微像素質(zhì)心定位技術研究
發(fā)布時間：2021-07-09 07:38
近年來,針對地外生命和地外行星系統(tǒng)的搜索成為了人類太空探索的熱點,特別是位于宿主恒星宜居帶、和地球質(zhì)量類似的宜居行星是人類一直追尋探測的終極目標。為了滿足天體測量方法探測系外宜居行星的需求,對星點的質(zhì)心定位精度必須要達到10微像素（對應1微角秒）,因此微像素質(zhì)心定位技術是利用天體測量方法探測系外宜居行星急需突破的關鍵技術之一。本論文對微像素質(zhì)心定位技術開展了研究,具體研究內(nèi)容和主要成果如下:首先對微像素質(zhì)心定位算法和圖像傳感器像素響應函數(shù)頻域標定技術進行了系統(tǒng)的研究。對卷簾快門和干涉條紋不穩(wěn)定性對圖像傳感器標定的影響進行了分析并給出了相應的解決方案�？紤]了光學拼接焦平面的影響,分別對微像素質(zhì)心定位算法和像素響應頻域標定技術進行了改進。針對像素響應頻域標定技術只能得到頻域標定結果的缺陷,提出了一種新標定方法,能夠克服這個缺陷。其次,通過仿真對微像素質(zhì)心定位技術所能達到的精度以及各種誤差源的影響進行了研究。結果顯示,為了使精度達到微像素級別,計算窗口必須覆蓋光學系統(tǒng)點擴散函數(shù)的第5級Airy環(huán);利用像素響應頻域標定技術對像素響應進行標定后,質(zhì)心定位精度可以從0.001像素量級提升到5微像素...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)北京市
【文章頁數(shù)】：141 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
像素內(nèi)量子效率差異性測量裝置
然后對圖像傳感器輸出的靜態(tài)干涉條紋圖像進行分析，就可以得到每個像素的位置偏差，具體的實驗裝置如圖1.2 所示。這項技術被用于標定哈勃太空望遠鏡上的廣域和行星相機 II（WideField/PlanetaryCameraII，WF/PC II）。CCD 像素位置偏差標定對哈勃空間望遠鏡的高精度天體測量任務的完成起了決定性作用[16]。由于僅采用了靜態(tài)條紋進行測量，最終該項研究的像素位置偏差實際測量精度為 0.011 像素，同時該方法的預計最高精度也僅有 0.001 像素。圖 1. 2 像素位置偏差測量裝置[15]Fig1.2 The experimental set-up for pixel offset measurements
傅里葉變換的幅度信息，而沒有相位信息，因而無法用調(diào)制傳遞函數(shù)測量結果恢復出像素響應函數(shù)的準確形狀。他們在實驗室中針對一種前照式 CCD，利用掃描反射顯微鏡（scanningrefectionmicroscope）對其像素響應函數(shù)進行了測量，測量裝置如下圖 1.3 所示。掃描反射顯微鏡形成的光斑尺寸只有大約 0.5 微米的大小，光斑掃描范圍覆蓋了待標定像素周圍的 9 個像素。他們的實驗給出了像素內(nèi)部響應、像素間串擾的全面測量結果，發(fā)現(xiàn)像素內(nèi)部響應、像素間串擾在空間分布具有不對稱性，并且均勻性較差，而不同像素內(nèi)部響應函數(shù)的形狀在較大尺度上十分相似，在較小的尺度上則有一定差別。由于他們在實驗中仍然采用的是點光源，因此標定速度有限，無法對整個 CCD 上的所有像素進行標定，具有一定的局限性。在 2001 年 Kavaldjiev 等研究者[23]又針對 CCD 像素響應函數(shù)的非均勻性對天文觀測的影響做了深入研究，他們的研究指出對于臨近欠采樣的圖像而言，有必要對 CCD 像素響應函數(shù)的非均勻性進行充分考慮。這項研究表明，要使質(zhì)心定位精度進一步提高，有必要對 CCD 像素內(nèi)部響應不均勻性進行研究。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于CCD標定的微像素精度圖像定位技術[J]. 李登,張澤,肖思,梁欣麗. 半導體光電. 2018(05)
[2]星圖質(zhì)心提取量化誤差與光敏缺陷誤差分析[J]. 毛炎文,鮑其蓮,王超然. 電子設計工程. 2017(24)
[3]STEP天體測量誤差源分析[J]. 劉書瑀,劉佳成,朱紫. 天文學報. 2017(06)
[4]基于亞像元坐標的像素頻率誤差補償方法[J]. 胡雄超,毛曉楠,吳永康,閆曉軍,余路偉,王兆龍. 紅外與激光工程. 2017(07)
[5]光學像差對星點質(zhì)心定位誤差的影響分析[J]. 譚迪,張新,伍雁雄,劉濤. 紅外與激光工程. 2017(02)
[6]基于各向異性高斯曲面擬合的星點質(zhì)心提取算法[J]. 王敏,趙金宇,陳濤. 光學學報. 2017(05)
[7]天體測量法探測系外行星[J]. 許偉維,廖新浩,周永宏,許雪晴. 天文學報. 2016(04)
[8]基于偏正態(tài)分布的星點細分定位方法研究[J]. 賈瑞明,馬曉蕾,郝云彩. 激光與光電子學進展. 2016(05)
[9]星敏感器技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 梁斌,朱海龍,張濤,仝玉嬋. 中國光學. 2016(01)
[10]基于PSF相關的星點定位算法[J]. 郝云彩,賈瑞明,馬曉蕾. 空間控制技術與應用. 2015(06)
博士論文
[1]高精度星敏感器星點提取與星圖識別研究[D]. 賈輝.國防科學技術大學 2010
[2]APS星敏感器關鍵技術的研究[D]. 李杰.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2005
[3]CMOS圖像傳感器在星敏感器中應用研究[D]. 劉智.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2004
本文編號：3273327
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)北京市
【文章頁數(shù)】：141 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
像素內(nèi)量子效率差異性測量裝置
然后對圖像傳感器輸出的靜態(tài)干涉條紋圖像進行分析，就可以得到每個像素的位置偏差，具體的實驗裝置如圖1.2 所示。這項技術被用于標定哈勃太空望遠鏡上的廣域和行星相機 II（WideField/PlanetaryCameraII，WF/PC II）。CCD 像素位置偏差標定對哈勃空間望遠鏡的高精度天體測量任務的完成起了決定性作用[16]。由于僅采用了靜態(tài)條紋進行測量，最終該項研究的像素位置偏差實際測量精度為 0.011 像素，同時該方法的預計最高精度也僅有 0.001 像素。圖 1. 2 像素位置偏差測量裝置[15]Fig1.2 The experimental set-up for pixel offset measurements
傅里葉變換的幅度信息，而沒有相位信息，因而無法用調(diào)制傳遞函數(shù)測量結果恢復出像素響應函數(shù)的準確形狀。他們在實驗室中針對一種前照式 CCD，利用掃描反射顯微鏡（scanningrefectionmicroscope）對其像素響應函數(shù)進行了測量，測量裝置如下圖 1.3 所示。掃描反射顯微鏡形成的光斑尺寸只有大約 0.5 微米的大小，光斑掃描范圍覆蓋了待標定像素周圍的 9 個像素。他們的實驗給出了像素內(nèi)部響應、像素間串擾的全面測量結果，發(fā)現(xiàn)像素內(nèi)部響應、像素間串擾在空間分布具有不對稱性，并且均勻性較差，而不同像素內(nèi)部響應函數(shù)的形狀在較大尺度上十分相似，在較小的尺度上則有一定差別。由于他們在實驗中仍然采用的是點光源，因此標定速度有限，無法對整個 CCD 上的所有像素進行標定，具有一定的局限性。在 2001 年 Kavaldjiev 等研究者[23]又針對 CCD 像素響應函數(shù)的非均勻性對天文觀測的影響做了深入研究，他們的研究指出對于臨近欠采樣的圖像而言，有必要對 CCD 像素響應函數(shù)的非均勻性進行充分考慮。這項研究表明，要使質(zhì)心定位精度進一步提高，有必要對 CCD 像素內(nèi)部響應不均勻性進行研究。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于CCD標定的微像素精度圖像定位技術[J]. 李登,張澤,肖思,梁欣麗. 半導體光電. 2018(05)
[2]星圖質(zhì)心提取量化誤差與光敏缺陷誤差分析[J]. 毛炎文,鮑其蓮,王超然. 電子設計工程. 2017(24)
[3]STEP天體測量誤差源分析[J]. 劉書瑀,劉佳成,朱紫. 天文學報. 2017(06)
[4]基于亞像元坐標的像素頻率誤差補償方法[J]. 胡雄超,毛曉楠,吳永康,閆曉軍,余路偉,王兆龍. 紅外與激光工程. 2017(07)
[5]光學像差對星點質(zhì)心定位誤差的影響分析[J]. 譚迪,張新,伍雁雄,劉濤. 紅外與激光工程. 2017(02)
[6]基于各向異性高斯曲面擬合的星點質(zhì)心提取算法[J]. 王敏,趙金宇,陳濤. 光學學報. 2017(05)
[7]天體測量法探測系外行星[J]. 許偉維,廖新浩,周永宏,許雪晴. 天文學報. 2016(04)
[8]基于偏正態(tài)分布的星點細分定位方法研究[J]. 賈瑞明,馬曉蕾,郝云彩. 激光與光電子學進展. 2016(05)
[9]星敏感器技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 梁斌,朱海龍,張濤,仝玉嬋. 中國光學. 2016(01)
[10]基于PSF相關的星點定位算法[J]. 郝云彩,賈瑞明,馬曉蕾. 空間控制技術與應用. 2015(06)
博士論文
[1]高精度星敏感器星點提取與星圖識別研究[D]. 賈輝.國防科學技術大學 2010
[2]APS星敏感器關鍵技術的研究[D]. 李杰.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2005
[3]CMOS圖像傳感器在星敏感器中應用研究[D]. 劉智.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2004
本文編號：3273327
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