[发明专利]一种CCD像元内部响应差异的矫正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CCD像元内部响应差异的矫正方法，适用于天文观测中需要进行因CCD像元内部响应差异而带来的测光流量误差改正的天文数据处理。特别适用于宽视场、低采样率和前照型CCD的观测设备，能够显著地减少因CCD像元内部响应差异所带来的测光误差。

背景技术

电荷藕合器件图像传感器(Charge Coupled Device，简称CCD)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光信号转变成电荷信号，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要来处理图像。

在现代天文观测上CCD作为应用非常广泛的图像采集终端。其主要构造和原理为：CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的一个面阵。面阵中的每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管)，当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入MOS电容器衬底，最后光子转换为电子，以电信号输出。光子转换为电子的效率称为QE，由于制造工艺的限制，对于不同像元的光电转换效率QE会有微小的差异这种差异被称为像元之间的响应差异，在现代天文的数据处理过程中采用“平场”的方法进行矫正，即利用光度均的光打在CCD阵面上，从最后的每个像元的输出电荷差异就可得出矫正量。同时，由于MOS电容的结构特点，CCD还存在着像元内部的响应差异，即，如果将一束尺度小于CCD像元的光打在一个像元的不同位置，由于光电转换效率的差异得到的电子数是不同的。由于CCD像元尺度很少，而一般的天文观测星像的PSF(点扩散函数)均会覆盖较多数量的像元，即采样良好。这样因为CCD内部响应差异带来的测光误差一般会远小于其它误差而不予考虑处理。但对于如哈勃望远镜这样的观测设备，由于PSF很小，采样会显得相对不足，因而会考虑内部响应差异的矫正，采用的方法为“抖动”法。“抖动”法要求有很高的指向精度，并且需要每次都对同一视场进行多次“抖动”观测。

现代天文学的发展出现了一些小口径大视场的天文巡天项目，其视场可达到14度×14度，这样CCD的采样率会大大降低，CCD内部响应差异带来的测光误差会变得十分显著，必须要进行数据处理上的改正。“抖动”法对望远镜指精度要求高，小口径望远镜难以达到，同时由于观测模式的限定，“抖动”法不适合于这种类型望远镜的CCD内部响应差异矫正。

发明内容

本发明的技术解决问题是：CCD像元内部的响应差异会带来天文观测中观测星光度流量的测量误差，这种误差对于前照型CCD和低采样率的观测条件下更为显著。本发明解决的主要问题即为矫正这种因CCD内部响应差异所带来的光度测量误差。

本发明的技术解决方案是：一种CCD像元内部响应差异的矫正方法，步骤如下：

(1)根据观测星的测量流量误差与观测星归一化后的中心坐标的相关性，构建像元内部响应差异二维矫正图；

(2)测量观测目标星的流量和中心位置，归一化观测目标星的中心位置；

(3)根据观测目标星归一化后的中心位置通过内插像元内部响应差异二维矫正图，计算出流量矫正量；

(4)根据流量矫正量对观测目标星测量流量进行误差矫正。

所述构建像元内部响应差异二维矫正图步骤如下：

(1.1)对选择的固定天区进行连续的时序测光观测，得到一组时间序列的图像；

(1.2)对步骤(1.1)中观测得到的所有图像进行CCD本底去除、平场矫正和暗电流去除处理；

(1.3)对步骤(1.2)处理后的每幅图像j中的所有星进行孔径测光，获取每颗观测星k的流量flux_kj和信噪比(S/N)_kj；同时测出每颗观测星的中心位置(xc_kj，yc_kj)，筛选出信噪比大于50的所有观测星；

(1.4)根据步骤(1.3)筛选后的观测星的流量flux_kj和中心位置xc_kj，yc_kj，得到每颗观测星在整个测光时间序列上的归一化后的流量fluxnorm_kj，进而得到这一组测光时间序列的流量中值fluxMedian_k，根据二者的比值计算出流量比率RatioFlux_kj；另外，还需要完成归一化中心位置坐标(xcPixIn_kj，ycPixIn_kj)的处理，计算公式为