Planet detection down to a few $λ$/D: an RSDI/TLOCI approach to PSF subtraction
大多数当前的高对比度成像点扩散函数（PSF）减法算法使用某种形式的最小二乘噪声最小化来找到系外行星，在后处理之前，通常隐藏在仪器斑点噪声之下。在当前标准PSF减法算法中，使用角度和/或同时光谱差分成像（分别为ADI、SSDI）从目标图像序列导出一组参考图像以减去每个目标图像。然而，为了避免过多的系外行星自减影，ADI和SSDI（在没有强光谱特征的情况下）严格限制了小分离处的参考图像的可用数量。这限制了最小二乘算法的性能，导致在小角度分离时对系外行星的灵敏度较低。可能的解决方案是通过获取更长的序列来使用额外的参考图像，如果预计系外行星将显示出强烈的光谱特征，则使用SSDI，或者使用在其他目标上获取的图像。后一种选择称为参考星差分成像，它依赖于使用与目标图像高度相关的参考图像，在以前的地面高对比度成像调查中效果不佳。我们提出的工作结果，以优化PSF减法与GPIES参考库使用最小二乘算法，旨在最大限度地减少斑点噪声和最大限度地提高行星吞吐量，从而最大限度地提高行星信噪比（SNR）。使用2014年12月51 Eri GPI数据，在内部100 mas到300 mas环中，我们发现当使用RSDI和/或我们的优化方案时，SNR没有明显的改善。这一结果虽然仍在研究中，但似乎表明ADI+SSDI数据集上的当前算法得到了优化，并且通过使用PSF存档可以实现有限的增益。
2016-09-27 astro-ph.IM
The Direct Mid-Infrared Detectability of Habitable-zone Exoplanets Around Nearby Stars
位于最近的几颗恒星的宜居带内的巨行星目前可以用地面望远镜拍摄到。在未来十年内，极大望远镜（ELT）将开始以高得多的灵敏度（$-$）对附近更多恒星的宜居带进行成像，从而可能对最近恒星周围的系外地球进行成像。为了确定未来十年最有希望的观测候选者，我们建立了一个理论框架，根据现有的大气和演化模型，在中红外波段直接探测地球$-$到超木星质量的系外行星。在83颗最近的BAFGK型恒星中，我们选择了37颗年龄在10 pc以内的FGK型恒星和34颗年龄在30 pc以内的BA型恒星。我们根据行星有效温度的参数模型，根据恒星的光度、距离和年龄，以及行星的轨道半长轴、半径和半径来确定目标的优先级。然后，我们预测最有可能的行星是可探测到目前的8米望远镜和39米ELT与高达100小时的观察每颗恒星。综上所述，我们建议探测宜居带系外行星所需的观测时间，范围从非常接近的温带地球大小的行星到更遥远的年轻巨行星。然后，我们为当前的望远镜和即将到来的ELT推荐理想的初始目标。
2022-12-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Stars and exoplanets in Stokes IQUV: a decadal opportunity for HIRES at the ELT
我们建议欧洲ELT将配备一个超高精度的偏振光馈入，作为其高分辨率光学和近红外光谱仪HIRES的一部分。这种馈源在新型ELT中是独一无二的，并且只有在望远镜的旋转对称焦点中才有可能。ELT在M4附近的f/4.4中间焦点可以提供这样的能力，对于最亮的目标，偏振灵敏度低至10^（-5）。在39米ELT的HIRES-Pol的新科学步骤中，将通过塞曼多普勒成像对类太阳恒星磁层进行全面表征。特别是对于行星宿主恒星来说，它可以根据行星来自宿主恒星的粒子发射几何形状来限制行星的可居住性。此外，任何恒星的线性偏振光谱都是天体物理学的新领域，我更新了为什么这对系外行星大气也很重要的原因。
2019-04-10 astro-ph.IM
The Fast Atmospheric Self-Coherent Camera Technique: Laboratory Results and Future Directions
使用极端自适应光学（ExAO）直接探测和详细描述系外行星是未来超大望远镜（ELT）的一个关键科学目标。然而，波前误差将限制这种努力的灵敏度。地面望远镜的局限性来自准静态和残余AO校正的大气波前误差，后者产生短暂的像差，在长时间曝光后会平均成光晕。我们已经开发和测试了框架，用于解决这两个问题，使用自相干相机（SCC），应用于地面望远镜，称为快速大气SCC技术（FAST）。在本文中，我们提出了更新的新的和正在进行的工作FAST，无论是在数值模拟和实验室。我们首先提出了数值模拟，说明了FAST的科学潜力，包括目前的10米望远镜，直接探测系外行星的反射光和热发射中的系外行星，以及未来的ELTs，探测可居住的系外行星。在实验室中，我们提出了我们的建议，现在制造，冠状面具的第一个特征。
2019-10-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Unlocking starlight subtraction in full data rate exoplanet imaging by efficiently updating Karhunen-Loève eigenimages
基于Karhunen-Loève本征像方法的星光相减算法已被证明是系外行星直接成像的宝贵方法。然而，当与差分成像技术配对时，它们在运行时的扩展性很差。在这样的观测中，从同一组数据中提取参考系和要减去星光的帧，对于所处理的每个帧，需要新的参考子集（和本征图像），以避免感兴趣信号的自减。极限自适应光学仪器的数据速率是这样的，使得这在计算上可行的唯一方法是对数据进行下采样。我们开发了一种技术，更新一个预先计算的奇异值分解的完整的数据集，以删除帧（即“downdate”），而无需完全重新计算，产生修改后的特征图像。这不仅可以在相同的时间内分析更大的数据量，而且随着观测数量的增加，在运行时呈现出接近线性的缩放。我们将这种技术应用于档案数据，并研究其缩放行为非常大量的帧$N$。所得到的算法提供了$2.6\times$（对于在$N = 300$处的200个特征图像）到$140 \times$（在$N = 10^4$处）的速度改进，其中优势仅随着$N$增长而增加。这种算法使我们能够大大加快KLIP，即使是适度的$N$，并将让我们快速探索KLIP参数如何影响大型$N$数据集的系外行星特征。
2021-01-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
GPI PSF subtraction with TLOCI: the next evolution in exoplanet/disk high-contrast imaging
为了直接拍摄系外行星和暗淡的星周盘，必须将嘈杂的恒星晕抑制到很高的水平。为了实现这一壮举，角微分成像观测技术和最小二乘局部优化组合图像（LOCI）算法现在已经成为标准的单波段直接成像观测和数据处理。随着配备有积分场单元的新型高阶高对比度自适应光学的开发和调试，需要修改图像减法算法，以允许最佳地使用多色图像、场旋转图像和存档数据。一种新的算法，TLOCI（模板LOCI），被设计来实现这一任务，通过最大化的同伴信噪比，而不是简单地最小化的噪声，在原来的LOCI算法。TLOCI技术使用输入光谱和模板点扩散函数（PSF，从未遮蔽和不饱和的恒星图像生成）来优化参考图像最小二乘系数，以最小化行星自减法，从而最大化其每波长的吞吐量，同时提供对斑点噪声的最大抑制。新算法已开发使用天空GPI数据，并取得了令人印象深刻的对比度。本文介绍了TLOCI算法，在天空中的性能，并将讨论在恢复具有高保真度的行星光谱的挑战。
2014-07-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Improving the RSM map exoplanet detection algorithm: PSF forward modelling and optimal selection of PSF subtraction techniques
高对比度成像（HCI）是系外行星探测中最具挑战性的技术之一。它依赖于复杂的数据处理，以达到高对比度在小角度分离。大多数这类数据处理技术是基于角度差分成像（ADI）的观测策略来执行参考PSF减法，并通常利用信噪比（S/N）图来推断行星信号的存在，通过阈值。最近提出了一种用于生成最终检测图的替代方法，该方法使用状态切换模型（RSM）图，其使用状态切换框架来基于由不同PSF减法技术生成的残差立方体生成概率图。在本文中，我们提出了一些改进，原来的RSM地图，专注于新的PSF减法技术和它们的最佳组合，以及一个新的程序，估计所涉及的概率。我们首先实现两个前向模型版本的RSM映射算法的基础上的LOCI和KLIP PSF减法技术。然后，我们解决了最佳选择PSF减法技术以优化RSM图的整体性能的问题。还实施了一种新的前向-后向方法，以考虑过去和未来的观测来计算RSM图概率，从而提高了天体测量的精度并降低了背景斑点噪声。我们通过计算ROC曲线，测试了这些不同改进提高基于不同数据集的RSM图性能的能力。这些结果证明了这些改进的好处。最后，我们提出了一个新的框架来生成基于概率图的对比度曲线。对比曲线突出显示了在小角度间隔下，与标准S/N图相比，RSM图的性能更高。
2020-12-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Auto-RSM: an automated parameter-selection algorithm for the RSM map exoplanet detection algorithm
在过去15年中使用的大多数高对比度成像（HCI）数据处理技术都依赖于角微分成像（ADI）观测策略，以及减去参考点扩散函数（PSF）来生成系外行星探测图。最近，一种新的算法称为政权切换模型（RSM）地图已被提出来利用这些众多的PSF减法技术; RSM使用这些技术中的几个来生成一个单一的概率图。这些PSF减法技术以及RSM图的最佳参数的选择不是简单的，是耗时的，并且可以通过关于基础数据集的假设而被偏置。我们提出了一种新的优化程序，可以单独应用于每个PSF减法技术，或整个RSM框架。优化过程包括三个主要步骤：（i）使用对比度作为性能度量定义PSF减法技术的最佳参数集，（ii）优化RSM算法，以及（iii）选择用于生成最终RSM概率图的最佳PSF减法技术和ADI序列集。的优化程序应用于数据集的系外行星成像数据挑战（EIDC），它提供了工具，比较HCI数据处理技术的性能。数据集由三种最先进的HCI仪器获得的ADI序列组成：SPHERE、NIRC 2和LMIRCam。我们的分析结果表明，所提出的优化程序的利益，更好的性能指标相比，早期版本的RSM，以及其他HCI数据处理技术。
2021-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Detection and Characterization of Exoplanets and Disks using Projections on Karhunen-Loeve Eigenimages
我们描述了一种新的方法，以实现点扩散函数（PSF）减法的高对比度成像使用主成分分析（PCA），适用于点源或扩展对象（磁盘）。假设一个参考PSF库，这些参考的Karhunen-Lo`eve变换被用来创建本征图像的正交基，科学目标被投影在该正交基上。对于检测，这种方法提供了与局部优化图像组合（LOCI）算法相当的抑制，尽管对算法参数的鲁棒性增加并且速度增强。为了表征检测到的源，该方法能够对天体物理源进行正演建模。这说明了天体测量和光度测量中发现的微弱源的偏差，这通常与基于LOCI的PSF扣除方案有关。我们说明了使用档案哈勃太空望远镜（HST）图像的算法性能，但该方法也可以被认为是基于地面的数据采集与角差分成像（ADI）或积分场光谱仪（IFS）。
2012-07-17 astro-ph.IM
First laboratory demonstration of real-time multi-wavefront sensor single conjugate adaptive optics
本文首次在实验室演示了结合SHWFS与FAST的多波前传感器单共轭自适应光学实时控制，在SEAL平台上以200 Hz环路速度验证其消除散斑噪声、提升ELT宜居带系外行星成像能力的潜力。
2023-08-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Calibration Unit Design for High-Resolution Infrared Spectrograph for Exoplanet Characterization (HISPEC)
本文介绍HISPEC光谱仪的校准单元设计，利用四种近红外光源和单模光纤，结合空心阴极灯、气体吸收池及激光频率梳，实现0.98至2.5微米范围的精确校准，支持系外行星大气成像和径向速度测量等科学目标。
2023-11-17 astro-ph.IM
Likelihood ratio map for direct exoplanet detection
直接成像系外行星是一项具有挑战性的任务，因为它们相对于宿主恒星的角距离很小，对比度很高，并且存在准静态噪声。我们提出了一种新的统计方法直接成像的系外行星的基础上的似然比检测地图，它假设的噪声后的背景减法步骤服从拉普拉斯分布。我们比较了该方法与两种检测方法的基础上信噪比（SNR）的地图后，广泛使用的环形主成分分析（AnnPCA）进行背景扣除。在Beta Picture数据集上的实验结果表明，该方法在零假阳性率（FPR）的情况下实现了最高的真阳性率（TPR），优于SNR图。
2022-10-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Developing Linear Dark-Field Control for Exoplanet Direct Imaging in the Laboratory and on Ground-based Telescopes
在反射光中成像岩石行星，这是未来NASA任务和ELT的一个关键重点，需要先进的波前控制，以在几个衍射光束宽度处保持恒星晕的深度，时间相关的零。我们讨论了线性暗场控制（LDFC）的发展，以实现这一目标。我们描述了首次在实验室环境中测试空间LDFC的努力，使用艾姆斯日冕实验（ACE）试验台。我们的初步结果表明，空间LDFC是一种很有前途的方法焦平面波前控制方法，能够保持一个静态的黑洞，至少在对比度相关的成像成熟的行星与30米级望远镜。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
SPEED: the Segmented Pupil Experiment for Exoplanet Detection
通过直接成像搜索附近的系外行星是太空和地面计划的主要科学驱动力之一。虽然8米级望远镜上的第二代专用高对比度仪器即将大大扩大直接成像行星的样本，但探索行星参数空间到迄今为止看不见的区域，最理想的是到类地行星，是未来几十年的一项重大技术挑战。这需要增加空间分辨率并显著提高在近角度间隔处的高对比度成像能力。分段望远镜提供了一条从地面（ELT）大幅扩大望远镜直径或在太空中实现最佳直径的实用途径。然而，将单片孔径的高对比度成像领域中的当前技术进步转化为分段孔径的情况远非微不足道。SPEED（系外行星探测的分段光瞳实验）是拉格朗日实验室正在开发的一个新的仪器设施，用于利用分段望远镜实现高对比度仪器的战略和技术。SPEED结合了波前控制，包括精确分段定相架构，使用两个顺序高阶可变形反射镜进行相位和振幅控制的波前整形，以及高级冠状摄影努力实现非常接近的角分离（PIAACMC）。SPEED代表了对ELT领域和未来空间任务的重大投资和技术发展，并将提供一个理想的茧，为复杂/不规则孔径的相位和高对比度领域的技术进步铺平道路。在本文中，我们描述的整体设计和哲学的速度台。
2014-07-25 astro-ph.IM
Millisecond Exoplanet Imaging, I: Method and Simulation Results
天文学光学中最大的科学挑战之一是太阳系外行星和行星系统的直接成像和表征。从地面天文台直接成像系外行星需要结合高阶自适应光学与恒星日冕观测的波长范围从可见光到中红外。在实现所需的对比度（行星-恒星强度比）的限制因素是准静态散斑，主要是由日冕中的非共路像差（NCPA）引起的。本文从一个具有AO系统和日冕仪的望远镜的现实模拟器开始，提供了几个密切相关的毫秒回归模型的模拟，这些模型需要输入测量的波前和科学相机图像。最简单的回归模型，称为朴素估计，不处理WFS中的噪声和其他信息损失来源。朴素的估计提供了一个有用的估计NCPA的$\sim$ 0.5弧度RMS，与$\sim$ 0.06弧度RMS在一分钟的模拟天空时间的8等星。偏差校正估计量概括了回归模型，以考虑WFS中的噪声和信息损失。对具有四分钟天空时间的偏差校正估计器的模拟包括$\sim 0.05 \,$弧度RMS的NCPA和扩展的系外行星场景。偏差校正估计量的联合回归同时实现了NCPA估计，其精度为$\sim 5\times10^{-3} \,$弧度，对比度为$\sim 10^{-5}$。此外，对系外行星图像的估计完全没有差分成像中经常出现的减影伪影。通过联合回归获得的系外行星图像估计值与通过减去完全已知的点扩散函数获得的图像几乎相同。
2021-06-29 astro-ph.IM
Detecting Biosignatures in Nearby Rocky Exoplanets using High-Contrast Imaging and Medium-Resolution Spectroscopy with Extremely Large Telescope
该研究模拟ELT/METIS和HARMONI对近地岩石行星的直接成像，评估生物特征探测信噪比，发现GJ 887b最高，Proxima Cen b可测CO2，并比较JWST与ELT在TRAPPIST-1系统上的适用性。
2023-11-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
SCExAO as a precursor to an ELT exoplanet direct imaging instrument
Subaru Coronagraphic Extreme AO（SCExAO）仪器由高性能相位诱导振幅切趾（PIAA）日冕仪和在近红外（H波段）工作的极端自适应光学（AO）系统组成。由2000单元可变形反射镜驱动的极端AO系统将允许当其进入闭环时在H波段实现>90%的Strehl比。这使得SCExAO仪器成为一个强大的平台，用于高对比度成像，角间距可达1 lambda/D，也是探索ELT冠状照相技术的理想测试平台。在本文中，我们报告的最新进展方面的发展的仪器，其中包括增加了一个可见的工作台，利用在较短的波长的光，目前没有利用SCExAO和关闭环上的倾斜/倾斜波前传感器。我们还将讨论几个令人兴奋的客人仪器，这将扩大SCExAO在未来几年的能力，即CHARIS这是一个积分场摄谱仪以及吸血鬼，可见光孔径掩蔽实验的基础上偏振分析的拱盘。此外，我们将阐明极端AO系统将发挥独特的作用，使高精度的径向速度光谱检测的小同伴。
2013-10-14 astro-ph.IM
Half-sibling regression meets exoplanet imaging: PSF modeling and subtraction using a flexible, domain knowledge-driven, causal framework
Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）；Max Planck ETH Center for Learning Systems（马克斯·普朗克-苏黎世联邦理工学院学习系统中心）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
系外行星的高对比度成像取决于强大的后处理方法，以消除数据的噪声，并将伴星的信号与其主星分离，主星通常要亮几个数量级。现有的后处理算法不使用所有的先验领域知识，是关于问题。我们提出了一种新的方法，建立在我们的系统噪声和因果结构的数据生成过程的理解。我们的算法基于半同胞回归（HSR）的修改版本，这是一个灵活的去噪框架，结合了机器学习和因果关系领域的思想。我们适应的方法，以解决在瞳孔跟踪模式下获得的高对比度系外行星成像数据的具体要求。其关键思想是通过将该像素的时间序列回归到一组因果独立的无信号预测像素来估计像素中的系统噪声。我们在这项工作中使用正则化线性模型;然而，其他（非线性）模型也是可能的。在第二步中，我们演示了HSR框架如何允许我们将风速或气温等观测条件作为额外的预测因子。当我们将我们的方法应用于VLT/NACO仪器的四个数据集时，我们的算法提供了比基于PCA的PSF减法更好的假阳性分数，这是该领域中流行的基线方法。此外，我们发现，基于HSR的方法提供了直接和准确的估计系外行星的对比度，而不需要在数据集中插入人工同伴进行校准。最后，我们提出的第一个证据表明，使用观察条件作为额外的预测可以改善结果。我们的基于HSR的方法提供了一种替代的，灵活的和有前途的方法来建模和减去恒星PSF和系统噪声的系外行星成像数据的挑战。
2022-04-07 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
The next frontier in exoplanet science: Imaging our neighbouring planetary systems
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）
本文探讨了利用高对比度成像技术表征邻近恒星周围的岩石行星，为系外行星科学开辟新前沿。
2025-12-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-Resolution Echelle Spectroscopy for Solar System Planets: A Planet-as-Point-Source Analogy
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；University of Calcutta（加尔各答大学）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
针对透射光谱受凌星几何限制的问题，本文提出利用2.34米望远镜与高分辨率阶梯光栅光谱仪连接的光学设计，以获取太阳系天体高信噪比反射光谱，为未来极大望远镜研究系外行星反射光谱奠定基础。
2025-10-23 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Statistical Framework for Utilization of Simultaneous Pupil Plane and Focal Plane Telemetry for Exoplanet Imaging, Part II: The Science Camera Image as a Function of the Wavefront Sensor Field
为了超越超大望远镜（ELT）时代系外行星差分成像的局限性，本系列的第一篇论文建立了一个严格的全偏振框架，用于确定科学相机（SC）图像，给出了湍流波前和光学系统多个平面中的未知像差。本文建立在论文I中开发的结构上，以严格地表达偏振SC图像中的波前传感器（WFS）上的场冲击，从而提供了两个子系统中的测量之间的直接连接。该公式允许SC图像被写入WFS测量的函数，包括以下未知量，其原则上可以通过统计推断来估计：非共路像差（NCPA）、WFS增益误差、分束器下游的像差和行星图像。它表明，WFS的偏差误差是数学上等价的NCPA。因此，在具有处理WFS偏差和增益的能力的情况下，该方法不应对WFS校准问题过度敏感。重要的是，这个公式包括随机过程，代表噪声测量的SC图像，噪声WFS测量，和高频分量的波前WFS是不敏感的。结果表明，波前误差由于噪声在WFS测量有一个方便的半解析表示WFS测量算子的奇异函数。此外，这些过程的一阶和二阶统计量被指定，从而为本系列后面的论文中描述的统计推断方法的应用奠定了基础。
2016-02-17 astro-ph.IM
NEXT: The Netherlands EXoplanet Testbed I. Goals and opto-mechanical design
NOVA, Netherlands Research School for Astronomy（荷兰天文研究学校）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）
荷兰系外行星测试平台NEXT为满足下一代ELTs和未来空间天文台需求，开发验证XAO与日冕仪技术，完成光机设计及性能模拟，目标800nm、5λ/D处原始对比度10⁻⁷（终目标10⁻⁸）。
2026-08-26 astro-ph.IM
M-band Imaging of the HR 8799 Planetary System Using an Innovative LOCI-based Background Subtraction Technique
对系外行星大气的多波长观测/光谱学是比较系外行星学这一令人兴奋的新兴领域的基础。HR 8799行星系是一个理想的实验室，可以研究我们目前在大质量场棕矮星和寒冷的5-Gyr年龄的太阳系行星之间的知识差距。到目前为止，HR 8799行星的成像是在J-到L-波段，只有上限在M-波段。在这里，我们提出了深高对比度凯克II自适应光学M波段的观测，显示成像检测的4个目前已知的HR 8799行星。这样的检测之所以成为可能，是因为开发了一种创新的基于LOCI的背景减除方案，该方案比经典的Keck II AO数据的中值背景减除效率高3倍，代表望远镜时间的增益高达9倍。这些M波段探测器将宽波段光度覆盖范围扩展到约5微米，并提供了在4.5微米处的强CO基本吸收带。新的M波段测光显示HR 8799行星位于L/T型矮过渡附近，与其他研究发现的相似。我们还确认，最好的大气拟合与低表面重力，尘埃和非平衡CO/CH 4化学模型是一致的。
2011-07-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Use the 4S (Signal-Safe Speckle Subtraction): Explainable Machine Learning reveals the Giant Exoplanet AF Lep b in High-Contrast Imaging Data from 2011
本研究利用可解释机器学习揭示了主成分分析（PCA）导致行星信号丢失的原因，并提出新方法4S约束噪声模型以最小化信号损失，在VLT-NACO数据集中表现更优，成功在2011年数据中提前11年发现系外行星AF Lep b。
2025-02-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Spectral and angular differential imaging with SPHERE/IFS. Assessing the performance of various PCA-based approaches to PSF subtraction
角微分成像（ADI）和光谱微分成像（SDI）通常用于直接探测和表征SPHERE/IFS仪器获得的数据集中的年轻木星系外行星。我们比较了ADI、SDI以及ADI和SDI的三种组合的性能，以找出哪种技术实现了最高的信噪比（S/N），并分析了它们作为积分时间、场旋转和波长范围的函数的性能。我们分析了SPHERE/IFS观测三个已知的系外行星，即Beta Picasso b，51 Eridani b和HR 8799 e，具有五种差分成像技术。我们将数据集分成子集，以便在使用每种技术处理数据之前改变每个参数。差分成像技术采用主成分分析（PCA）。测试表明，SDI和ADI的组合始终比单独使用ADI获得更好的结果，并且同时使用SDI和ADI（组合差分成像; CODI）获得最佳结果。积分时间测试表明，在积分时间大于10 $^3$ s的情况下观察到的间隔大于0.24弧秒的目标是光子噪声受限的。场旋转显示出与S/N的强相关性，场旋转达到1个半高宽（FWHM），之后没有观察到S/N随场旋转的显著增加。波长范围变化显示，对于更宽的波长范围，S/N普遍增加，但未观察到明显的相关性。与常规ADI相比，频谱信息对于提高信噪比至关重要。我们的研究结果表明，CODI应该是首选的处理技术，以寻找新的系外行星与SPHERE/IFS。为了优化直接成像观测，磁场旋转应超过1 FWHM，以检测小间距的系外行星。
2021-06-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Science with the European Extremely Large Telescope. The Case for Visible and Near-IR Spectroscopy at High Resolution
系外行星科学正在蓬勃发展。在20年的时间里，我们的知识有了很大的扩展，从第一次发现热木星，到探测到大量的海王星和超级地球，再到对系外行星大气层的描述迈出了第一步。从今天到2025年，随着几个天基过境搜索任务、地基光谱仪、高对比度成像设施和詹姆斯·韦伯太空望远镜的出现，该领域将以更快的速度发展。特别是欧空局的M级PLATO任务将改变这一领域的游戏规则。从2024年起，柏拉图将发现凌日类地行星在附近明亮恒星的宜居带内运行。这些物体将需要极大望远镜（ELT）的功率来进一步表征。地面高分辨率光谱技术正在成为测量过境系外行星的化学成分、大气结构和大气环流的重要途径。安装在欧洲ELT上的覆盖可见光和近红外区域的高分辨率光谱仪将能够在有利的情况下探测可居住行星大气中的水蒸气、二氧化碳和氧气等分子。E-ELT HiRES是PLATO太空任务的完美地面匹配，代表了欧洲引领世界进入探索具有宜居条件的系外行星时代的独特机会。HiRES还将对其他E-ELT计划中专门研究不同类型行星的仪器（如METIS和EPICS）起到极大的补充作用。
2014-11-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterization of a multi-etalon array for ultra-high resolution spectroscopy
即将到来的超大型望远镜（ELT）预计将拥有探测附近低质量恒星周围岩石行星大气中潜在生物特征气体所需的收集区域。目前的一些努力集中在寻找分子氧（O2）上，因为O2是地球上已知的生物特征。其中最有前途的方法来寻找氧气是透射光谱，其中高分辨率光谱与互相关技术相结合。在这种方法中，需要高光谱分辨率来分辨系外行星的O2线，并将它们与前景的大地吸收分离。虽然目前的天文摄谱仪通常达到100，000的光谱分辨率，但最近的研究表明，300，000 - 400，000的分辨率对于用ELT探测地球类似物大气中的O2是最佳的。法布里-珀罗干涉仪（FPI）阵列已被提出作为一个相对低成本的方式来达到这些决议。在本文中，我们提出了我们的2-FPI阵列实验室原型，它达到了60万的分辨率的性能结果。我们进一步讨论了使用多腔标准具（双），现有的光谱仪的分辨率助推器。
2020-12-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
Development of binary shaped pupil mask coronagraph for the observation of exoplanets
直接观测太阳系外行星（系外行星）对于了解行星系统如何诞生，如何进化以及最终识别这些行星上的生物特征至关重要。然而，中心恒星和相关行星之间巨大的流量对比是直接观测的主要困难。这就需要开发出可以改善恒星和行星之间对比度的恒星日冕仪。在各种各样的日冕仪中，我们重点研究了一种二元形状的瞳孔掩模日冕仪。使用这种日冕仪的原因是对指向误差的鲁棒性，基本上是消色差的，并且相对简单。我们进行了一些电晕放电实验，使用真空室和棋盘掩模，一种二进制形状的瞳孔掩模，没有主动波前控制。我们证明了PSF减法对于提高二进制形状的光瞳掩模冠状掩模的对比度是潜在有益的，该冠状掩模在与多色/宽带光源的对比度方面产生了显著的改善，并且用于实际使用的新的独立掩模提供了改善对比度的优异性能。我们完成了使日冕仪适合实际使用的必要任务。最后，我们为更真实的日冕观测进行了验证试验。
2012-01-10 astro-ph.IM
Orbital Differential Imaging: A New High-Contrast Post-Processing Technique For Direct Imaging of Exoplanets
目前高对比度成像的后处理技术依赖于系外行星信号和该位置残余恒星光之间的某种多样性来源。两种主要的技术是角微分成像（ADI）和光谱微分成像（SDI），角微分成像利用视差天空旋转将行星与恒星光分离，光谱微分成像利用行星和恒星光的光谱差异以及点扩散函数（PSF）的波长依赖性。在这里，我们介绍我们的技术，利用多样性的另一个来源：轨道运动。由于对一个轨道周期足够短的系外行星系统的重复观测，行星的运动使我们能够将它们与PSF区分开来。除了使用强大的PSF减法算法之外，这种观察策略还能够实现时间滤波。一旦确定了轨道，行星就可以"脱离轨道“，以进一步提高信噪比。我们称这些技术为轨道差分成像（ODI）。在这里，我们提出了这种技术的动机，提出了一个噪声模型，并提出了模拟结果。我们相信ODI将成为一种能够通过专门的太空任务对类太阳恒星的宜居带中的类地球行星进行成像的技术。
2015-10-08 astro-ph.IM
Analysis of Angular-Differential Post-Processing Algorithms for Exoplanet Direct Detection with a Photonic Lantern Nuller
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Leiden Observatory（莱顿天文台）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文分析了用于系外行星直接检测的光子灯笼消光仪的角差后处理算法，提出利用主成分分析改进ADIF方法，以提取行星空间参数，并测试了两种ADIF变体在模拟数据中的效果。
2026-07-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Improved Contrast in Images of Exoplanets using Direct SNR Optimization
对系外行星的直接成像通常受到准静态散斑的限制。恒星的点扩散函数（PSF）中的这些未校正的像差使微弱的伴星变得模糊，并限制了高对比度成像仪器的灵敏度。目前处理差分成像序列的大多数方法，如角度差分成像（ADI）和光谱差分成像（SDI），都会产生一个自校准数据集，这些数据集被组合在线性最小二乘解中以最小化噪声。由于望远镜PSF的时间和色度演化，最佳相关的参考图像通常是受行星污染最严重的，导致自减和减少行星吞吐量。在本文中，我们提出了一种算法，直接优化行星信噪比（SNR）的非线性方程。这种新的算法不需要我们拒绝相邻的参考图像和最佳的平衡降噪与自减影。然后，我们将展示如何将该算法同时应用于多个图像，以进一步减少相关噪声，直接最大化最终组合图像的SNR。最后，我们展示了一个说明性的序列HR8799使用新的朱莉娅为基础的信号噪声分析管道（SNAP）的技术。我们表明，SNR优化可以提供高达一个$5\times$的对比度改善接近明星。这种技术适用于新的和存档的数据，将允许检测更低的质量，更接近的同伴，或以更少的望远镜时间达到相同的灵敏度。
2021-03-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
A High-contrast Imaging Algorithm: Optimized Image Rotation and Subtraction
图像旋转减影（IRS）是一种高对比度的成像技术，可以用来抑制散斑噪声，便于直接探测系外行星。IRS不同于角差分成像（ADI），在角差分成像中，它将减去围绕其PSF中心旋转180度的图像副本，而不是减去所有PSF图像的中值。由于行星本身将旋转到PSF的另一边，IRS不会遭受行星自减。在本文中，我们已经介绍了一种优化算法的IRS（OIRS），它可以提供一个额外的对比度增益在小的角间距。OIRS的性能已经用ADI数据证明。然后我们对局部优化图像组合（LOCI）和OIRS算法获得的信噪比（S/N）进行了比较。最后，我们发现OIRS算法可以提供一个更好的S/N为小的角间距。
2015-02-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Observing Exoplanets with High Dispersion Coronagraphy. I. The scientific potential of current and next-generation large ground and space telescopes
由于系外行星与其宿主恒星之间的角距很小，对比度很高，因此对系外行星进行直接成像是一项艰巨的技术挑战。高色散日冕照相术（HDC）是一种对宜居带中的类地行星实现前所未有的灵敏度的途径。在这里，我们提出了一个框架来模拟HDC观测和数据分析。这些模拟的目标是对各种仪器配置、目标类型和科学案例的原始星光抑制和光谱分辨率之间的权衡进行详细分析。我们预测了凯克天文台的HDC仪器在近红外波段表征直接成像的气体巨行星的性能。我们还模拟了HDC观测的类地行星使用下一代地基（TMT）和空间基地望远镜（HabEx和LUVOIR）。我们的结论是，地面ELT更适合HDC的观测类地行星比未来的空间任务，由于收集面积的相当大的差异。对于地面望远镜，HDC观测可以在10 $^{-4}$星光抑制水平下在M矮星周围的宜居带探测到一颗类地行星。与10个$^{-7}$行星/恒星对比度相比，HDC将星光抑制要求放宽了10个$^3$。对于天基望远镜，探测器噪声将是光谱分辨率高于10 $^4$的主要限制。考虑到探测器噪声和斑点色噪声，R=400（1600）是HabEx（LUVOIR）的最佳光谱分辨率。对于HabEx（LUVOIR），探测行星/恒星对比度= $6.1\times10^{-11}$的行星的相应星光抑制要求放宽了10（100）倍。
2017-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
An innovative integral field unit upgrade with 3D-printed micro-lenses for the RHEA at Subaru
在目前正在建设的超大望远镜（ELT）的新时代，具有挑战性的要求推动摄谱仪设计朝着有效利用设施光收集能力的技术发展。与传统的高分辨率功率摄谱仪相比，在接近衍射极限的单模（SM）状态下工作，减少了仪器的占地面积。斯巴鲁的可复制高分辨率系外行星和星震光谱仪的定制注入光纤系统顶部带有3D打印微透镜，结合SCExAO的极端自适应光学，证明了其在实验室环境中的高效率，表现出高达理论预测性能的77%。
2021-01-24 astro-ph.IM
Detection and Characterization of Exoplanets using Projections on Karhunen-Loeve Eigenimages: Forward Modeling
一类新的高对比度图像分析算法，经验性地适合和减去系统噪声，导致最近发现的微弱的系外行星/亚恒星的同伴和散射光图像的星周盘。这些方法在增强微弱天体物理信号的可探测性方面非常有效，但它们通常会在其观测特性中产生系统性偏差。本文为这一突出问题提供了一个通用的解决方案。我们提出了一个线性扩展，捕捉天体物理过减和/或自减这些图像分析技术的影响的分析推导。我们研究的一般情况下，天体物理场景的参考图像的方位角和/或径向移动的视场作为观测策略的结果。我们的新方法是基于扰动的协方差矩阵的任何最小二乘散斑问题，并通过数据分析算法传播这种扰动。然后，我们展示了这种新算法的实际应用。我们首先考虑IFS数据中微弱点源的光谱提取的情况，并使用公共Gemini Planet Imager调试数据说明，我们的新的基于扰动的Karhunen-Loève图像处理正演建模（KLIP-FM）确实可以减轻算法偏差。然后，我们将KLIP-FM应用于与点源检测相关的问题。我们展示了它如何降低假阴性率（例如错过的行星），同时保持假阳性率不变时，与经典的最小二乘拟合方法。这可能对正在进行的直接成像调查的后续策略的设计产生重要影响。
2016-04-22 astro-ph.EP astro-ph.IM
Coherence differential imaging using gradient-boosted decision trees for the direct detection of exoplanets
LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（拉伊尔实验室，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎西岱大学，塞吉-蓬图瓦兹大学，法国国家科学研究中心）；Department of Computer Science (DCC), Universidad de Chile（智利大学计算机系）；Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸天文台，法国国家科学研究中心，拉格兰日实验室）
研究系外行星探测中受散斑限制的问题，提出用梯度提升决策树的增强相干差分成像方法EPICX，将差分信号建模为高维回归问题，优化散斑噪声与行星信号区分，并用模拟数据验证了该方法。
2026-07-20 astro-ph.IM
Direct Exoplanet Detection with Binary Differential Imaging
双星通常被排除在直接成像系外行星调查之外。然而，开普勒和径向速度计划的最新发现表明，行星可以并且确实形成于双星系统中。在这里，我们认为，视觉二进制直接成像提供了独特的优势。我们表明，二进制差分成像（BDI），即两颗恒星同时成像在同一波长内的等晕补丁在高斯特列尔比，提供了改进的点扩散函数（PSF）减法，可以导致增加敏感度的行星接近每颗恒星。我们通过观测一个年轻的目视双星来证明这一点，该双星的距离为4 \asec ~，MagAO/Clio-2的距离为3.9 \microns，其中Strehl比高，等晕斑大，巨行星明亮。将BDI与角微分成像（ADI）进行比较，我们发现对于我们观察到的特定二元，BDI的5 $σ$对比度比ADI的好\about 0.5 mags，在\about 1 \asec ~ 2范围内。由于行星通常居住在靠近其宿主恒星的地方，BDI是一种很有前途的技术，可以在恒星系统中发现经常被忽视的系外行星。BDI也比ADI和经典参考PSF减法的效率高2-4 $\times$，因为可以同时检测到目标和PSF参考周围的行星。我们目前正在利用这种技术在一个新的MagAO调查巨行星在140年轻的附近的视觉二进制。天基望远镜上的BDI不会受到等晕效应的限制，因此将成为成像和发现行星的更强大工具。
2015-08-31 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
First on-sky results of a FIOS prototype, a Fabry Perot Based Instrument for Oxygen Searches
针对极大望远镜探测系外行星大气氧气所需的高分辨率，提出基于链式法布里-珀罗阵列的FIOS原型，实现R=250,000-350,000，并设计八臂配置以超过R=300,000，可插入现有光谱仪提升分辨率。
2023-07-27 astro-ph.EP astro-ph.IM
Direct Detection of Known Exoplanets in Reflected Light: Predicting Sky Position with Literature Orbit Solutions
本研究开发开源Python工具projecc，利用文献轨道解预测已知系外行星在天空平面的位置，以支持下一代望远镜的反射光直接成像观测，并验证了GJ 876 b和比邻星b的预测精度。
2025-09-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
An Alternating Minimization Algorithm with Trajectory for Direct Exoplanet Detection -- The AMAT Algorithm
本文提出AMAT算法，通过L1/L2范数交替最小化联合估计散斑低秩结构与行星通量，并用似然比增强信号，在SPHERE-IRDIS和数据挑战中提升探测性能。
2024-10-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Direct High-Resolution Imaging of Earth-Like Exoplanets
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
太阳引力透镜技术能同时满足高分辨率成像和光子预算要求，为类地球系外行星提供真实表面图像和光谱学。
2025-11-21 astro-ph.EP astro-ph.IM gr-qc
Capabilities of ACAD-OSM, an active method for the correction of aperture discontinuities
未来天基和地基望远镜的孔径几何形状日益复杂，将限制下一代日冕仪对系外行星进行高对比度成像的性能。我们在这里提出了一种新的闭环优化技术，使用两个可变形反射镜来校正复杂孔径对日冕性能的影响，替代我们小组以前开发的ACAD技术。这种技术，ACAD-OSM，允许使用任何设计用于连续孔径的日冕仪，具有复杂的，分段的孔径，保持高性能的对比度和吞吐量。我们展示了这种技术在几种瞳孔几何形状（分段LUVOIR型孔径，WFIRST，ELTs）上的能力，为此我们使用几种可变形镜设置（尺寸，致动器数量，它们之间的间隔），coronagraphs（变迹瞳孔Lyot和涡旋coronagraphs）和光谱带宽获得了高对比度水平，这将有助于我们为未来的coronagraphic仪器提出建议。我们表明，这种主动技术的处理，没有任何修改的算法，改变或未知的光学像差或不连续性的瞳孔，包括光学设计失调，丢失的片段和相位误差。
2017-11-16 astro-ph.IM
Experimental study of a low-order wavefront sensor for a high-contrast coronagraphic imager at 1.2 lambda/D
高对比度成像将是未来ELT的一个挑战，因为它们的振动会产生低阶像差-主要是倾斜/倾斜-这会降低1.2 lambda/D及以上的日冕照相性能。低阶波前传感器（LOWFS）是测量和控制这些像差的关键。NASA艾姆斯研究中心目前正在开发一个模拟星光抑制系统的实验，其中包括一个以500 Hz实时控制倾斜/倾斜模式的LOWFS。LOWFS使我们能够将倾斜/倾斜干扰降低到1 e-3 lambda/D rms，将之前的对比度提高十倍，在1.2和2 lambda/D之间达到8 e-7。线性二次高斯（LQG）控制器目前实施，以改善甚至更多的结果，通过减少残余振动。该试验台是为EXCEDE（系外行星星周环境和磁盘探测器）任务开发的，该任务是美国航天局为技术开发选定的，旨在研究系外行星系统的形成、演变和结构，并将星周环境描述为恒星宜居带。它由一个0.7米的望远镜组成，配备了一个相位诱导振幅切趾日冕仪（PIAA-C）和一个2000单元的MEMS变形镜，能够在1.2 λ/D时达到1 e-6的原始对比度，在2 λ/D以上达到1 e-7。虽然该测试台模拟了太空条件，但其LOWFS的设计与斯巴鲁望远镜的SCExAO仪器相同，后者也存在同样的问题。实验结果表明，低阶扰动的良好知识是高对比度成像的关键资产，无论是实时控制还是后处理，在空间和地面望远镜。
2013-10-18 astro-ph.IM
A high precision technique to correct for residual atmospheric dispersion in high-contrast imaging systems
对系外行星的直接探测和光谱分析需要高对比度成像。特别是对于可居住的系外行星，位于距离主星很小的角距离处，使用小内工作角（IWA）日冕仪来有效地抑制星光是至关重要的。反过来，这些日冕仪需要仔细控制直接影响其性能的波前。对于地面望远镜来说，大气折射也是一个重要因素，因为它会导致PSF的拖尾，而这种拖尾不再能被日冕有效地抑制。传统上，大气折射由大气色散补偿器（ADC）补偿。ADC控制依赖于大气的先验模型，其参数仅基于望远镜的指向，这可能导致不完美的补偿。对于像斯巴鲁Coronagaphic Extreme自适应光学（SCExAO）系统这样的高对比度仪器，其采用非常小的IWA日冕仪，PSF的折射引起的拖尾必须在科学波段中小于1 mas以获得最佳性能。本文介绍了第一次剩余大气色散的天空测量和校正。大气色散直接从科学图像中测量，使用人工引入的散斑的自适应网格作为诊断反馈到望远镜的ADC。利用我们目前的设置，我们能够将宽带光（y-到H-波段）中的初始残余大气色散从18.8质量降低到4.2质量，并且仅在H-波段中降低到1.4质量。这项工作与即将到来的超大型望远镜（ELT）特别相关，这些望远镜将需要对其ADC进行精细控制，以实现其全部高对比度成像潜力。
2016-08-27 astro-ph.IM
Masses and Distances of Planetary Microlens Systems with High Angular Resolution Imaging
微透镜技术是目前唯一能够探测宽轨道、低质量、类似太阳系外行星的方法。对这些行星的质量测量将产生大量关于行星形成、系外行星人口统计、自由浮动行星、行星朝向星系的频率的科学。对过去微透镜目标的高分辨率跟踪观测提供了微透镜行星和宿主的质量测量，不确定度<20%。这将是WFIRST质量测量的主要方法。我们主张，在未来十年内，AO，HST和JWST（未来）的高分辨率观测仍然是必要的，以开发方法，确定字段和过滤器选择，了解系统学，并开发一个强大的管道，以发布来自WFIRST微透镜调查的高质量数据产品，以便天文学界能够迅速参与科学。我们还支持美国ELT与先进的激光AO系统在提高WFIRST微透镜调查的科学回报的背景下，未来的高分辨率观测。我们赞同国家科学院发布的2018年系外行星科学战略报告。本白皮书扩展并补充了其中提供的材料。特别是，这份白皮书支持美国国家科学院系外行星科学战略报告的建议：NASA应该发射WFIRST，对遥远的行星进行微透镜调查，并展示对系外行星目标的日冕光谱技术。该白皮书还支持该报告的结论，其中指出：“一些活动，包括使用地面和空间设施的前兆和同步观测，将优化WFIRST微透镜调查的科学产量。"
2019-03-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Calibration of quasi-static aberrations in exoplanet direct-imaging instruments with a Zernike phase-mask sensor. II. Concept validation with ZELDA on VLT/SPHERE
温暖或巨大的气体巨行星，褐矮星和附近恒星周围的碎片盘现在经常被大型地面天文台上的专用高对比度成像仪器观测到。这些设施包括极端自适应光学（ExAO）和最先进的日冕照相术，以实现系外行星探测和光谱表征的前所未有的灵敏度。然而，ExAO传感路径和科学路径之间的差异像差代表了检测巨行星的关键限制，这些巨行星的对比度低于几个$10^{-6}$，与其宿主恒星的距离非常小（<0.3 \as）。在我们以前的工作中，我们提出了一种基于Zernike相衬方法的波前传感器来规避这个问题，并在纳米级测量这些准静态像差。我们介绍了ZELDA的设计，制造和测试，这是一个原型，安装在VLT/SPHERE在其重新整合在智利。使用仪器的内部光源，我们进行了测量中的Zernike或傅立叶模式引入的变形镜的存在。我们的实验和模拟结果是一致的，证实了我们的传感器能够以纳米精度测量小像差（<50 nm rms）。然后，我们修正了长寿命的非共路像差的SPHERE的基础上ZELDA测量。我们估计在0.2 \as时冠状造影图像中的对比度增益为10，达到仪器中冠状造影设置的原始对比度极限。ZELDA的设计和相位重建算法的简单性使其成为在线测量观测过程中准静态像差的一个很好的选择。在当前和未来的设施（ELT，未来的空间任务）上实施基于ZELDA的传感路径可以简化对附近恒星周围的冷气体或大质量岩石行星的观测。
2016-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Cascade adaptive optics with a second stage based on a Zernike wavefront sensor for exoplanet observations II. Validation in broadband light on the ESO/GHOST testbed
Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸天文台）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；European Southern Observatory (ESO)（欧洲南方天文台）；University of Arizona（亚利桑那大学）
针对地面高对比度成像中XAO残差限制性能的问题，提出基于Zernike波前传感器的快速第二级级联AO方案，并在宽带光下通过GHOST测试平台验证，对比度提升可达一个数量级。
2026-06-26 astro-ph.IM
Wavelet based speckle suppression for exoplanet imaging - Application of a de-noising technique in the time domain
上下文高对比度系外行星成像是一个快速增长的领域，这可以从投入的大量资源中看出。事实上，所有主要的地面天文台都在通过直接成像来探测和描述系外行星的特征。目的。我们的目标是提高信噪比（SNR）可实现的地面，自适应光学辅助系外行星成像，通过应用先进的后处理算法。特别是，我们调查的好处，包括时域信息。方法.本文提出了一种基于小波变换的散斑噪声抑制方法。这种技术明确地考虑了给定数据集中的时域（特别是散斑变化的频率及其时间依赖性），并允许我们过滤掉散斑噪声。我们结合我们的基于小波的算法与国家的最先进的主成分分析（PCA）的PSF减法例程，并将其应用到已知的直接成像的系外行星的档案数据集。在L滤波器中获得数据集，其中短的积分时间允许对散斑变化进行足够高的时间采样。结果我们证明，可以实现高达百分之四十至六十的峰值信噪比的改善。我们还表明，当与小波去噪相结合时，PCA PSF模型需要系统地更少数量的组件以实现最高的SNR。然而，改进潜力取决于数据集，或者更具体地说，与给定数据集中可用的场旋转密切相关：更大的旋转量允许更好地抑制斑点噪声。结论.我们已经证明，通过应用先进的数据后处理技术，可以提高档案高对比度成像数据集的对比度性能。
2018-04-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Detection via Differentiable Rendering
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Northwestern University（西北大学）；University of Toronto（多伦多大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出基于可微渲染的方法，利用波前传感数据改进系外行星直接成像中的星光扣除，并在詹姆斯·韦伯空间望远镜仿真中显著提升对比度和探测极限。
2025-01-03 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.CV
The Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics system: enabling high-contrast imaging on solar-system scales
斯巴鲁Coronagraphic Extreme自适应光学（SCExAO）仪器是一种多用途高对比度成像平台，旨在发现和详细表征系外行星系统，并作为ELT高对比度成像技术的测试平台。它是一个多波段仪器，利用600至2500纳米的光，可以直接对恒星宿主内部3 λ/D的系外行星进行日冕照相成像。波前传感和控制是SCExAO操作的关键。由Subaru的设施自适应光学系统提供低阶模式的部分校正，最终校正包括高阶模式，通过可见金字塔波前传感器和2000元件可变形反射镜的组合在下游实现。然后可以将良好校正的NIR（y-K波段）波前注入任何可用的日冕仪中，包括但不限于相位诱导振幅变迹和矢量涡旋日冕仪，这两者都提供低至1 λ/D的内部工作角。非共光路，低阶像差感测与日冕低阶波前传感器在红外（IR）。低噪声、高帧率的近红外探测器可实现主动散斑消除和相干差分成像，而HiCIAO成像仪和/或CHARIS积分场摄谱仪（2016年中期开始）中的HAWAII 2 RG探测器可进行更深的曝光和/或执行角度、光谱和偏振差分成像。可见光科学由两个干涉测量模块提供：VAMPIRES和FIRST，它们分别具有偏振和光谱测量能力，能够在可见光区域进行亚衍射极限成像。我们详细描述了仪器，并提出了初步的结果在天空和实验室。
2015-06-30 astro-ph.IM
On-sky closed loop correction of atmospheric dispersion for high-contrast coronagraphy and astrometry
自适应光学（AO）系统提供高水平的波前校正，现在在天文台很常见。波前校正后图像质量的主要限制之一来自大气折射。大气色散补偿器（ADC）用于校正大气折射。基于由作为望远镜仰角的函数的色散值组成的查找表来应用校正。基于查找表的大气色散校正导致不完美的补偿，从而导致在点扩散函数（PSF）中存在残余色散，并且当需要亚毫角秒精度时是不够的。残余色散的存在会限制使用高性能日冕仪时可实现的对比度，或者会损害高精度天体测量。本文首次提出了直接利用科学路径图像进行大气色散的天空闭环校正。色散测量背后的概念利用焦平面散斑的色度缩放。使用具有足够大数量的致动器的可变形反射镜（DM）生成的自适应散斑网格来精确测量残余色散，并随后通过驱动ADC来校正残余色散。我们已经证明了与斯巴鲁Coronagraphic极端AO（SCExAO）系统的天空闭环校正的残余色散在H波段< 1质量。这项工作将有助于用即将到来的超大望远镜（ELT）直接探测可居住的系外行星，并提供诊断工具来测试需要亚毫弧秒校正的仪器的性能。
2017-10-30 astro-ph.IM
First laboratory demonstration of iEFC for high-contrast imaging at small angular separation on ELT scales
Stewart Observatory, Univ. of Arizona（斯图尔特天文台，亚利桑那大学）
本文在SPEED测试平台上首次实验演示了iEFC技术，在分段瞳孔上实现1-4 λ/D小内工作角暗孔，证明其适用于ELT级高对比度成像与系外行星探测。
2026-09-30 astro-ph.IM
Machine learning revolution for exoplanet direct imaging detection: transformer architectures
针对系外行星直接成像的极端对比度和斑点噪声挑战，提出结合CNN特征提取器与Transformer编码器的混合架构，利用时间信息建模行星相干运动，在合成与半合成数据集验证其优于传统方法，为系外行星探测提供高效自动化方案。
2025-08-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Portable Adaptive Optics for Exoplanet Imaging
Las Campanas Observatory Carnegie Institution of Washington（卡内基科学研究所拉斯坎帕纳斯天文台）
便携式自适应光学系统实现中等望远镜系外行星直接成像，通过高对比度成像技术揭示已知系外行星κ And b。
2025-12-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
