近年來,針對地外生命和地外行星系統(tǒng)的搜索成為了人類太空探索的熱點,特別是位于宿主恒星宜居帶、和地球質(zhì)量類似的宜居行星是人類一直追尋探測的終極目標(biāo)。為了滿足天體測量方法探測系外宜居行星的需求,對星點的質(zhì)心定位精度必須要達(dá)到10微像素（對應(yīng)1微角秒）,因此微像素質(zhì)心定位技術(shù)是利用天體測量方法探測系外宜居行星急需突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文對微像素質(zhì)心定位技術(shù)開展了研究,具體研究內(nèi)容和主要成果如下:首先對微像素質(zhì)心定位算法和圖像傳感器像素響應(yīng)函數(shù)頻域標(biāo)定技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。對卷簾快門和干涉條紋不穩(wěn)定性對圖像傳感器標(biāo)定的影響進(jìn)行了分析并給出了相應(yīng)的解決方案。考慮了光學(xué)拼接焦平面的影響,分別對微像素質(zhì)心定位算法和像素響應(yīng)頻域標(biāo)定技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。針對像素響應(yīng)頻域標(biāo)定技術(shù)只能得到頻域標(biāo)定結(jié)果的缺陷,提出了一種新標(biāo)定方法,能夠克服這個缺陷。其次,通過仿真對微像素質(zhì)心定位技術(shù)所能達(dá)到的精度以及各種誤差源的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,為了使精度達(dá)到微像素級別,計算窗口必須覆蓋光學(xué)系統(tǒng)點擴散函數(shù)的第5級Airy環(huán);利用像素響應(yīng)頻域標(biāo)定技術(shù)對像素響應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定后,質(zhì)心定位精度可以從0.001像素量級提升到5微像素... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)北京市

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

像素內(nèi)量子效率差異性測量裝置

然后對圖像傳感器輸出的靜態(tài)干涉條紋圖像進(jìn)行分析，就可以得到每個像素的位置偏差，具體的實驗裝置如圖1.2 所示。這項技術(shù)被用于標(biāo)定哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的廣域和行星相機 II（WideField/PlanetaryCameraII，WF/PC II）。CCD 像素位置偏差標(biāo)定對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的高精度天體測量任務(wù)的完成起了決定性作用[16]。由于僅采用了靜態(tài)條紋進(jìn)行測量，最終該項研究的像素位置偏差實際測量精度為 0.011 像素，同時該方法的預(yù)計最高精度也僅有 0.001 像素。圖 1. 2 像素位置偏差測量裝置[15]Fig1.2 The experimental set-up for pixel offset measurements

傅里葉變換的幅度信息，而沒有相位信息，因而無法用調(diào)制傳遞函數(shù)測量結(jié)果恢復(fù)出像素響應(yīng)函數(shù)的準(zhǔn)確形狀。他們在實驗室中針對一種前照式 CCD，利用掃描反射顯微鏡（scanningrefectionmicroscope）對其像素響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行了測量，測量裝置如下圖 1.3 所示。掃描反射顯微鏡形成的光斑尺寸只有大約 0.5 微米的大小，光斑掃描范圍覆蓋了待標(biāo)定像素周圍的 9 個像素。他們的實驗給出了像素內(nèi)部響應(yīng)、像素間串?dāng)_的全面測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)像素內(nèi)部響應(yīng)、像素間串?dāng)_在空間分布具有不對稱性，并且均勻性較差，而不同像素內(nèi)部響應(yīng)函數(shù)的形狀在較大尺度上十分相似，在較小的尺度上則有一定差別。由于他們在實驗中仍然采用的是點光源，因此標(biāo)定速度有限，無法對整個 CCD 上的所有像素進(jìn)行標(biāo)定，具有一定的局限性。在 2001 年 Kavaldjiev 等研究者[23]又針對 CCD 像素響應(yīng)函數(shù)的非均勻性對天文觀測的影響做了深入研究，他們的研究指出對于臨近欠采樣的圖像而言，有必要對 CCD 像素響應(yīng)函數(shù)的非均勻性進(jìn)行充分考慮。這項研究表明，要使質(zhì)心定位精度進(jìn)一步提高，有必要對 CCD 像素內(nèi)部響應(yīng)不均勻性進(jìn)行研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CCD標(biāo)定的微像素精度圖像定位技術(shù)[J]. 李登,張澤,肖思,梁欣麗.  半導(dǎo)體光電. 2018(05)
[2]星圖質(zhì)心提取量化誤差與光敏缺陷誤差分析[J]. 毛炎文,鮑其蓮,王超然.  電子設(shè)計工程. 2017(24)
[3]STEP天體測量誤差源分析[J]. 劉書瑀,劉佳成,朱紫.  天文學(xué)報. 2017(06)
[4]基于亞像元坐標(biāo)的像素頻率誤差補償方法[J]. 胡雄超,毛曉楠,吳永康,閆曉軍,余路偉,王兆龍.  紅外與激光工程. 2017(07)
[5]光學(xué)像差對星點質(zhì)心定位誤差的影響分析[J]. 譚迪,張新,伍雁雄,劉濤.  紅外與激光工程. 2017(02)
[6]基于各向異性高斯曲面擬合的星點質(zhì)心提取算法[J]. 王敏,趙金宇,陳濤.  光學(xué)學(xué)報. 2017(05)
[7]天體測量法探測系外行星[J]. 許偉維,廖新浩,周永宏,許雪晴.  天文學(xué)報. 2016(04)
[8]基于偏正態(tài)分布的星點細(xì)分定位方法研究[J]. 賈瑞明,馬曉蕾,郝云彩.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2016(05)
[9]星敏感器技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 梁斌,朱海龍,張濤,仝玉嬋.  中國光學(xué). 2016(01)
[10]基于PSF相關(guān)的星點定位算法[J]. 郝云彩,賈瑞明,馬曉蕾.  空間控制技術(shù)與應(yīng)用. 2015(06)

博士論文
[1]高精度星敏感器星點提取與星圖識別研究[D]. 賈輝.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[2]APS星敏感器關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 李杰.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所） 2005
[3]CMOS圖像傳感器在星敏感器中應(yīng)用研究[D]. 劉智.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所） 2004



本文編號：3273327