ГЛАВА 2. НАБЛЮДЕНИЯ ЛУНЫ. ПРОГРАММЫ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ
Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию оптических свойств лунной поверхности. В настоящее время наиболее эффективным средством для такого исследования являются ПЗС-наблюдения. В этой главе описана методика таких наблюдений, а также алгоритмы обработки как наземных, так и космических наблюдений поверхности Луны. Также здесь описано программное обеспечение, реализующее данные алгоритмы, в том числе универсальный программный комплекс IRIS, предназначенный для решения целого класса астрономических задач.
2.1. Программный комплекс IRIS - унифицированная система обработки астрономических данных
В 1991 году в НИИА ХНУ Корохиным [29,30] была разработана система WK_DIP, предназначенная для ввода в компьютер изображений при наблюдениях с ПЗС-линейкой и для их обработки. Работающая под операционной системой MS DOS эта программа до сих пор используется для наблюдений Луны, Солнца и Юпитера, а также, частично, для первичного анализа получаемых изображений. Однако на современном этапе развития средств наблюдения возможностей этой программы уже недостаточно. В частности, в WK_DIP мало развиты средства для первичной обработки больших объёмов информации, для автоматизации обработки серий наблюдений и др. Кроме того, функционирование в среде операционной системы MS DOS накладывает слишком много ограничений технического характера на возможности программы. Поэтому возникла необходимость в новом программном обеспечении, лишённом упомянутых недостатков и, в то же время, пригодном к расширению путём подключения дополнительных модулей. Необходимость в таком универсальном инструменте ощущалась и другими исследователями в НИИА ХНУ.
В процессе поиска необходимого программного обеспечения были рассмотрены два пакета для работы с астрономическими данными - MIDAS (разработка European Southern Observatory) и IDL (разработка Research Systems, Inc. USA).
При обилии готовых процедур обработки данных, пакет MIDAS оказался чрезвычайно громоздким и сложным. Кроме того, он работает в среде операционной системы UNIX, которая не всегда удобна в использовании на персональных компьютерах.
Система IDL подходила лучше, так как она обладает более удобным и современным интерфейсом и работает в среде операционной системы Windows. Однако IDL - дорогой коммерческий пакет. Он также не очень прост в обращении и требует специального обучения.
Наибольшим же недостатком обоих пакетов является относительная закрытость их архитектуры. У пользователя ограничена возможность расширить обработку добавлением собственных функций и организовать взаимодействие пакета с собственным приложением, производящим обработку.
Поэтому в 1997 году автором совместно с С.?А.?Белецким и В.?В.?Корохиным начата разработка новой унифицированной системы обработки изображений IRIS [19,35].
2.1.1. Принципы построения IRIS.
Система IRIS задумывалась как универсальное ядро для решения комплекса задач, начиная от подключения к персональному компьютеру наблюдательной аппаратуры до проведения обработки получаемых данных алгоритмами практически любой сложности.
IRIS разрабатывалась согласно следующим принципам:
1. Удобство, естественность, привычность и единство пользовательского интерфейса (визуализация, интерактивность, множественность способов управления, максимальное использование манипулятора "мышь", легкость обучения).
2. Мультиконфигурируемость (настраиваемость не только под пользователя, но и под его конкретную задачу).
3. Функционирование в среде современных многозадачных операционных систем Windows 95/98/ME и Windows NT/2000/XP (при доступности и распространенности эти операционные системы обеспечивают эффективное использование аппаратных возможностей персональных компьютеров).
4. Максимальная ориентация на стандарты (FITS [24,101], Windows 95/NT, OLE [28]).
5. Открытость архитектуры (возможность интеграции с другими программными пакетами).
6. Структурный подход, как на уровне архитектуры системы, так и на уровне исходного кода (объектно-ориентированный подход (ООП)).
7. Максимальное укрупнение данных (работа с сериями изображений как с одним объектом).
8. Максимальное повторное использование кода (как авторами системы, так и прочими разработчиками, OLE, ООП, визуальное программирование).
9. Использование современных технологий и систем программирования (среда Delphi фирмы Borland).
10. Возможность развития в систему распределённого вычисления.
В настоящий момент система IRIS включает в себя три приложения-компонента:
1. IRIS-интегратор (IrIn) - оболочка системы, командный центр, занимающийся упорядочиванием потоков данных, работой с наборами данных, содержит процессор встроенного макроязыка "Bastis", набор стандартных процедур обработки изображений.
2. WisA - визуализация изображений и оперативный анализ.
3. HeadEdit - просмотр и редактирование сопроводительной информации (в частности FITS-заголовков), ведение журнала работы (данное приложение полностью разработано автором диссертации, и в Приложении В о нем рассказано более подробно).
Перечисленные компоненты могут использоваться как автономно, так и в составе системы. В последнем случае эффективность работы значительно выше, так как IRIS представляет собой целостностную среду, оптимизированную на решение типичных астрофизических задач и обеспечивающую для этой цели широкий набор средств.
Существует несколько способов использования системы IRIS:
1. Использование как готового приложения (от пользователя не требуются знания в области программирования).
2. Создание алгоритмов обработки на языке Bastis (Bastis базируется на простом и интуитивном языке программирования и использует технологию визуального построения алгоритмов; доступно практически всем, кто имеет общие представления о программировании).
3. Включение компонент системы в свои приложения с использованием технологии OLE-automation [28] (необходимы специальны