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

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【摘要】：CCD被廣泛應(yīng)用之前,天文底片是天文觀測最主要的接收記錄設(shè)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?dāng)時所在天區(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(jié)合對天文學(xué)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(jìn)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(yīng)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(jìn)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(jié)合當(dāng)代的計算機(jī)技術(shù)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(jìn)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(jìn)行了系統(tǒng)性評估,在此基礎(chǔ)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(guān)的研究工作,并將研究成果應(yīng)用到了天然衛(wèi)星的高精度定位和GEO衛(wèi)星光學(xué)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(jìn)行全面的分析,結(jié)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(jī)械運動存在不穩(wěn)定性,導(dǎo)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(jìn)行0°和90°兩次掃描綜合確定底片上星象量度坐標(biāo)的方法來解決掃描方向精度較差的問題。數(shù)據(jù)處理結(jié)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(jìn)行快速的數(shù)字化,保存底片非藥膜面上的標(biāo)記;然后,清理天文底片非藥膜面上的標(biāo)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(jìn)行0°和90°的掃描;(3)天文底片數(shù)字化圖像的標(biāo)準(zhǔn)化:包括圖像格式的轉(zhuǎn)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(yīng)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(yù)處理。將常規(guī)掃描儀得到的TIFF圖像轉(zhuǎn)換為天文領(lǐng)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(biāo)的獲取。首先對圖像進(jìn)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(biāo)。(3)天體測量歸算。從對應(yīng)天區(qū)中提取星表信息,進(jìn)行參考星匹配后,選取最佳的底片常數(shù)模型對目標(biāo)星的位置進(jìn)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(yīng)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(jié)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(biāo)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(xué)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(yīng)用到了土星質(zhì)量和動力學(xué)形狀參數(shù)的求解中。4.在GEO衛(wèi)星光學(xué)觀測系統(tǒng)精度評估中的應(yīng)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(xué)院國家授時中心新建的50cm GEO衛(wèi)星光學(xué)觀測系統(tǒng)的天體測量精度進(jìn)行了評估,結(jié)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(jìn)行觀測的需求。同時,本光學(xué)系統(tǒng)的天體測量結(jié)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(國家授時中心)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P114

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本文編號：1321058