosphäre bezüglich Absorption, Refraktion, Streuung usw. (Mondstand, Zodakiallicht, Airglow, Transparenz, Wolken)
    - Umfassende Simultion der Optik mittels Optikdesign (ZEMAX-ähnlich), Beugung (Spinne, Obstruktion), Deformation der Optik ("Pertubations", Thermisch, Mechanisch), Misalignment und Tracking Fehler
    - Simulation des Sensors (CCD, CMOS) bezüglich Chargediffusion, Ausleserauschen, Dunkelstrom, Blooming, Filterkurven, Poissonrauschen usw.


    Dies geht sogar soweit, dass bei einer Belichtungsserie der Einfluss durch die Beugung durch die virtuelle Drehung der Fangspiegelspinne bei azimutaler Montierung simuliert werden kann.


    Auf der oben angebenen Seite zur Software ist alles sehr gut erklärt.


    Der Grundablauf ist praktisch dieser:
    <b>1. Definition des zu simulierenden Objekts oder der Objekte</b>
    - man gibt Himmelsausschnitt bzw. Feldgröße mit punktförmigen oder flächigen Lichtquellen mittels Katalog an oder definiert Sterne usw. über ihre Helligkeit und die SED (spectral energy distribution, Spektrum) mit Belichtungszeitpunkt. Es kann auch Mondphase, Mondstand usw. angegeben werden
    - zusätzlich kann auch stattdessen ein "Groundtruth-Image" (bspw. höchstaufgelöstes Hubble-Bild) angegeben werden


    <b>2. Das Bild wird durch die Atmosphäre "getraced" mit Seeing und allem drum und dran</b>


    <b>3. Das Teleskop wird geometrisch-optisch sowie mit Beugung simuliert und bildet auf den Sensor, bzw. Detektor ab</b>


    <b>4. Die Bildentstehung im Sensor wird simuliert und das detektierte Bild kann untersucht werden.</b>


    A. Alle Effekte können an, bzw ausgeschaltet werden, sodass die jeweiligen Einflüsse separat untersucht werden können


    Trotz der blumigen Ankündigung nun mal Butter bei die Fische. Ich habe das Programm in der Virtual Box installiert, als Linux-Greenhorn ist das schon mit einigen Hürden verbunden. Die Dokumentation ist auch etwas dürftig, aber mit einigem Willen kann man die Parameter nachvollziehen. Ich habe diesbezüglich schon sehr viel ausprobiert und herausgefunden, falls jemand am Erfahrungsaustausch interessiert ist.

    Was habe ich bereits simuliert? Aufgrund der tollen Marsbilder im Forum mit unterschiedlichen Teleskopen bei unterschiedlichen Seeing/bzw. Standorten, habe ich das Programm mal einige kurzbelichtete Bildserien durchrechnen lassen, bei unterschiedlichem Seeing usw. Das Referenzbild ist ein hochaufgelöstes Marsbild vom HST. Ich werde das hier in einem separaten Thread nochmal aufbereiten. Hier kann man vllt. auch die Leistungsfähigkeit der diversen Stackingprogramme wie ASS, PSS usw. objektiv testen. Es ist aber schon ziemlich rechenintesiv das Ganze, pro Bild ist mit etwa eine Minute bis mehrere Minuten zu rechnen.


    Vg Tino

  • Vielen Dank für den Hinweis.


    PHOSIM sieht sehr interessant aus. Super, dass es mit freiem Quelltext verfügbar ist.


    Bei der Vielzahl an Veröffentlichungen und Projekten auf GitHub und BitBucket kann man schnell einmal interessante Neuentwicklungen übersehen.

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