微像素质心定位技术研究
发布时间：2021-07-09 07:38
近年来,针对地外生命和地外行星系统的搜索成为了人类太空探索的热点,特别是位于宿主恒星宜居带、和地球质量类似的宜居行星是人类一直追寻探测的终极目标。为了满足天体测量方法探测系外宜居行星的需求,对星点的质心定位精度必须要达到10微像素（对应1微角秒）,因此微像素质心定位技术是利用天体测量方法探测系外宜居行星急需突破的关键技术之一。本论文对微像素质心定位技术开展了研究,具体研究内容和主要成果如下:首先对微像素质心定位算法和图像传感器像素响应函数频域标定技术进行了系统的研究。对卷帘快门和干涉条纹不稳定性对图像传感器标定的影响进行了分析并给出了相应的解决方案。考虑了光学拼接焦平面的影响,分别对微像素质心定位算法和像素响应频域标定技术进行了改进。针对像素响应频域标定技术只能得到频域标定结果的缺陷,提出了一种新标定方法,能够克服这个缺陷。其次,通过仿真对微像素质心定位技术所能达到的精度以及各种误差源的影响进行了研究。结果显示,为了使精度达到微像素级别,计算窗口必须覆盖光学系统点扩散函数的第5级Airy环;利用像素响应频域标定技术对像素响应进行标定后,质心定位精度可以从0.001像素量级提升到5微像素...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
像素内量子效率差异性测量装置
然后对图像传感器输出的静态干涉条纹图像进行分析，就可以得到每个像素的位置偏差，具体的实验装置如图1.2 所示。这项技术被用于标定哈勃太空望远镜上的广域和行星相机 II（WideField/PlanetaryCameraII，WF/PC II）。CCD 像素位置偏差标定对哈勃空间望远镜的高精度天体测量任务的完成起了决定性作用[16]。由于仅采用了静态条纹进行测量，最终该项研究的像素位置偏差实际测量精度为 0.011 像素，同时该方法的预计最高精度也仅有 0.001 像素。图 1. 2 像素位置偏差测量装置[15]Fig1.2 The experimental set-up for pixel offset measurements
傅里叶变换的幅度信息，而没有相位信息，因而无法用调制传递函数测量结果恢复出像素响应函数的准确形状。他们在实验室中针对一种前照式 CCD，利用扫描反射显微镜（scanningrefectionmicroscope）对其像素响应函数进行了测量，测量装置如下图 1.3 所示。扫描反射显微镜形成的光斑尺寸只有大约 0.5 微米的大小，光斑扫描范围覆盖了待标定像素周围的 9 个像素。他们的实验给出了像素内部响应、像素间串扰的全面测量结果，发现像素内部响应、像素间串扰在空间分布具有不对称性，并且均匀性较差，而不同像素内部响应函数的形状在较大尺度上十分相似，在较小的尺度上则有一定差别。由于他们在实验中仍然采用的是点光源，因此标定速度有限，无法对整个 CCD 上的所有像素进行标定，具有一定的局限性。在 2001 年 Kavaldjiev 等研究者[23]又针对 CCD 像素响应函数的非均匀性对天文观测的影响做了深入研究，他们的研究指出对于临近欠采样的图像而言，有必要对 CCD 像素响应函数的非均匀性进行充分考虑。这项研究表明，要使质心定位精度进一步提高，有必要对 CCD 像素内部响应不均匀性进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CCD标定的微像素精度图像定位技术[J]. 李登,张泽,肖思,梁欣丽. 半导体光电. 2018(05)
[2]星图质心提取量化误差与光敏缺陷误差分析[J]. 毛炎文,鲍其莲,王超然. 电子设计工程. 2017(24)
[3]STEP天体测量误差源分析[J]. 刘书瑀,刘佳成,朱紫. 天文学报. 2017(06)
[4]基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法[J]. 胡雄超,毛晓楠,吴永康,闫晓军,余路伟,王兆龙. 红外与激光工程. 2017(07)
[5]光学像差对星点质心定位误差的影响分析[J]. 谭迪,张新,伍雁雄,刘涛. 红外与激光工程. 2017(02)
[6]基于各向异性高斯曲面拟合的星点质心提取算法[J]. 王敏,赵金宇,陈涛. 光学学报. 2017(05)
[7]天体测量法探测系外行星[J]. 许伟维,廖新浩,周永宏,许雪晴. 天文学报. 2016(04)
[8]基于偏正态分布的星点细分定位方法研究[J]. 贾瑞明,马晓蕾,郝云彩. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[9]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[10]基于PSF相关的星点定位算法[J]. 郝云彩,贾瑞明,马晓蕾. 空间控制技术与应用. 2015(06)
博士论文
[1]高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D]. 贾辉.国防科学技术大学 2010
[2]APS星敏感器关键技术的研究[D]. 李杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[3]CMOS图像传感器在星敏感器中应用研究[D]. 刘智.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3273327
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
像素内量子效率差异性测量装置
然后对图像传感器输出的静态干涉条纹图像进行分析，就可以得到每个像素的位置偏差，具体的实验装置如图1.2 所示。这项技术被用于标定哈勃太空望远镜上的广域和行星相机 II（WideField/PlanetaryCameraII，WF/PC II）。CCD 像素位置偏差标定对哈勃空间望远镜的高精度天体测量任务的完成起了决定性作用[16]。由于仅采用了静态条纹进行测量，最终该项研究的像素位置偏差实际测量精度为 0.011 像素，同时该方法的预计最高精度也仅有 0.001 像素。图 1. 2 像素位置偏差测量装置[15]Fig1.2 The experimental set-up for pixel offset measurements
傅里叶变换的幅度信息，而没有相位信息，因而无法用调制传递函数测量结果恢复出像素响应函数的准确形状。他们在实验室中针对一种前照式 CCD，利用扫描反射显微镜（scanningrefectionmicroscope）对其像素响应函数进行了测量，测量装置如下图 1.3 所示。扫描反射显微镜形成的光斑尺寸只有大约 0.5 微米的大小，光斑扫描范围覆盖了待标定像素周围的 9 个像素。他们的实验给出了像素内部响应、像素间串扰的全面测量结果，发现像素内部响应、像素间串扰在空间分布具有不对称性，并且均匀性较差，而不同像素内部响应函数的形状在较大尺度上十分相似，在较小的尺度上则有一定差别。由于他们在实验中仍然采用的是点光源，因此标定速度有限，无法对整个 CCD 上的所有像素进行标定，具有一定的局限性。在 2001 年 Kavaldjiev 等研究者[23]又针对 CCD 像素响应函数的非均匀性对天文观测的影响做了深入研究，他们的研究指出对于临近欠采样的图像而言，有必要对 CCD 像素响应函数的非均匀性进行充分考虑。这项研究表明，要使质心定位精度进一步提高，有必要对 CCD 像素内部响应不均匀性进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CCD标定的微像素精度图像定位技术[J]. 李登,张泽,肖思,梁欣丽. 半导体光电. 2018(05)
[2]星图质心提取量化误差与光敏缺陷误差分析[J]. 毛炎文,鲍其莲,王超然. 电子设计工程. 2017(24)
[3]STEP天体测量误差源分析[J]. 刘书瑀,刘佳成,朱紫. 天文学报. 2017(06)
[4]基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法[J]. 胡雄超,毛晓楠,吴永康,闫晓军,余路伟,王兆龙. 红外与激光工程. 2017(07)
[5]光学像差对星点质心定位误差的影响分析[J]. 谭迪,张新,伍雁雄,刘涛. 红外与激光工程. 2017(02)
[6]基于各向异性高斯曲面拟合的星点质心提取算法[J]. 王敏,赵金宇,陈涛. 光学学报. 2017(05)
[7]天体测量法探测系外行星[J]. 许伟维,廖新浩,周永宏,许雪晴. 天文学报. 2016(04)
[8]基于偏正态分布的星点细分定位方法研究[J]. 贾瑞明,马晓蕾,郝云彩. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[9]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[10]基于PSF相关的星点定位算法[J]. 郝云彩,贾瑞明,马晓蕾. 空间控制技术与应用. 2015(06)
博士论文
[1]高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D]. 贾辉.国防科学技术大学 2010
[2]APS星敏感器关键技术的研究[D]. 李杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[3]CMOS图像传感器在星敏感器中应用研究[D]. 刘智.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3273327
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3273327.html
