[發明專利]一種紫外CCD花樣的平場矯正方法

有效

• 申請號: 201410397693.2
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104166997B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 吳潮;魏建彥;曹莉;裘予雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明涉及一種紫外CCD花樣的平場矯正方法，應用于紫外波段CCD測光天文觀測圖像的定標處理：CCD花樣的平場矯正。

背景技術

CCD(Charge Coupled Device：電荷藕合器件圖像傳感器)相機是現代天文觀測中最為流行的終端設備，在現代天文觀測數據處理過程中，平場的處理是對CCD相機觀測的數據進行定標的基本處理步驟之一。其主要的物理機制為：CCD是由許多個光敏像元按一定規律排列組成的一個面陣。面陣中的每個像元就是一個MOS電容器(大多為光敏二極管)，當有1束光線投射到MOS電容器上時，光子穿過透明電極及氧化層，進入MOS電容器襯底，最后光子轉換為電子，以電信號輸出。光子轉換為電子的效率稱為QE，由于制造工藝的限制，對于不同像元的光電轉換效率QE會有微小的差異這種差異被稱為像元之間的響應差異。“平場”就是對這一響應差異進行矯正和定標處理的方法。標準的“平場”方法原理為：將照度均勻的光打在CCD像元陣面上，最后的每個像元的輸出電荷差異即為由以上不同像元的QE差異引起的不同。將這一平場圖像進行歸一化，即除以圖像中所有像元響應的中值，這樣會得到每個像元在1附近的響應效率，對應于觀測圖像中每個像元的真實觀測值除以對應像元的響應效率即可實現平場的處理，完成像元響應差異的矯正。

在紫外波段的觀測(200nm-350nm)中，由于CCD本身的構造和加工工藝特性，CCD的像元響應差異一般會在觀測圖像中呈現出類似魚鱗狀的花樣,業內也有人稱為結構性花樣。該花樣的峰峰起伏為10％-15％，嚴重干擾天文觀測的數據測量精度。同時，對于不同的CCD，花樣的輪廓是不同的。并且具有隨機性和時間上的可變性(數月的時標內會有變化)。這就要求在空間天文觀測中，有在軌的平場燈光源進行在軌平場圖像的獲取。由于紫外CCD的結構性花樣對于光源的譜段覆蓋存在依賴關系的特殊性，因此要求平場光源必須與實際觀測光源譜段覆蓋一致。而在實際的空間天文觀測儀器中，由于現有技術的限制，平場的光源一般采用LED燈，而LED燈的譜段覆蓋相對非常窄。例如，我國的月基紫外天文望遠鏡，儀器上的LED平場燈光源譜段寬度為10納米左右，而實際觀測的譜段寬度達上百納米。這就導致一個問題：直接使用LED燈無法正常去除CCD圖像中的結構性花樣。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種紫外CCD花樣的平場矯正方法。解決了窄波段平場光源(如LED燈)無法矯正寬波段觀測圖像中的結構性花樣的問題(在我國的月基紫外天文望遠鏡觀測的平場處理中起到了關鍵作用)。

本發明的技術解決方案是：一種紫外CCD花樣的平場矯正方法，步驟如下：

(1)至少采集5-10幅窄波平場圖像；

(2)對步驟(1)中采集的窄波平場圖像進行處理，去除圖像中的本底信號，并將圖像合并為一幅平場圖像；

(3)從步驟(2)中得到的平場圖像中進行成份分離，分離出平場圖像的大尺度成份F_Lij和小尺度成份F_Sij；

(4)根據上述確定的大尺度成份F_Lij及小尺度成份F_Sij，合成不同比率R下的修正平場圖像；

(5)利用上述修正平場圖像對任選一幅真實的觀測圖像進行定標處理，根據定標后得到的觀測圖像信號確定最優的修正平場圖像及對應的比率R；

(6)利用上述確定的最優修正平場圖像對紫外CCD相機的觀測圖像進行平場定標處理，完成其花樣的矯正處理。

所述步驟(4)中的修正平場圖像合成公式如下：

F′_ij＝[(F_Sij-Median(F_Sij))*R+Median(F_Sij)]*F_Lij

其中，Median()為中值運算符。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明降低了紫外CCD觀測中對于平場光源譜段覆蓋寬度的限制。從而為空間天文觀測的平場設備構造變得簡單而有效提供技術支持。