【摘要】：在現(xiàn)代天文觀測(cè)領(lǐng)域,科學(xué)級(jí)相機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代光學(xué)望遠(yuǎn)鏡必不可少的終端儀器。隨著天文望遠(yuǎn)鏡口徑越來(lái)越大,相機(jī)的規(guī)模也越來(lái)越大,從小靶面單片CCD或CMOS芯片到大靶面拼接式的科學(xué)級(jí)相機(jī),整個(gè)望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度越來(lái)越高,對(duì)相機(jī)成像控制的要求也越來(lái)越高。相機(jī)成像軟件完成對(duì)相機(jī)成像配置和操控,需要具有良好的魯棒性和可擴(kuò)展的架構(gòu),并且能夠支持遠(yuǎn)程控制。針對(duì)以上需求,本論文在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的多款CCD、CMOS相機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套相機(jī)成像軟件,并很好的集成到望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)以及科學(xué)級(jí)CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中。論文首先介紹了天文成像系統(tǒng)的基本概念和望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),在結(jié)合國(guó)內(nèi)外相機(jī)成像軟件現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了成像軟件的需求。相機(jī)成像軟件需要具備易用性、魯棒性、兼容性、擴(kuò)展性以及跨平臺(tái)特性,支持遠(yuǎn)程控制以便被方便集成到天文望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)以及科學(xué)級(jí)相機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)之中。相機(jī)成像軟件進(jìn)行了層次化設(shè)計(jì)以方便用戶集成和使用,包括給用戶二次開(kāi)發(fā)使用的成像SDK和供用戶直接使用的成像應(yīng)用程序兩部分,成像SDK提供了操作相機(jī)的基礎(chǔ)功能的API,應(yīng)用程序則基于SDK完成了面向用戶操作的功能。在對(duì)科學(xué)級(jí)相機(jī)硬件進(jìn)行介紹后,本論文分析并給出了成像SDK的功能要求。成像SDK與相機(jī)通過(guò)USB批量傳輸模式進(jìn)行可靠通信,在協(xié)議層面設(shè)計(jì)了一套嚴(yán)格的功能指令格式來(lái)提供相機(jī)和上位機(jī)電腦的通信,完成指令的收發(fā)與圖像數(shù)據(jù)的傳輸。為了能夠兼容不同型號(hào)相機(jī)的功能差異,成像SDK采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想,將相機(jī)抽象為多個(gè)類,利用類之間的繼承、多態(tài)特性,保證了相機(jī)成像軟件的兼容性與擴(kuò)展性。成像SDK采用CMake進(jìn)行構(gòu)建管理,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化文檔發(fā)布與單元測(cè)試。通過(guò)對(duì)成像SDK進(jìn)行充分的性能測(cè)試,可以證明其滿足高性能、高可靠性的要求。相機(jī)成像軟件的成像應(yīng)用程序包括基于WPF的Windows應(yīng)用程序和基于AreaDetector的Linux應(yīng)用程序。本論文在Windows操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的圖形界面,集成了圖像處理的功能,能夠?qū)ITS圖像進(jìn)行分析處理。Linux應(yīng)用程序提供了基于AreaDetector的遠(yuǎn)程控制功能,能很方便地集成進(jìn)天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和控制系統(tǒng)。基于量子通信實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)星系統(tǒng)的需求,本論文同時(shí)采用RTS2與AreaDetector相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)此望遠(yuǎn)鏡天文成像系統(tǒng)的導(dǎo)星控制,在觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試中有效補(bǔ)充望遠(yuǎn)鏡的跟蹤精度,證明了相機(jī)成像軟件的可靠性。針對(duì)科學(xué)級(jí)相機(jī)CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試的需求,基于相機(jī)成像軟件設(shè)計(jì)了CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試軟件,在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了基于Qt的CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試軟件。測(cè)試軟件包括三部分:Qt客戶端、基于AreaDetector的相機(jī)成像軟件以及CCD控制器測(cè)試SDK,其中Qt客戶端用于繪制用戶界面和控制測(cè)試流程。通過(guò)CCD控制器測(cè)試SDK與AreaDetector成像軟件的配合,完成對(duì)CCD控制器的各部分功能及性能的自動(dòng)化測(cè)試。本文的主要工作如下:1.設(shè)計(jì)了相機(jī)成像軟件的構(gòu)架,適配各種型號(hào)的科學(xué)級(jí)相機(jī),具有良好的兼容性與擴(kuò)展性;2.完成了針對(duì)相機(jī)成像SDK的性能測(cè)試,在傳輸速率測(cè)試、資源占用測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試中均有良好的表現(xiàn);完成了 Windows系統(tǒng)下的相機(jī)成像軟件,添加了 FITS圖像的分析處理功能;3.完成了基于AreaDetector的相機(jī)成像軟件,并結(jié)合RTS2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了量子通信實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡天文成像系統(tǒng)的導(dǎo)星系統(tǒng),在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試中性能滿足科學(xué)觀測(cè)的需求;4.設(shè)計(jì)了CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試軟件的整體架構(gòu),在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試軟件的測(cè)試SDK,基于Qt的測(cè)試客戶端程序。
【圖文】：

第１章引言是在場(chǎng)效應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型半導(dǎo)體光電器件【６］【７］【８］，２０世紀(jì)７后期，ＣＣＤ首次作為光學(xué)探測(cè)器被應(yīng)用在天文觀測(cè)上［９］。相比于光電倍增ＣＤ大幅度提升了探測(cè)效率，，同時(shí)大大提高了讀出數(shù)字圖像的速度。與ＣＣ多同時(shí)期出現(xiàn)的邋ＣＭＯＳ邋（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ邋Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技以用于圖像獲取，其主要原理同樣是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)［１Ｇ］。由于早期Ｃ術(shù)存在先天的缺陷，所以早期ＣＣＤ的成像質(zhì)量普遍被認(rèn)為優(yōu)于ＣＭＯＳ。６月，索尼公司發(fā)布的背照式ＣＭＯＳ改進(jìn)了技術(shù)上的不足，從此ＣＭＯＳ入到各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)。隨著近年來(lái)ＣＭＯＳ技術(shù)的進(jìn)，越來(lái)越多的ＣＭＯＳ相機(jī)也被用于天文觀測(cè)。逡逑

ＣＭＯＳ技術(shù)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)ＣＭＯＳ的缺陷得以改善。由于廉的制造價(jià)格以及更低的功耗，現(xiàn)在市面上大部分的民用級(jí)單反相機(jī)和無(wú)一例外采用ＣＭＯＳ作為探測(cè)器。而在科研領(lǐng)域，英國(guó)Ａｎｄｏｒ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ聯(lián)合仙童半導(dǎo)體公司和ＰＣＯ邋Ｉｍａｇｉｎｇ公司于２００９年推出了新一代的科學(xué)Ｓ邋（ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣＭＯＳ，ｓＣＭＯＳ），它具有噪聲低、巾貞頻高、量子效率尚、動(dòng)寬、分辨率高、視場(chǎng)大的優(yōu)點(diǎn)［１３１。總體而言，ＣＭＯＳ技術(shù)正在迎頭趕上，會(huì)在天文觀測(cè)領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。逡逑邋ＣＣＤ逡逑ＣＣＤ的中文名稱是電荷耦合元件。ＣＣＤ于１９６９年由美國(guó)ＡＴ＆Ｔ貝爾實(shí)Ｗｉｌｌａｒｄ邋Ｂｏｙｌｅ邋和邋Ｇｅｏｒｇｅ邋Ｅ．邋Ｓｍｉｔｈ邋發(fā)明丨６】。逡逑ＣＣＤ工作的基本原理在于每一個(gè)ＣＣＤ像元都有一個(gè)ＭＯＳ電容器，光照每個(gè)像元的光敏區(qū)產(chǎn)生電荷并累積。由于ＣＣＤ只有一個(gè)讀出端口，因此用一系列驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘串行地將每個(gè)像元的電荷在像元之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移到輸出最終將電荷轉(zhuǎn)換為電壓，進(jìn)行放大和ＡＤ轉(zhuǎn)換得到最終的完整圖像。圖１．
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP311.52;P111

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張光宇;劉佳靖;唐鵬毅;賈明皓;陳凡;王堅(jiān);;基于RTS2和EPICS的成像控制軟件的設(shè)計(jì)[J];天文研究與技術(shù);2015年03期

2 王敏;;使用CMake構(gòu)建跨平臺(tái)應(yīng)用程序[J];電腦編程技巧與維護(hù);2009年20期

3 卞毓麟;;光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的足跡[J];物理;2008年12期

本文編號(hào)：2658185