CCD数位影像净化原理(二)

作者: 时间:2020-06-06S生活谷421人已围观


知道了CCD影像杂讯来源后,就可以根据其特性于其他时间拍摄这些修正用的影像作为校正之用。各个影像的拍摄方式如下:

暗电流影像拍摄方法:

CCD温度必须与拍摄天体影像时的温度相同。CCD 解析度(resolution)必须与拍摄天体影像时相同。拍摄时的Frame Mode选择Dark Frame,此时CCD前方的遮光片就会把入射光遮住。拍摄时间必须与拍摄天体影像时的曝光时间相同。任何时间皆可拍摄,不一定要是晚上。同一个CCD其暗电流几乎是稳定的。

BIAS影像拍摄方法:

CCD温度必须与拍摄天体影像时的温度相同。CCD解析度(resolution)必须与拍摄天体影像时相同。拍摄时的Frame Mode选择Dark Frame。拍摄时间为0秒。任何时间皆可拍摄,不一定要是晚上。同一个CCD其BIAS几乎是稳定的。

平场影像拍摄方法:

CCD温度最好能与与拍摄天体影像时的温度相同。CCD解析度(resolution)必须与拍摄天体影像时相同。Frame Mode选择Light Frame。滤镜须与拍摄天体影像时所用的相同。必须将望远镜指向均匀光源,通常是在日落后或日出前对着拍摄天空。曝光时间不一定,但必须让影像大部份像素的信号在像素饱和值的1/2-2/3最佳。以16位元的CCD为例,每个像素饱和值为65535,平场影像的大部份像素信号最好能在30000到55000之间。如果是对着日落后或日出前的天空拍摄平场影像,应特别注意平场影像中不能出现任何星星的影像!

虽然同一个CCD的暗电流与偏压杂讯几乎是稳定的,但仍可能在某次观测后,某几个像素的上述特性就出现变化。为了避免出现这种无法弥补的状况,即使之前已经有这个CCD的暗电流与偏压杂讯的影像资料库,还是建议每次观测后都再次拍摄暗电流与偏压杂讯影像。也因为望远镜随时都在累积灰尘,每次观测后都在拍一次平场影像也是较为不会出状况的方法。

只要正确使用CCD影像处理软体,影像净化就可以在几个按键下完成。但是其原理到底是什幺?

影像净化原则有三个:

只要从CCD将信号读出来,就会受到偏压杂讯影响。只要拍摄时间超过0秒,就会受到暗电流影响。只要光线有经过CCD前方的任何反光或透光镜,就要做平场修正。

所以整个影像净化的运算式(公式仅示意用,而非真的直接以数字运算)(注)如下:

天体影像(Calibrated)=[ RAW天体影像-Calibrated天体暗电流- BIAS ] / Calibrated平场

其中, Calibrated天体暗电流= RAW天体暗电流- BIAS,带入上式:

=[ RAW 天体影像 -( RAW天体暗电流 - BIAS )-BIAS ] / Calibrated平场
又 Calibrated平场=RAW平场- Calibrated平场暗电流- BIAS
=RAW平场- ( RAW平场暗电流 - BIAS )-BIAS
=RAW平场- RAW平场暗电流 ,带入上式:

=RAW天体影像 - RAW天体暗电流 / RAW平场 -RAW平场暗电流

其中,RAW天体暗电流与RAW天体影像的曝光时间相同, RAW平场暗电流与RAW平场影像的曝光时间相同。RAW天体暗电流与RAW平场暗电流的曝光时间不一定相同!

也就是说,将天体影像减去相同曝光时间的暗电流,再以减过暗电流的平场影像加以修正,就完成天体影像的净化了!

[注]
1.RAW表示直接拍摄到的影像,尚未经过任何校正。Calibrated表示已经经过必须的校正运算后的影像。
2.公式中的减号(-)代表每个相对应位置的像素其信号相减。
3.公式中以除号( / )表示平场修正,并不代表真的将天体影像直接除以平场影像的对应像素信号,而是以平场影像中的亮暗比例为準,将天体影像的像素信号做不同权重比例的修正调整。

如果CCD的BIAS是稳定的,那幺从影像净化的运算式可以看出,整个影像净化的过程中并不需要用到BIAS,因为未经校正过的暗电流影像里就含有BIAS了!
但是,如果CCD的BIAS忽然出现变化,或是暗电流影像的曝光时间与天体影像的曝光时间不同,需要以内插或外推等运算方式方式获得虚拟或最佳化的暗电流,那幺就需要将暗电流先减去BIAS再加以运算,才能获得较为正确的结果。


参考资料
1. http://www.bisque.com/sc/shops/store/CCDSoftWin2.aspx
2. http://www.willbell.com/aip/index.htm

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