كاشفات CCD ومعايرة الصور

تُعد الأجهزة المقترنة بالشحن (Charge-coupled devices) كاشفات التصوير المهيمنة في علم الفلك، ويجب معايرة مخرجاتها الخام من خلال تصحيح الانحياز والظلام والمجال المسطح قبل الاستخدام.

Definition

معايرة صور CCD هي عملية تصحيح إطارات الكاشف الخام من التوقيعات الجهازية، وبشكل أساسي مستوى الانحياز، والتيار المظلم، وحساسية البكسل إلى البكسل، لاستعادة صورة تتناسب مع الضوء الساقط.

Scope

يغطي هذا الموضوع تشغيل ومعايرة كاشفات CCD. ويتضمن كيفية تحويل CCDs للضوء إلى شحنة، والخصائص الرئيسية مثل الكفاءة الكمومية، والكسب، وضوضاء القراءة، والخطية، وتسلسل المعايرة القياسي لطرح الانحياز، وتصحيح التيار المظلم، والتسوية الميدانية. كما يلاحظ الكاشفات ذات الصلة مثل مستشعرات CMOS التي تشترك في نفس مبادئ المعايرة.

Core questions

• كيف يحول CCD الفوتونات الساقطة إلى إشارة قابلة للقياس؟
• ماذا يصف الكسب، وضوضاء القراءة، والكفاءة الكمومية، والخطية؟
• لماذا نحتاج إلى إطارات الانحياز، والظلام، والمجال المسطح، وكيف يتم تطبيقها؟
• كيف تؤثر عيوب الكاشف مثل البكسلات التالفة والتشبع على البيانات؟

Key theories

تصحيح الانحياز، والظلام، والمجال المسطح

طرح مستوى الانحياز الإلكتروني والتيار المظلم المتراكم والقسمة على مجال مسطح مُعَيَّر يزيل الإزاحات المضافة وتغيرات الحساسية المضاعفة من الإطارات الخام.

توصيف كاشف CCD

يوصف أداء CCD بكفاءته الكمومية، وكسبه، وضوضاء القراءة، وسعته الكاملة، وخطّيته، والتي تحدد معًا الإشارة القابلة للتحقيق والنطاق الديناميكي.

Clinical relevance

نظرًا لأن جميع التصوير البصري الحديث وتقريبًا جميع التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة يعتمد على كاشفات من نوع CCD، فإن المعايرة الصحيحة هي الشرط المسبق للقياس الضوئي الدقيق، والتحليل الطيفي، وعلم الفلك في جميع أنحاء علم الفلك الرصدي.

History

اخترعت CCDs في عام 1969 وتم تكييفها لعلم الفلك في السبعينيات، وحلت محل الألواح الفوتوغرافية من خلال توفير كفاءة كمومية عالية، وخطية، ومخرجات رقمية، مما أرسى إطار المعايرة المستخدم حتى اليوم.

Seminal works

• howell2006
• janesick2001
• chromey2016

Frequently asked questions

ما هو المجال المسطح (flat field)؟

المجال المسطح هو صورة لمصدر مضاء بشكل موحد تستخدم لرسم حساسية كل بكسل النسبية؛ القسمة عليها في إطارات العلوم تصحح الاختلافات في الاستجابة والتظليل البصري.

لماذا نطرح إطار الانحياز (bias frame)؟

تضيف CCDs إزاحة إلكترونية ثابتة إلى كل قراءة للحفاظ على القيم موجبة؛ طرح إطار الانحياز يزيل هذه الإزاحة بحيث تعكس أعداد البكسلات الشحنة المجمعة الفعلية.