স্পেক্‌ল ইমেজিং

From LTRC
বায়ুমণ্ডলীয় উত্তালতার মধ্য দিয়ে দেখা একটি দ্বৈত নক্ষত্রের (ζ Boötis) সাধারণ স্বল্প-এক্সপোজারের ছবি। প্রতিটি নক্ষত্রকে একটি একক বিন্দু হিসেবে দেখা উচিত, কিন্তু বায়ুমণ্ডলের কারণে নক্ষত্র দুটির ছবি ভেঙে দুটি স্পেক্‌ল বা বিন্দুর বিন্যাসে পরিণত হয়। স্পেক্‌লগুলো দ্রুত নড়াচড়া করে, যার ফলে দীর্ঘ এক্সপোজারের ছবিতে প্রতিটি নক্ষত্রকে একটি অস্পষ্ট গোলকের মতো দেখায়।
ধীরগতির স্পেক্‌ল ইমেজিং ভিডিও, যেখানে দেখা যাচ্ছে কীভাবে একটি নক্ষত্রের উচ্চ-বিবর্ধিত (নেগেটিভ) ছবি একাধিক গোলকে (স্পেক্‌ল) ভেঙে যায়, যা সম্পূর্ণ একটি বায়ুমণ্ডলীয় প্রভাব।

স্পেক্‌ল ইমেজিং (Speckle imaging) হলো উচ্চ-রেজোলিউশনের জ্যোতির্বিজ্ঞান সংক্রান্ত ইমেজিং কৌশলের একটি পরিসর, যা প্রচুর সংখ্যক স্বল্প এক্সপোজার বিশ্লেষণের ওপর ভিত্তি করে তৈরি। এই কৌশলগুলো বায়ুমণ্ডলীয় উত্তালতার পরিবর্তনকে স্থির করে ফেলে। এগুলোকে shift-and-add (ইমেজ স্ট্যাকিং) পদ্ধতি এবং স্পেক্‌ল ইন্টারফেরোমেট্রি পদ্ধতিতে ভাগ করা যায়। এই কৌশলগুলো স্থল-ভিত্তিক টেলিস্কোপের রেজোলিউশন নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি করতে পারে, তবে এগুলো কেবল উজ্জ্বল লক্ষ্যবস্তুর ক্ষেত্রেই সীমাবদ্ধ।

ব্যাখ্যা

এই সমস্ত কৌশলের মূল নীতি হলো জ্যোতির্বিজ্ঞান সংক্রান্ত লক্ষ্যবস্তুর খুব স্বল্প এক্সপোজারের ছবি তোলা এবং তারপর অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল সিয়িং-এর প্রভাব দূর করার জন্য সেগুলোকে প্রক্রিয়াজাত করা। এই কৌশলগুলোর ব্যবহার অনেক আবিষ্কারের পথ প্রশস্ত করেছে, যার মধ্যে হাজার হাজার দ্বৈত নক্ষত্র অন্তর্ভুক্ত, যা অন্যথায় একই আকারের টেলিস্কোপ ব্যবহারকারী একজন পর্যবেক্ষকের কাছে একটি মাত্র নক্ষত্র হিসেবে প্রতীয়মান হতো। এছাড়াও, অন্যান্য নক্ষত্রে সানস্পট-এর মতো ঘটনার প্রথম ছবিও এর মাধ্যমে পাওয়া গেছে। অনেক কৌশল আজও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, বিশেষ করে তুলনামূলকভাবে উজ্জ্বল লক্ষ্যবস্তুর ছবি তোলার ক্ষেত্রে।

ফ্রনহফার ডিফ্রাকশন-এর প্রভাবের কারণে একটি টেলিস্কোপের রেজোলিউশন তার প্রধান আয়নার আকারের দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। এর ফলে দূরবর্তী বস্তুর ছবি একটি ছোট বিন্দুতে ছড়িয়ে পড়ে, যা এয়ারি ডিস্ক নামে পরিচিত। যে সমস্ত বস্তুর ছবি এই সীমার চেয়ে কাছাকাছি থাকে, সেগুলো একটি একক বস্তু হিসেবে দেখা যায়। সুতরাং, বড় টেলিস্কোপগুলো কেবল অনুজ্জ্বল বস্তুর ছবিই তুলতে পারে না (কারণ তারা বেশি আলো সংগ্রহ করে), বরং কাছাকাছি থাকা বস্তুগুলোকে আলাদাভাবে শনাক্ত করতেও সক্ষম।

রেজোলিউশনের এই উন্নতি পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের বাস্তব সীমাবদ্ধতার কারণে ব্যাহত হয়। বায়ুমণ্ডলের এলোমেলো প্রকৃতি এয়ারি ডিস্কের একক বিন্দুকে ভেঙে অনেক বড় এলাকায় ছড়িয়ে থাকা একই আকারের বিন্দুর একটি বিন্যাসে পরিণত করে (দ্বৈত নক্ষত্রের পার্শ্ববর্তী ছবিটি দেখুন)। সাধারণ সিয়িং-এর ক্ষেত্রে, বাস্তব রেজোলিউশনের সীমা আয়নার যান্ত্রিক সীমার চেয়ে অনেক কম হয়, যা মূলত অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল সিয়িং প্যারামিটার r0-এর সমান—ভালো পরিস্থিতিতে দৃশ্যমান আলোতে পর্যবেক্ষণের জন্য যার ব্যাস প্রায় ২০ সেমি। বহু বছর ধরে, টেলিস্কোপের কার্যক্ষমতা এই প্রভাবের দ্বারা সীমাবদ্ধ ছিল, যতক্ষণ না স্পেক্‌ল ইন্টারফেরোমেট্রি এবং অ্যাডাপ্টিভ অপটিক্স এই সীমাবদ্ধতা দূর করার উপায় প্রদান করে।

স্পেক্‌ল ইমেজিং ইমেজ প্রসেসিং কৌশলের মাধ্যমে মূল ছবিটিকে পুনরায় তৈরি করে। ১৯৬৬ সালে আমেরিকান জ্যোতির্বিজ্ঞানী David L. Fried এই কৌশলের মূল চাবিকাঠি খুঁজে পান, যা ছিল খুব দ্রুত ছবি তোলা, যাতে বায়ুমণ্ডল কার্যকরভাবে এক জায়গায় "স্থির" থাকে।[1] ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্যে, কোহারেন্স টাইম τ0 প্রায় ১০০ মিলিসেকেন্ডের মতো হয়, কিন্তু দৃশ্যমান অঞ্চলের জন্য তা ১০ মিলিসেকেন্ডে নেমে আসে। যখন এক্সপোজারের সময় τ0-এর চেয়ে কম হয়, তখন বায়ুমণ্ডলের নড়াচড়া প্রভাব ফেলার মতো যথেষ্ট ধীর থাকে; ছবিতে রেকর্ড করা স্পেক্‌লগুলো সেই মুহূর্তের বায়ুমণ্ডলীয় সিয়িং-এর একটি স্ন্যাপশট। কোহারেন্স টাইম τ0 = r0/v তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি ফাংশন, কারণ r0 তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি ফাংশন।

এই কৌশলের অসুবিধা হলো এত স্বল্প এক্সপোজারে ছবি তোলা কঠিন এবং যদি বস্তুটি খুব অনুজ্জ্বল হয়, তবে বিশ্লেষণের জন্য পর্যাপ্ত আলো পাওয়া যায় না। ১৯৭০-এর দশকের শুরুতে ফটোগ্রাফিক কৌশল ব্যবহার করে সীমিত পরিসরে এই কৌশলের প্রাথমিক ব্যবহার করা হয়েছিল, কিন্তু ফটোগ্রাফিক ফিল্ম আগত আলোর মাত্র ৭% ক্যাপচার করতে পারে বলে শুধুমাত্র উজ্জ্বলতম বস্তুগুলোই এভাবে দেখা সম্ভব ছিল। জ্যোতির্বিজ্ঞানে সিসিডি (CCD)-এর প্রবর্তন, যা ৭০%-এর বেশি আলো ক্যাপচার করতে পারে, ব্যবহারিক প্রয়োগের বাধা এক মাত্রা কমিয়ে দিয়েছে এবং আজ এই কৌশলটি উজ্জ্বল জ্যোতির্বিজ্ঞান সংক্রান্ত বস্তুর (যেমন নক্ষত্র এবং নক্ষত্রমণ্ডল) ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

অনেক সহজ স্পেক্‌ল ইমেজিং পদ্ধতির একাধিক নাম রয়েছে, যা মূলত শৌখিন জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের বিদ্যমান স্পেক্‌ল ইমেজিং কৌশলগুলোকে নতুন করে আবিষ্কার করা এবং সেগুলোর নতুন নাম দেওয়ার কারণে হয়েছে।

এই কৌশলের আরেকটি ব্যবহার শিল্পক্ষেত্রে রয়েছে। একটি পৃষ্ঠতলে লেজার (যার মসৃণ ওয়েভফ্রন্ট দূরবর্তী নক্ষত্রের আলোর একটি চমৎকার সিমুলেশন) ফেলে, প্রাপ্ত স্পেক্‌ল প্যাটার্নকে প্রক্রিয়াজাত করে উপাদানের ত্রুটির বিস্তারিত ছবি পাওয়া যায়।[2]

প্রকারভেদ

শিফট-অ্যান্ড-অ্যাড পদ্ধতি

৫ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে বৃহস্পতির লাকি ইমেজিং ছবি, যেখানে জেমিনি অবজারভেটরির প্রতিটি ফ্রেমের ৩০৯-মিলি-সেকেন্ডের দীর্ঘ এক্সপোজার স্ট্যাক ব্যবহার করা হয়েছে, যা এই নীতিকে চিত্রিত করে যে কোহারেন্স টাইম τ0 তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে বৃদ্ধি পায়।[3][4]

শিফট-অ্যান্ড-অ্যাড (Shift-and-add) পদ্ধতি (সম্প্রতি ইমেজ-স্ট্যাকিং পদ্ধতি নামে পরিচিত) হলো স্পেক্‌ল ইমেজিংয়ের একটি রূপ, যা বিভিন্ন ইমেজ শিফটসহ বেশ কয়েকটি স্বল্প এক্সপোজার থেকে উচ্চ মানের ছবি পাওয়ার জন্য সাধারণত ব্যবহৃত হয়।[5][6] এটি কয়েক দশক ধরে জ্যোতির্বিজ্ঞানে ব্যবহৃত হয়ে আসছে এবং কিছু ক্যামেরার ইমেজ স্ট্যাবিলাইজেশন ফিচারের ভিত্তি হিসেবে কাজ করে। স্বল্প এক্সপোজারের ছবিগুলোকে উজ্জ্বলতম স্পেক্‌ল ব্যবহার করে সারিবদ্ধ করা হয় এবং একটি একক আউটপুট ছবি পাওয়ার জন্য সেগুলোর গড় করা হয়।[7]

এই পদ্ধতিতে ছবির ডিফারেনশিয়াল শিফট গণনা করা হয়। জ্যোতির্বিজ্ঞান সংক্রান্ত ছবিতে এটি সহজেই করা যায় কারণ সেগুলোকে নক্ষত্রের সাথে সারিবদ্ধ করা সম্ভব। ছবিগুলো সারিবদ্ধ হয়ে গেলে সেগুলোর গড় করা হয়। পরিসংখ্যানের একটি মৌলিক নীতি হলো, পৃথক মানগুলোর গড় করে নমুনার পরিবর্তন কমানো যায়। প্রকৃতপক্ষে, গড় ব্যবহার করার সময়, সিগন্যাল-টু-নয়েজ রেশিও ছবির সংখ্যার বর্গমূলের গুণক দ্বারা বৃদ্ধি পায়। এটি সম্পাদন করার জন্য বেশ কয়েকটি সফটওয়্যার প্যাকেজ বিদ্যমান, যার মধ্যে রয়েছে IRAF, RegiStax, Autostakkert, Keiths Image Stacker, Hugin এবং Iris।

লাকি ইমেজিং পদ্ধতিতে, শুধুমাত্র সেরা স্বল্প এক্সপোজারগুলো গড়ের জন্য নির্বাচন করা হয়। প্রাথমিক শিফট-অ্যান্ড-অ্যাড কৌশলগুলো ছবির সেন্ট্রয়েড অনুযায়ী ছবিগুলোকে সারিবদ্ধ করত, যা সামগ্রিকভাবে কম স্ট্রেহল রেশিও প্রদান করত।

স্পেক্‌ল ইন্টারফেরোমেট্রি

১৯৭০ সালে, ফরাসি জ্যোতির্বিজ্ঞানী অঁতোয়ান লাবেরি দেখান যে ফুরিয়ার বিশ্লেষণ (স্পেক্‌ল ইন্টারফেরোমেট্রি) স্পেক্‌ল প্যাটার্নের পরিসংখ্যানগত বৈশিষ্ট্য থেকে বস্তুর উচ্চ-রেজোলিউশন কাঠামো সম্পর্কে তথ্য পেতে পারে।[8] এই কৌশলটি প্রথম ১৯৭১ সালে পালোমার অবজারভেটরিতে (২০০-ইঞ্চি টেলিস্কোপ) ড্যানিয়েল ওয়াই. গেজারি, অঁতোয়ান লাবেরি এবং রবার্ট ভি. স্ট্যাচনিক দ্বারা বাস্তবায়িত হয়েছিল।[9] ১৯৮০-এর দশকে উন্নত পদ্ধতিগুলো এই পাওয়ার স্পেকট্রাম তথ্য থেকে সাধারণ ছবি পুনর্গঠনের সুযোগ করে দেয়।

স্পেক্‌ল ইন্টারফেরোমেট্রির আরও একটি সাম্প্রতিক ধরন হলো স্পেক্‌ল মাস্কিং, যার মধ্যে প্রতিটি স্বল্প এক্সপোজার থেকে বিস্পেকট্রাম বা ক্লোজার ফেজ গণনা করা অন্তর্ভুক্ত।[10] এরপর "গড় বিস্পেকট্রাম" গণনা করা যায় এবং একটি ছবি পাওয়ার জন্য সেটিকে ইনভার্ট করা যায়। এটি অ্যাপারচার মাস্কিং ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে বিশেষভাবে ভালো কাজ করে। এই ব্যবস্থায় টেলিস্কোপের অ্যাপারচারটি কয়েকটি ছিদ্র ছাড়া ব্লক করে রাখা হয়, যা আলোকে প্রবেশ করতে দেয়, ফলে একটি ছোট অপটিক্যাল ইন্টারফেরোমিটার তৈরি হয় যা টেলিস্কোপের স্বাভাবিক ক্ষমতার চেয়ে ভালো রেজোলিউশন প্রদান করে। এই অ্যাপারচার মাস্কিং কৌশলটি Cavendish Astrophysics Group দ্বারা উদ্ভাবিত হয়েছিল।[11][12]

এই কৌশলের একটি সীমাবদ্ধতা হলো এর জন্য ছবির ব্যাপক কম্পিউটার প্রক্রিয়াকরণ প্রয়োজন, যা কৌশলটি প্রথম উদ্ভাবনের সময় সহজলভ্য ছিল না। কম্পিউটিং ক্ষমতা বৃদ্ধির সাথে সাথে এই সীমাবদ্ধতা দূর হয়ে গেছে এবং বর্তমানে ডেস্কটপ কম্পিউটারগুলোতে এই ধরনের প্রক্রিয়াকরণ করার জন্য পর্যাপ্ত ক্ষমতা রয়েছে।

জীববিজ্ঞান

জীববিজ্ঞানে স্পেক্‌ল ইমেজিং বলতে পর্যায়ক্রমিক কোষীয় উপাদানগুলোর (যেমন ফিলামেন্ট এবং ফাইবার) আন্ডারলেবেলিংকে বোঝায়, যাতে সেগুলো একটি অবিচ্ছিন্ন এবং অভিন্ন কাঠামোর পরিবর্তে স্পেক্‌লের একটি বিচ্ছিন্ন সেট হিসেবে দেখা যায়। এটি আনলেবেলড উপাদানের মধ্যে লেবেলযুক্ত উপাদানের পরিসংখ্যানগত বিন্যাসের কারণে ঘটে। এই কৌশলটি, যা ডাইনামিক স্পেক্‌ল নামেও পরিচিত, জৈবিক প্রক্রিয়াগুলো বোঝার জন্য ডাইনামিকাল সিস্টেমের রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ এবং ভিডিও ইমেজ বিশ্লেষণের সুযোগ করে দেয়।

আরও দেখুন

তথ্যসূত্র

  1. ↑ Fried, David L.. (1966). "Optical Resolution Through a Randomly Inhomogeneous Medium for Very Long and Very Short Exposures". Journal of the Optical Society of America. 56 (10) 1372. doi:10.1364/JOSA.56.001372.
  2. ↑ Jacquot, P.: Speckle interferometry: a review of the principal methods in use for experimental mechanics applications. Strain 44, 57–69 (2008)
  3. ↑ Gemini Gets Lucky and Takes a Deep Dive Into Jupiter’s Clouds, NOIRLab press release, 2020-05-08.
  4. ↑ Wong, M.H., A.A. Simon, J.W. Tollefson, I. de Pater, M.N. Barnett, A.I. Hsu, A.W. Stephens, G.S. Orton, S.W. Fleming, C. Goullaud, W. Januszewski, A. Roman, G.L. Bjoraker, S.K. Atreya, A. Adriani, and L.N. Fletcher (2020) High-resolution UV/Optical/IR Imaging of Jupiter in 2016–2019. Astrophysical Journal Supplement Series. 247: 58 (25 pp.).
  5. ↑ Baba, N.; Isobe, S.; Norimoto, Y.; Noguchi, M. Stellar speckle image reconstruction by the shift-and-add method, Applied Optics (ISSN 0003-6935), vol. 24, May 15, 1985, p. 1403-1405
  6. ↑ Christou, J. C., Image quality, tip-tilt correction, and shift-and-add infrared imaging, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 103, Sept.1991, p. 1040-1048
  7. ↑ (May 1985). "Stellar speckle image reconstruction by the shift-and-add method". Applied Optics. 24 (10) 1403–5. doi:10.1364/AO.24.001403.
  8. ↑ Labeyrie, Antoine. (May 1970). "Attainment of Diffraction Limited Resolution in Large Telescopes by Fourier Analysing Speckle Patterns in Star Images". Astronomy and Astrophysics. 6 85L.
  9. ↑ "Speckle Interferometry : Diffraction-Limited Measurements of Nine Stars with the 200-inch Telescope", Daniel Y. Gezari, Antoine Labeyrie and Robert V. Stachnik, 1972, The Astrophysical Journal, vol. 173, L1
  10. ↑ Weigelt, Gerd. (April 1977). "Modified astronomical speckle interferometry 'speckle masking'". Optics Communications. 21 (1) 55–59. doi:10.1016/0030-4018(77)90077-3.
  11. ↑ (April 1986). "Closure phase in high-resolution optical imaging". Nature. 320 (6063) 595. doi:10.1038/320595a0.
  12. ↑ (August 1987). "The First Images from Optical Aperture Synthesis". Nature. 328 (6132) 694. doi:10.1038/328694a0.

বহিঃসংযোগ

  • Hugin - শিফট-অ্যান্ড-অ্যাড "ইমেজ-স্ট্যাকিং" সহ ওপেন সোর্স ইমেজ সফটওয়্যার
  • Iris - ফ্রিওয়্যার জ্যোতির্বিজ্ঞান সংক্রান্ত ইমেজ প্রসেসিং সফটওয়্যার
  • Autostakkert - ইমেজ সিকোয়েন্সের অ্যালাইনমেন্ট এবং স্ট্যাকিং, যা বায়ুমণ্ডলীয় বিকৃতির প্রভাব কমায়

উৎস: ইংরেজি উইকিপিডিয়ার “Speckle imaging” নিবন্ধের অনুবাদ। মূল নিবন্ধ: https://en.wikipedia.org/wiki/Speckle_imaging এই অনুবাদটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রস্তুত করা হয়েছে।

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=স্পেক্‌ল_ইমেজিং&oldid=8002"