NAOC 1m反射望远镜CCD相机的性能研究

研究了国家天文台兴隆观测基地1m反射望远镜新安装的VersArray1340×1300BCCD照相机的性能。它有几乎没有图案的良好本底（bias），极低的读出噪声和暗流。用平场序列露光来检测其线性时，能得到线性良好的转移曲线（transfercurve）。但是，不论在平场露光（面光源）还是在恒星（点光源）的观测中，当像元值约高于55000adu时（增益3．7e^-／adu），都会产生溢出。此时CCD并未满井。因此，使用它做点扩散函数分析研究时，要避免使用太亮的星像。不过，由于电荷守恒原理，对产生溢出的孤立亮星像，仍然可以做孔径测光。此外，该相机的快门函数也已测定。     

上海天文台1.56m反射望远镜新CCD相机的快门函数及线性(英文)

20 0 2年 9月 12日曾对上海天文台 1.5 6m反射望远镜新安装的Tek 2 0 4 8× 2 0 4 8CCD照相机的快门函数进行了测定 ,以供用户使用。还检验了此CCD系统的线性 ,证明它的线性在整个 0～6 0 0 0 0adu范围内良好     

1.56m望远镜新CCD相机MPP模式开与关的对比(英文)

1 .5 6m望远镜新CCD系统是在里克天文台用其控制电路组装而成的。该系统能在MPP模式与非MPP模式之间自由快速转换。我们比较了两种模式的性能差异 ,得到 :(1)增益和读出噪音不变。 (2 )在 - 10 0℃温度 ,MPP模式的暗流对短的或中等长度的露光可以忽略 ,并且暗流对CCD芯片的温度变化不太敏感 ;非MPP模式的暗流有确定的图案 ,对CCD的温度变化比MPP敏感。因此稳定的低温是必须的 ,并且使用时须减暗流。 (3)使用MPP的代价是 ,相对于非MPP模式 ,动态范围至少减小约 90 0 0adu(增益 4 .6e- /adu)。用户使用时应按照科学目的选择模式。     

天文选址相机的研制

详细介绍了天文选址用CCD相机的开发研制．系统探测器选用具有累进扫描模式的ICX098ALCCD芯片，采用相关双采样信号读出电路、USB通讯接口实现数据与命令的传输．对系统工作性能进行了详细的测试：12℃条件下暗流约为52adu／see，系统增益(system gain)为2.2e／adu，读出噪声(readout noise)为30e．最后给出了在日本冈山天体物理观测所对大气宁静度的实测结果，该结果与冈山已有仪器测量值吻合．     

关于云南天文台Tek 1024CCD的线性及其他

云南天文台新安装的Tek 1 0 2 4× 1 0 2 4CCD系统是一个很好的系统。天文上应用CCD的主要目的是测量暗弱天体 ,该系统满足这个要求。但在亮端 ,测量显示 ,当读数大于 2万多adu时 ,CCD响应对线性的偏离已经开始大于 1 % ,当读数接近 6 0 0 0 0adu时 ,响应不但是非线性的 ,而且显得不稳定。另外 ,顺便给出用 1 0 0KHz读出的bias图并作了讨论     

LAMOST CCD相机总控的设计与实现

大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)使用了16台低色散光谱仪、32台科学级CCD相机对目标进行光谱拍摄。CCD集总控制器MASTER是其32台CCD相机的中枢,它控制CCD按观测需要进行曝光、管理CCD状态和诊断相机故障。针对LAMOST相机系统的结构和UCAM控制器的特点,设计了MASTER系统;介绍了与OCS和UCAM接口的方式,并分析了对命令和状态的管理。     

CCD平场改正精度对CCD测光精度的影响

本文讨论了CCD平场改正精度对CCD测光精度的影响。结果表明,CCD平场改正精度对CCD测光精度有很大的影响。因此,在CCD的测光精度范围之内,为了提高观测的极限星等,必须认真做好平场。此外还表明:(1)在同样的平场改正精度下,平场改正精度对CCD测光精度的影响还与视星等有关。星等值越大(天体越暗),影响就越大;(2)在一般情况下,只要被观测对象的视星等亮于18等(包括18~m),平场改正精度对CCD测光精度的影响都小于0.12~m;(3)当被观测对象的视星等暗于19等时,必须提高平场的改正精度,使其平场改正精度高于本文的结果,否则测光精度将太差、结果不能用。     

空间碎片光学观测中若干问题研究

<正>地基光学观测是探测空间碎片的重要手段.本文从目标搜索方案的制定、目标质心提取、目标精密定位以及目标关联4方面入手,研究提升设备探测能力、提高目标观测精度的方法.首先,为了满足对GEO(Geosynchronous Orbit,地球同步轨道)空间碎片探测的要求,克服长时间曝光CCD像元饱和溢出的问题,使用多帧连续曝光图像叠加的方法,增加图像的宽容度,同时保证系统的探测能力.实验表明,叠加10帧连续图像,有效消除了像元饱和的情况,提升目标信噪比约3.2倍,提升探测能力约2.5 mag,使用底片常数的均值计算目标位置,精度符合要求.使用星像几何形态检测     

关于CCD平场快门效应的改正及有关问题

本文对文献中报道的两种测定快门效应改正的方法进行了讨论．我们指出，对反光镜卡焦，即使面光源本身亮度分布均匀，照射在ＣＣＤ上的辐射也可以不均匀，允许有一个二维分布。但如果这种亮度的相对分布在晨昏蒙影过程中也变化，则Ｓｕｒｍａ方法的应用便要受到影响，而这是许多人忽略的．从单纯测定快门改正函数的角度看，圆顶平场法测定更简单准确．可惜，大多数情况下精确改正快门效应的目的是同时得到精确的平场．如果要求１％或更高精度的平场，单测定快门改正还不够．对每架给定的反光镜，如何测定平场本身都是需要仔细研究的事． 作为例子，给出了佘山１．５６米反光镜加Ｔｈｏｍｓｏｎ ＲＣＣＤ（１０２４ ｘ １０２４像元）的快门改正测定．     

关于地平式反射望远镜的CCD平场(英文)

现有标准设计的反光望远镜在拍摄CCD平场时,绝大多数都受残留散射光的影响.但是赤道式与地平式反光镜所受影响是不同的.在赤道式上做时间序列较差测光时,只要待测星永远位于CCD的固定像元上,不太准确的CCD平场也能得到高精度的测光结果.当需要0.1%～0.3%精度的平场时,则可以采用夜天平场.地平式的特点是,它的CCD相机必须置于旋转器上,在跟踪天体时不停地旋转,以抵消地球自转的影响.上述用于赤道式的方法失效,因此,在CCD平场时,消除散射光的影响比赤道式更为重要.一个典型的地平式反光镜的例子是NAOC兴隆天文台的EOS 1米镜.虽然该台已附加了防散射光的装置,但是对所有B、V、R、I滤光片,在不同旋转器位置拍摄的CCD平场,仍然有2%～3%的差别(主要是梯度).该文给出了改进的建议,必须满足下面两个条件:Cij=C(r);旋转器的中心与反光镜的光学中心重合.此问题的解决对所有地平式反光望远镜都有普遍意义.     

大天区望远镜中sCMOS相机的测光精度分析

与传统CCD (Charge Coupled Device)相机相比, s COMS (scientific Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机被广泛装备于超大天区巡天设备,与传统CCD相机不同的是sCMOS相机采用卷帘式快门,因此对其进行测光精度的分析工作是很有意义的.首先,将s CMOS相机拍摄的图像与UCAC2 (The Second U.S. Naval Observatory CCD Astrograph Catalog)星表进行匹对,识别图像中的UCAC2标准星.接着对图中的标准星进行测光并提取测光数据进行最小二乘直线拟合,获得了相应的系统转换系数并得到仪器星等至标准星等的转换公式.然后,将转化后的仪器星等和标准星等做差并计算相应的均方根误差.最后,利用计算得到的均方根误差评估sCMOS相机的测光精度,并将标准星按星等划分后,分析了相应的测光误差.计算结果表明在标准测光夜测量亮度亮于14等的星时,测光精度优于0.15 mag.通过实测精度分析可知卷帘快门sCOMS相机具有较高的测光精度,基本满足空间碎片巡天观测的要求.     

基于图像叠加的GEO目标探测方法

为了满足地球同步轨道(Geosynchronous Orbit,GEO)空间目标的探测要求,克服长时间曝光CCD像元出现饱和溢出的情况,提出使用多帧连续曝光图像叠加的方法,增加图像的存储范围,同时提升目标的信噪比,保证系统的探测能力.实验结果表明,利用10帧连续图像叠加的方法,可以有效消除像元饱和的情况,提升目标信噪比约3.2倍,提升探测能力近似2.5星等,且序列图像的底片常数精度可靠,用底片常数的均值计算目标位置,精度符合要求.结果验证了使用图像叠加方法探测GEO目标的可行性.     

利用数学形态学算子方法处理无快门相机的拖尾图像

使用全帧转移CCD相机观测空间目标往往拆除快门,从而产生拖尾,严重影响了目标的探测和定位.基于星像与拖尾几何形态的不同,使用数学形态学方法处理拖尾图像.通过比较拖尾处理前后图像中恒星的定位精度和空间目标的定位精度,验证形态学方法可以有效消除天文图像中的拖尾,显著提高拖尾图像中恒星与动目标的探测率及定位精度.结果表明数学形态学方法是一种有效的去除拖尾的方法.     

整体平差方法在CCD天体测量中的应用

回顾了基于底片重叠观测的整体平差方法的发展历史和应用概况，分析了该方法应用于底片资料处理没有取得预期效果的原因，介绍了小视场CCD重叠观测的整体平差研究进展．分析与实测资料归算表明，整体平差方法可以在CCD资料处理中充分发挥作用，在保证长焦距、小底片比例尺的同时，通过对CCD重叠观测的整体平差(相当于扩大观测视场)，可覆盖更多的参考星，进而达到改善局部参考架、提高归算结果精度的目的。     

近地天体望远镜配置大阵面CCD后轴外像差的校正

近地天体望远镜由SI600S (4k×4k) CCD升级为STA1600LN (10k×10k) CCD后,观测视场由4 deg~2增至9 deg~2,可用视场直径由望远镜原设计视场的3.14°增至4.28°,超出原设计36%,同时作为CCD密封窗的场镜增厚8.75 mm;两个因素导致10k CCD成像的轴外像差增大,视场外围的像质变差.依据望远镜原始设计光学参数,借助光学设计软件ZEMAX进行像质改善尝试,最终选择在10k CCD场镜前插入一个由两片球面透镜组成的场改正镜,使10k CCD的轴外像差得到校正.同时还提出了一个进一步拓展近地天体望远镜观测能力的设计方案,将望远镜的可用视场从目前的14.38 deg~2扩展至28.27 deg~2.     

电荷守恒与CCD孔径测光

Lick天文台的CCD控制器是一类新型控制器,它能够在同一CCD系统内实现MPP(Multi—pinned phase)和通常工作模式间的转换．自2002年起中国至少有4架 CCD照相机使用这类控制器．此控制器的弱点是溢出发生在非线性前,而且远在饱和以前．虽然这对亮的面光源观测不利,并且它妨碍了使用亮星构建点扩散函数(psf)．但是由于电荷守恒原理,对亮的点源(恒星)的孔径测光依然可行．观测证明了此结论．     

对弱信号CCD图像噪声的最佳化处理

本文在分析CCD读出图像噪声的统计特性和目前CCD图像预处理的基础上,提出了对CCD读出数据的最佳化处理方法。该方法对CCD读出噪声和其它随机噪声都有较好的抑制效果,使用该方法可以从迭加有随机噪声的数据中得到信号的最佳估值,提高弱信号CCD读出图像的信噪比。     

适用于大视场的快速星像匹配算法

基于CCD图像的天文观测中,星像匹配是一项基本的任务。提出一种基于k-d树和k-means聚类算法的星像匹配算法,应用三角形不变性元组对相似三角形进行盲匹配,算法可以间接计算CCD图像的比例尺。三次使用k-d树优化计算,并使用k-means聚类算法对图像进行分割,提高星像匹配的精度。使用云南天文台1 m望远镜拍摄的稀疏星场和2.4 m望远镜拍摄的密集星场进行了星像匹配算法的测试。实验结果表明,该方法能较好地自适应图像比例尺的微小变化,同时提高星像匹配的精度。     

天文用2K×2K高速CMOS相机的研制与测试结果

高性能CMOS成像器件的技术近年来发展迅速,与长期在天文观测中占统治地位的CCD器件相比,CMOS在读出速度、功耗、空间应用的可靠性等方面具有一定的优势。为了探索CMOS成像器件在天文领域中的应用,我们以Fillfactory公司最新的高速、大面阵CMOS芯片LUPA 4000为基础,研制了一台天文相机并对其进行了测试。本文简要介绍了CMOS成像器件的概述,相机软、硬件系统的组成,以及在实验室条件下得到的读出噪声、增益、线性和增益等若干测试结果。     

天文观测攻略系列之十五 数码时代的摄影和天文摄影基础（二）

快门 快门是镜头前阻挡光线进入机身内部的装置。快门打开,机身内的底片或传感器就曝光（也叫感光）。快门开闭的速度可快可慢,在相机上以数字标出,不过直接显示出来的数字一般是快门速度的倒数。