丽江天文观测站全天相机介绍

全天相机作为一个对天文观测台站全天云量信息进行监视的工具,对天文观测的正常进行发挥着重要的作用,目前世界上主要天文台均配备有全天相机,为了满足对全天云量信息进行实时监视的需求,丽江天文观测站正式安装架设了一套全天相机系统。从硬件安装架设、软件调试到实际测试等方面,详细介绍了全天相机系统的设计方案以及遇到的问题,讨论了对问题的解决措施,重点介绍了根据天光亮度数值调整相机曝光时间的方法,这也是主要创新与特色之处。     

基于卷积神经网络的全天空地基云图分类研究

全天相机拍摄的全天空地基云图能够实时反映当地的云量信息,而云量是天文选址首先考虑的因素之一。因此,对全天空地基云图根据图像质量、应用背景等因素进行自动化分类,实现鲁棒性高、适应性强的自动化分类算法,为天文选址提供重要帮助。基于雪龙号全天相机数据对卷积神经网络模型进行训练,并使用丽江观测站全天相机数据进行测试,取得了较好的应用效果,实现了可迁移性高的全天空地基云图自动化分类方法。     

一种全天相机云图的自动处理方法

使用全天相机拍摄云图是现在天文界广泛使用的监测天空云量的方法。云量的估算结果对望远镜观测有重要的影响,目前对云量的估算完全由人工处理,费时、费力而且准确度不够高,判别过程也完全依赖个人的经验。为此,提出一种针对全天相机云图的云量自动计算方法。首先针对多云和少云云图分别使用时间分割法和差分法去除云图中月亮影响区域;然后对去除月亮影响区域后的多云云图进行二值化处理,将云与背景进行分割,并使用基于灰度值的聚类算法对少云云图的云的厚薄进行量化分类;最后计算总云量,并依据30 m口径望远镜(Thirty Meters Telescope,TMT)判读全天相机云图的方法对云图进行自动分类。实验结果表明,该方法可提高云图判读效率,在有效解放人工的同时,也达到了平均值为76. 67%的识别准确率。     

基于虚拟天文馆对全天相机姿态的精确测量

全天相机已广泛应用在气象、天文等领域,在监测云量、夜天光、流星时,需要准确掌握相机的姿态参数,特别是在安装和运维中造成的偏差。旨在开发一套基于虚拟天文馆的像场测量方法,通过比较参考恒星的虚拟坐标及其像点的实测坐标,高精度地测量相机的姿态参数。使用中国科学院云南天文台安置于四川无名山观测站的全天相机,分析了2016年至2017年获得的4组全天图像,采集了容量分别约为10、50、200的恒星样本,通过Stellarium虚拟天文馆获得了恒星的地平坐标,对全天相机像场的天顶位置、测者子午线方向等基本参数进行了精确的测量。主要结果为:(1)开发了一种基于虚拟天文馆计算恒星地平坐标功能的测量方法,使姿态测量建立在容量较大的参考恒星上,该方法准确度高,对设备配置的依赖性低,具有较强的可移植性;(2)采用网格法对图像天顶的定位达到了亚像素的精度,有望满足高精度定位监测的需要;(3)全天相机姿态精度的首要指标是光轴的竖直性,光轴偏离天顶对投影的轴对称造成不可忽略的影响;(4)维护作业对圆形像场几何参数的改变甚微,但可能改变指向和旋转角,并需要重新测量;(5)生成了符合制图惯例的可视化产品,为监测数据的深入分析奠定了基础。     

南极中山站全天信息采集系统

南极高原拥有独特的天文观测优势,为了对南极中山站夜天文观测条件进行实测研究,中国科学院云南天文台专门研制了一套具有耐低温、自动除雪除霜等适应南极气候特征的全自动全天信息采集系统,该系统可以提供实时的全天云量、天光背景和全天图像,并将信息推送到网页实时显示。介绍了系统的研制及为适应南极气候进行的耐低温实验,统计分析了中山站2016~2017年的全天信息数据,结果显示,中山站2016和2017年的可观测时间为772.21 h和437.38 h,可观测夜数为93 d和51 d,天光背景最大真实值为22.05 Mag/arcsec 2,年平均气温为-10.6℃,最高气温19.1℃,最低气温为-44℃,2016年平均相对湿度为55.2%。     

全天相机在多设备巡天中的应用

天文观测站夜天空星像星等信息和天区分布信息可用于指导多设备巡天观测.建立全天相机监测系统(Monitoring all-sky system)对本地天区夜天空实时监测,获取的监测图像需要有效的方法进行处理以提取全天图像星像信息.由于全天图像视场大和高阶扭曲的影响,采用天顶等距投影与多项式函数组合的方法计算图像的底片常数.天文定位的均方根残差约为0.15个像素.通过对图像中亮星部分测光得到的星等差,改正大气消光误差.最后使用HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelation)方法实现天区划分和每个天区可观测极限星等值的存储.     

图像移位堆叠方法用于暗天然卫星的天体测量

暗弱天然卫星与主带小行星相比,具有亮度低、速度变化快的特点.在观测这类天体时,不能简单地延长曝光时间来提高其信噪比.尝试观测多幅短曝光的CCD (chargecoupled device)图像,采用移位堆叠(shift-and-add)方法,希望提高目标成像的信噪比,获得暗弱天然卫星的精确测量结果.使用2018年4月9—12日夜间,中国科学院云南天文台1 m望远镜(1 m望远镜)拍摄的木星5颗暗卫星的229幅CCD图像,实施了移位堆叠试验.为了验证结果的正确性,与相近日期中国科学院云南天文台2.4 m望远镜(2.4 m望远镜)观测的相同木卫图像的测量结果进行了比较和分析.位置归算采用了JPL (Jet Propulsion Laboratory)历表.结果表明,对CCD图像使用移位堆叠方法,通过叠加约10幅曝光时间100 s的图像, 1 m望远镜能观测暗至19等星的不规则天然卫星,而且测量的准确度与2.4 m望远镜的测量结果有良好的一致性.     

姚安天文观测站的夜间红外云量特征分析

云对天文观测具有重要影响,云量是衡量天文台址质量的重要指标.位于姚安天文观测站的红外云量仪,用于获取实时的全天高空间分辨率云图.结合空间碎片的实际观测,严格按照天文夜对累积1yr(2015-08-01—2016-07-31)的夜间云量数据进行统计和分析.姚安站的年平均夜间云量为4.42成,年天文可用夜为236个,其中测光夜98个,半测光夜44个,光谱夜94个.云量具有明显的两季特征:5月至10月间为雨季,云量显著增多,其中7月份观测条件最差;11月至次年4月为旱季,云量较少,每月的天文可用夜均在23个以上,其中1月份的测光夜最多,3月份的天文可用夜最多.结合云层对天文观测的威胁程度,统计不同云量的总时间和每月的云量分布情况,评估观测站的气象条件,为合理安排观测计划提供参考.     

一种基于全天相机云图的云量测量指标

全天相机云图是监测云量的重要手段,提出了一种新的云量测量量化指标——云分布密度(Cloud Distribution Density of ASI Images, ASICDD),并基于该指标建立全天相机云图自动分类系统。首先对云图进行去噪,利用最大类间方差法(Otsu)分割云区域;然后对去除背景的云区域图像使用云分布密度计算云量;最后使用4种传统的分类器(支持向量机、K最近邻、决策树和随机森林)根据计算数值进行自动分类并评估各分类器的性能。结果表明,云分布密度可作为评判全天相机云图云量的数值指标;基于云分布密度建立的云图自动分类系统实现了较高的识别准确率,其中随机森林法的分类效果最好,各类云图的识别准确率达到95%以上。     

南京大学65cm反射式望远镜CCD相机的性能研究

2021年6月,使用南京大学本科实验教学的65 cm反射式望远镜系统,对其后端的电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)的性能采用圆顶平场法进行了实际测定,得到了CCD相机的快门函数;同时用平场序列曝光,检测了CCD相机的线性。CCD相机的读出值从0到61 900模数转换单位(Analog-Digital Unit, ADU)非线性小于1%,同时CCD相机的増益为1.02e^-/adu,读出噪音为13e^-。但对于恒星这样的点光源的观测,当像元的数值高于38 000 adu时产生溢出。因此,在使用本CCD相机做点光源观测研究时,需要选择恰当的曝光时间,避免星像溢出。实际天文观测中,利用此研究得到的快门函数可以对观测图像进行校准,有效提高测光精度。     

Ⅱ型多功能天文经纬仪图像采集系统

II型多功能天文经纬仪是中国科学院云南天文台为了满足利用多台仪器组网监测本地铅垂线变化信息的需求研制的一种地面天体测量仪器。仪器的图像采集系统使用3台非制冷CCD作为采集终端,工作在外触发模式,利用望远镜控制系统提供的外触发信号按照观测时序触发相机。介绍了望远镜的具体工作模式,对图像采集系统的工作流程给予说明;介绍了采集系统的硬件构成、软件框架和涉及的主要编程方法;给出了图像采集系统的软件工作界面和所采集的图像,并对拍摄的恒星像成像质量进行了简单分析。     

回忆昔日昆明凤凰山天文台的往事

抗日战争期间,国民党中央研究院的天文研究所从南京紫金山避难内迁昆明,即在凤凰山建立天文观测站。1941年九月天文研究所派出了日食观测队远征甘肃临洮从事观测。因仪器设备简陋,观测项目只包括有:1.从初亏至复园每五分钟曝光一次的照像。2.拍太阳边缘的闪光谱。3.全食时的天光与月光下天空亮度的比较。4.树荫下许多月牙     

1.2米地平式望远镜指向模型的研究 (1.全天指向模型的建立)

介绍了云南天文台1.2米地平式望远镜用于天文观测和图像采集处理的方法,建立了新的、独特的全天指向模型,大大提高了该望远镜的指向精度,达到1″,并在多年的实际应用中得到验证。     

多功能天文经纬仪图像采集系统

多功能天文经纬仪是云南天文台新近研制的一种基于通用CCD观测的天体测量望远镜。在这台新型望远镜中,用两个模拟相机分别测量仪器的水平差和高度轴的准直差。当望远镜工作时,望远镜控制系统发出两路触发信号．一路控制数字相机,另一路控制两个模拟相机。两个采集卡分别安装在不同的工作站上,工作在外触发模式。介绍了望远镜的转轴观测模式,主要包含转轴前和转轴后两个观测阶段,采集图像的时刻和数量是由外触发信号控制的。介绍了硬件结构图。说明了软件编写的流程和实现方法．并且对系统中涉及的主要程序算法进行了较为详细的说明。图像采集软件的编写采用VC＋＋和SaperaLT。给出了采集系统软件的工作界面及图像采集系统采集的图像．并对数字相机拍摄的恒星像进行了简单的分析。     

欧南台观测钱德拉深空天区

三个欧洲天文学家小组获得了南天一个区域的真彩色,最深的大视场图像。这一成果补充了钱德拉X射线天文台在天炉座方向的南深空天区观测(CDF-S)。CDF-S是1999年曝光100万秒获得的,如此长的曝光足能探测到可以观测到的最暗的X射线源。 新图像是由智利拉西亚天文台的2.2米MPG/ESO望远镜上的大视场成像器(WFI)拍摄的。WFI是用     

全天相机云图去噪算法的研究

全天相机云图在天文观测领域具有重要价值,但云图所含噪声会造成不良影响。先后分析了星光噪声、月光噪声、日光噪声、雷电噪声、反光噪声和特殊噪声等对云图的影响,并总结出不同类型噪声的分布、区域大小等特点,最后结合与云层的相对位置关系提出了边界阈值法、时间轴法、反比例线性变换等8种图像处理去噪算法,并形成一个完整的去噪系统。通过实验对不同的算法加以比较,得出不同噪声情况下的最佳去噪方案。实验结果表明,该系统可以有效去除常见噪声,基本保持云层和天空的信息完整性,可简单便捷地实现云图去噪。     

恒星系统中暗弱伴星的高分辨率成像探测

天文图像的高分辨率重建技术日益成为天文观测的一种手段.随着云南天文台丽江高美古2.4m望远镜的建立,基于2.4m望远镜利用高分辨率图像重建技术,对恒星系统中可能存在的暗弱伴星进行探测将成为一个现实的课题.本文拟通过实验和理论计算来论证,基于2.4m望远镜,利用天文图像的高分辨率重建技术,对恒星系统中可能存在的暗弱伴星在一定亮度范围内进行探测的可行性.     

天体力学研究室

云南天文台天体力学研究室是从昆明天文站人造卫星观测组的基础上发展起来的。现有科技人员30名,按常规观测设立了四个观测组,并以它为基础根据课题需要组成课题组(见附录一),拥有光学目视、照像、激光测距,无线电多卜勒测速等一套比较完整的人造卫星观测手段。主要的设备是: 天文大地测量自动照像机(SBG)一台,其施密特系统主镜口径530mm,四轴数控跟踪。跟踪拍摄卫星的极限星等为11等。     

云南天文台丽江高美古和昆明的大气视宁度研究

研究云南天文台昆明凤凰山和丽江高美古两地点的大气视宁度。利用云南天文台于1994年建立的3孔较差视宁度监视仪（3孔DIMM），对这两个地点的视宁度对比观测。还利用云南天文台的1米望远镜所得到的视宁度与3孔DIMM所测的视宁度进行对比。1米望远镜和3孔DIMM同时观测了7个晚上，各取得308组数据，它们的视宁度平均分别为0．90〃和0．84〃。还讨论了3孔DIMM采用不同曝光时间对视宁度测量值的影响，从实验得出3孔DIMM采用20ms曝光比采用8ms曝光所测视宁度的值要好15％左右。从1995年5月－1996年12月，对丽江高美古和昆明凤凰山二地进行了视宁度的对比观测。在高美古和昆明分别观测了234夜和256夜，观测结果是两个点的视宁度平均；丽江为0．70〃，昆明为0．95〃，同时也统计了两个点的月平均视宁度和最好夜的视宁度，并讨论了两地视宁度随时间的变化规律。     

流星漫谈（四）

本期我们要谈到的是拍摄流星时相机设置,并介绍几个重要的概念。它们就在我们日常的拍摄中,但经常被忽略。我们都很熟悉ISO、光圈、快门,但是数码单反的ISO具体原理是怎样的呢？曝光时间对照片又有什么影响呢？希望这些概念可以或多或少地帮助您更好地运用器材。如果还能对其他天文摄影或测光观测提供参考,笔者就会欣喜不已了。