融合调制计数信息与物理一致性约束的ASO-S/HXI太阳硬X射线图像重建方法研究
编号:82 访问权限:仅限参会人 更新:2026-11-08 00:52:54 浏览:4次 口头报告

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摘要
太阳硬X射线观测是研究太阳耀斑能量释放、非热电子加速及其空间演化过程的重要手段。先进天基太阳天文台太阳硬X射线成像仪(ASO-S/HXI)采用多组具有不同方向和节距的双珊准直器对入射光子进行空间调制,各子探测器在给定观测时间和能段内记录经调制后的光子计数,本文将其简称为调制计数。各通道的调制计数共同构成观测向量,并用于反演二维辐射源分布。不同准直方向和空间尺度对应不同的调制响应,因此多通道计数不仅反映辐射强度,也包含与辐射源位置和形态有关的观测信息。由于探测器计数维度明显低于待重建图像的像素维度,该过程属于典型的欠定反问题,具有较强的不适定性,重建结果容易受到先验假设、网络结构和观测扰动等因素的影响。现有深度学习方法能够利用反投影脏图中的空间信息生成重建结果,但多通道调制计数是否得到充分利用,以及重建图像经载荷响应模型计算得到的预测计数能否与实际观测保持一致,仍有待检验。为此,本文在分析公开物理约束重建方法的基础上,对多通道调制计数在网络中的引入方式进行改进,使观测信息能够参与图像特征更新,并在控制模型规模的同时增强重建结果与测量数据之间的联系。为区分网络轻量化和计数条件引入所产生的影响,构建了由公开基线模型、轻量化对照模型和轻量化计数条件模型组成的对比实验体系。轻量化对照模型采用编码—解码结构降低模型复杂度,同时保留输出非负性、强度尺度恢复和仪器响应一致性约束;轻量化计数条件模型则在相同主体结构上进一步引入多通道调制计数,使其参与图像特征的更新。通过这种逐步对照方式,可以分别考察结构简化和观测计数利用方式对重建性能的影响,避免将模型规模变化带来的结果误认为计数条件本身的作用。各模型采用统一的数据划分、训练设置、损失配置和评价程序,并通过多个随机种子考察实验结果的稳定性。评价同时覆盖测量域和图像域,包括计数重建误差、计数相关性、图像重建误差和图像相关性等指标。其中,测量域指标用于衡量重建图像经过载荷响应模型计算后对实际调制计数的解释能力,图像域指标用于评价辐射源空间形态的恢复质量。除常规性能比较外,本文还结合输入扰动和梯度分析,检验计数信息能否沿相应路径影响重建输出,从而判断网络是否真正使用了与样本配对的观测信息。实验结果表明,轻量化计数条件模型在不同随机初始化条件下均表现出稳定的测量域改善趋势,在降低模型复杂度的同时保持或提升了图像重建性能。测量域与图像域指标总体呈现一致的改善方向,说明模型并非以牺牲辐射源形态恢复质量为代价单纯拟合观测计数。输入敏感性和梯度分析进一步显示,调制计数的变化能够引起重建结果的相应变化,表明观测信息已经有效参与重建过程。上述结果验证了所提出方法在太阳硬X射线图像重建中的可行性和应用潜力,可为太阳高能辐射观测数据的快速反演提供新的技术思路。轻量化结构也有助于降低模型存储和计算资源需求,为后续面向复杂在轨观测条件的算法优化、快速数据处理及工程应用奠定基础。
关键词
ASO-S;硬X射线成像仪;调制成像;物理约束深度学习;调制计数;特征线性调制
报告人
张文杰
学生 中国科学院大学;中国科学院国家空间科学中心

稿件作者
张文杰 中国科学院大学;中国科学院国家空间科学中心
吕良庆 中国科学院大学;中国科学院国家空间科学中心
张玉珠 中国科学院大学;中国科学院国家空间科学中心
范红乐 中国科学院大学;中国科学院国家空间科学中心
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  • 会议日期

    11月27日

    2026

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    11月30日

    2026

  • 09月20日 2026

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  • 11月13日 2026

    初稿截稿日期

  • 11月30日 2026

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中国空间科学学会空间探测专业委员会
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