本文關鍵詞：天文底片數(shù)字化方法研究及其應用　出處：《中國科學院研究生院(國家授時中心)》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：CCD被廣泛應用之前,天文底片是天文觀測最主要的接收記錄設備。長期積累的大量天文底片記錄了天體一百多年間的變化信息。每一張?zhí)煳牡灼际钱敃r所在天區(qū)不可再現(xiàn)的原始觀測資料,將天文底片長期積累的觀測資料與現(xiàn)代CCD觀測資料相結合對天文學的研究工作有顯著的作用。天文底片使用藥膜成像,隨著時間的推移和環(huán)境的變化藥膜會變質(zhì),天文底片的觀測信息會被破壞。為了保存這些寶貴的歷史資料必須盡快的開展天文底片的數(shù)字化工作。因此,研究快速有效的天文底片數(shù)字化方法尤為重要。目前國內(nèi)外天文底片數(shù)字化主要是利用專業(yè)掃描儀或常規(guī)掃描儀來進行的。專業(yè)掃描儀的成本昂貴、數(shù)目很少且只能固定的安裝在特定的底片庫中,使用具有局限性。常規(guī)掃描儀的優(yōu)點是成本低、便于移動,缺點是掃描精度不如專業(yè)掃描儀。在天文底片數(shù)字化和數(shù)據(jù)處理過程中如果可以研究相應的方法提高數(shù)據(jù)處理的精度,使用常規(guī)掃描儀對天文底片進行數(shù)字化可能是一種簡單而有效的方法。同時,由于歷史條件的限制,天文底片的歷史歸算精度并不高。結合當代的計算機技術和更高精度的星表,研究天文底片數(shù)字化圖像的數(shù)據(jù)處理方法對天文底片數(shù)據(jù)進行重新歸算可以有效地解決這個問題。本論文對常規(guī)掃描儀的性能進行了系統(tǒng)性評估,在此基礎上,圍繞天文底片的數(shù)字化和數(shù)據(jù)處理方法在國內(nèi)首次開展了相關的研究工作,并將研究成果應用到了天然衛(wèi)星的高精度定位和GEO衛(wèi)星光學觀測系統(tǒng)的精度評估工作中。本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括以下4部分:1.常規(guī)掃描儀的天文底片數(shù)字化方法的研究首先對常規(guī)掃描儀的性能進行全面的分析,結果表明常規(guī)掃描儀在CCD列方向的精度較好。但由于常規(guī)掃描儀在掃描方向上的機械運動存在不穩(wěn)定性,導致天文底片數(shù)字化圖像在掃描方向(Y方向)上的精度較差。本文提出了對天文底片進行0°和90°兩次掃描綜合確定底片上星象量度坐標的方法來解決掃描方向精度較差的問題。數(shù)據(jù)處理結果顯示,該方法可以有效地提高常規(guī)掃描儀的天文底片數(shù)字化圖像在掃描方向的精度。本文利用常規(guī)掃描儀研究的天文底片數(shù)字化方法由以下三部分組成:(1)天文底片信息的歸檔;(2)天文底片的數(shù)字化:首先,以較低分辨率的JPG格式對天文底片進行快速的數(shù)字化,保存底片非藥膜面上的標記;然后,清理天文底片非藥膜面上的標記和雜質(zhì),以避免對底片數(shù)字化圖像的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生干擾;最后,使用高分辨率的TIFF格式分別對底片進行0°和90°的掃描;(3)天文底片數(shù)字化圖像的標準化:包括圖像格式的轉換和圖像頭文件信息的完善。2.天體測量底片數(shù)字化圖像歸算軟件的研制通過天文底片數(shù)字化圖像和CCD觀測圖像的特征比較可知,常用的天體測量軟件對天文底片數(shù)字化圖像并不適用。所以,本文研制了相應的天體測量底片數(shù)字化圖像歸算軟件。本軟件主要由三個方面的功能模塊組成:(1)天文底片數(shù)字化圖像的預處理。將常規(guī)掃描儀得到的TIFF圖像轉換為天文領域常用的FITS圖像,并完善FITS圖像的頭文件信息。(2)數(shù)字化圖像中星象量度坐標的獲取。首先對圖像進行分塊,然后提取星象并確定星象中心,最后利用0°和90°圖像中的星象中心綜合確定星象的量度坐標。(3)天體測量歸算。從對應天區(qū)中提取星表信息,進行參考星匹配后,選取最佳的底片常數(shù)模型對目標星的位置進行歸算。本文研究的該軟件不僅適用于常規(guī)掃描儀的天文底片數(shù)字化圖像,對于專業(yè)掃描儀的天文底片數(shù)字化圖像及CCD觀測圖像的數(shù)據(jù)處理同樣適用。3.天然衛(wèi)星的底片數(shù)字化及其應用研究利用國家授時中心(原陜西天文臺)拍攝的天文底片,本文在國內(nèi)首次系統(tǒng)的完成了天然衛(wèi)星的底片數(shù)字化和數(shù)據(jù)處理的研究工作。研究結果表明天文底片數(shù)字化及數(shù)據(jù)的重新處理不僅有利于天文底片信息的永久保存,還可以有效地提高歷史數(shù)據(jù)的精度,甚至找到天文底片在歷史數(shù)據(jù)處理時遺漏的目標信息或改正歷史歸算錯誤的信息獲得第一手觀測資料。長時間高精度的天然衛(wèi)星觀測資料對天然衛(wèi)星的主星的質(zhì)量和動力學形狀參數(shù)的求解等工作非常有利。所以,本文將土星衛(wèi)星底片數(shù)字化后歸算的位置應用到了土星質(zhì)量和動力學形狀參數(shù)的求解中。4.在GEO衛(wèi)星光學觀測系統(tǒng)精度評估中的應用使用本文研究的天體測量底片數(shù)字化圖像歸算軟件對中國科學院國家授時中心新建的50cm GEO衛(wèi)星光學觀測系統(tǒng)的天體測量精度進行了評估,結果顯示本觀測系統(tǒng)具有較好的天體測量精度,完全可以滿足對地球同步軌道衛(wèi)星和天然衛(wèi)星進行觀測的需求。同時,本光學系統(tǒng)的天體測量結果也說明了本文研究的天體測量底片數(shù)字化圖像歸算軟件同樣可以用于對CCD圖像進行數(shù)據(jù)處理。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(國家授時中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P114

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