|
Наша методика обработки данных поляризационных наблюдений Юпитера
Корохин В. В., Великодский Ю. И.,
Шалыгин Е. В., Горюнова О. С.
1.
Алгоритм обработки
Для обработки данных используется программный комплекс "IRIS"
с модулем расширения "x_Proc", разработанные в Харьковском
НИИ астрономии. В связи с тем, что каждая серия наблюдений представляла
из себя набор из 80 кадров, была разработана специальная автоматическая
процедура обработки данных. Для записи информации в файл используется
формат FITS.
Алгоритм
обработки такой:
1) первичная обработка : учет темнового сигнала, коррекция неравномерности
чувствительности по полю ПЗС-матрицы;
2) центровка кадров (нахождение центра видимого диска Юпитера).
Расчеты проводятся с точностью до 0.1 пиксела;
3) суммирование кадров, которые отвечают разным положениям поляроида
(0° и 180°, 45° и 225°, 90° и 270°, 135° и 315°). После этой процедуры
остаются только 4-е кадра для четырех положений поляроида; учет
фона неба;
4) расчет параметров Стокса U, Q, степени линейной поляризации P
и угла поляризации F с учетом инструментальной поляризации.
2.
Метод обработки наблюдений Юпитера
Процесс обработки полученного материала условно можно разделить
на несколько этапов.
Рассмотрим искажения сигнала (светового и электрического) и методы
их устранения.[1]
0. Предварительный
этап
0.1. В результате воздействия атмосферной турбуленции изображение
объекта претерпевает как геометрические искажения, так и дефокусировку.
Поэтому, перед тем, как преступить непосредственно к обработке,
необходимо провести предварительный анализ данных - отбраковать
некачественные и дефектные кадры методом просмотра всего массива
данных (отбраковка производится как кадров с изображением Юпитера,
так и кадров с темновыми и плоскими полями).
0.2. Суммирование кадров темнового сигнала.
0.3. Расчет результирующего плоского поля: необходимо вычесть
из каждого кадра плоского поля темновой сигнал и просуммировать
кадры серии.
1. Первичная обработка
1.1. Учет темнового сигнала.
В АЦП, при преобразовании аналогового сигнала в цифровой, последний
оказывается определенным с точностью до некоторой аддитивной константы
("электрического нуля"). Также на значения отсчетов накладывается
"темновой сигнал", возникающий из-за теплового движения
электронов. Эти эффекты можно учесть, вычитая из изображения темновой
сигнал, который содержит как тепловой фон, так и электрический нуль.
Иногда темновые кадры предварительно обрабатываются специальной
фильтрацией, устраняющей помехи.
1.2. Учет плоского поля.
Недостатки конструкции оптической системы (виньетирование, пыль
на покровном стекле камеры и тому подобное) вызывают неравномерность
освещенности ПЗС-матрицы даже при наблюдении одного источника излучения,
формируя тем самым "неревномерность плоского поля".
В ячейках ПЗС-матрицы происходит преобразование светового сигнала
в электрический. При этом каждая ячейка (пиксел) проявляет свою
светочувствительность, что вносит дополнительный вклад в плоское
поле.
Эти эффекты можно учесть, разделив обрабатываемые изображения на
плоское поле, которое содержит как неравномерность чувствительности
вдоль ПЗС-матрицы, так и неравномерность освещенности матрицы. Но
существует еще рассеяния света в кристалле ПЗС-матрицы вдоль строк
и столбцов. Рассеяние вдоль строк учтено при считывании сигнала
из матрицы, а вклад рассеяния вдоль столбцов для Юпитера является
не столь существенным, как, например, для Луны. Оценки показывают,
что основной вклад в плоское поле вносит неравномерность освещенности.
Разделить плоское поле на две указанные составляющие рассеяния не
представляется возможным. Поэтому приходится чем-то пренебрегать.
1.3. Совмещение полукадров.
Эта процедура правильно совмещает четные и нечетные строки на регистрируемых
ПЗС-матрицей изображениях Юпитера.
2. Центровка кадров
Для того, чтобы можно было получить результирующее значение параметров
Стокса для серии необходимо просуммировать все кадры. Но так как
Юпитер двигается по небу и существуют недостатки часового механизма
слежения, то, в результате, изображение от кадра к кадру меняет
свое местоположение. Следовательно, перед тем, как суммировать изображения,
необходимо совместить центры объектов на кадрах. Специальная процедура
находит центр тяжести фигуры, выделяемой окружностью заданного радиуса
и приводит его координаты для каждого кадра к одному, например,
первому кадру. Таким образом, на всех кадрах изображения совпадают
центры. Далее - этап суммирования.
Юпитер не является шаром, понового метода центровки заключается
в использовании центровки по кольцу, с исключением ярких внутренних
областей Юпитера. Этот метод для Юпитера дает более устойчивые результаты,
чем центровка по ярким областям.
3. Суммирование положений.
Учет фона неба
В результате этой процедуры остаются четыре кадра.
На излучение объекта накладывается рассеянный атмосферой свет, что
приводит к увеличению яркости во всех точках изображения на некоторую
константу. Это устраняется вычитанием из полученных после этапа
суммирования изображений фона неба, измеренного на некотором удалении
от Юпитера.
4. Перемасштабирование
Необходимо вводить коэффициент - масштаб для каждой даты. Эта процедура
необходима тогда, когда мы хотим перейти к другому масштабу, например,
чтобы привязать свои данные к уже имеющимся.
5. Расчет параметров
Стокса U, Q, степени линейной поляризации P и угла поляризации F
с учетом инструментальной поляризации
Расчет параметров поляризации и степени поляризации ведется по известным
формулам (справка).
3.
Порядок работы с определением инструментальных ошибок
Для того, чтобы учесть возможные инструментальные ошибки, проводятся
наблюдения объектов с нулевой и большой поляризацией ( н.п. звезда
Procyon и кратер луны Le Monnier).
Обработка этих данных проводится по алгоритму также реализованному
в модуле "x_Proc". Сравнивая известную степень поляризации
с измеренной, получаем инструментальную поляризацию и деполяризацию.
4. Методика
рассчёта асимметрии
После проведенной первичной
обработки данных и получения распределения параметров Стокса в перспективной
проекции, строятся цилиндрические проекции для интенсивности и степени
поляризации P (рис.1).
Рис.
1 Цилиндрическая проекция для интенсивности (слева)и степени
поляризации (справа). leff
= 456 нм, серия 12, 2001 г.
Асимметрия поляризации
и интенсивности определяется по такой схеме: на карте на широте
60° для севера и юга вырезаются области прямоугольной формы (обозначены
жёлтыми рамками на рис. 2), в которых вычисляется среднее
значение. Размер области (30° по долготе и 10° по широте) был выбран
на основе дополнительного исследования - при таком размере были
получены минимальные значения дисперсии. Далее рассчитывается северо-южная
асимметрия - находится разность значений степени линейной поляризации
для северной и южной широт +/-60°.
Литература
1. Корохин
В.В., Белецкий С.А., Великодский Ю.И., Коничек В.В., Синельников
И.Е. Опыт применения ПЗС фотоприемников на астрономической
обсерватории ХНУ // Кинематика и физика небесных тел. - 2000. -
т.16, № 1. - с.80-86.
2004/07/12
|
