آشکارسازهای CCD و کالیبراسیون تصویر

افزاره‌های بار-جفت‌شده (Charge-coupled devices) آشکارسازهای تصویربرداری غالب در نجوم هستند و خروجی خام آن‌ها باید پیش از استفاده از طریق تصحیح بایاس، تاریک و میدان تخت کالیبره شود.

Definition

کالیبراسیون تصویر CCD فرآیند تصحیح فریم‌های خام آشکارساز برای امضاهای ابزاری، عمدتاً سطح بایاس، جریان تاریک و حساسیت پیکسل به پیکسل، برای بازیابی تصویری متناسب با نور فرودی است.

Scope

این موضوع به عملکرد و کالیبراسیون آشکارسازهای CCD می‌پردازد. این شامل چگونگی تبدیل نور به بار توسط CCDها، ویژگی‌های کلیدی مانند بازده کوانتومی، بهره، نویز خوانش و خطی بودن، و توالی کالیبراسیون استاندارد شامل تفریق بایاس، تصحیح جریان تاریک و فلت فیلدینگ است. همچنین به آشکارسازهای مرتبط مانند حسگرهای CMOS که اصول کالیبراسیون مشابهی دارند، اشاره می‌کند.

Core questions

• یک CCD چگونه فوتون‌های فرودی را به سیگنالی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند؟
• بهره، نویز خوانش، بازده کوانتومی و خطی بودن چه چیزی را توصیف می‌کنند؟
• چرا فریم‌های بایاس، تاریک و میدان تخت مورد نیاز هستند و چگونه اعمال می‌شوند؟
• آرتیفکت‌های آشکارساز مانند پیکسل‌های بد و اشباع چگونه بر داده‌ها تأثیر می‌گذارند؟

Key theories

تصحیح بایاس، تاریک و میدان تخت

تفریق سطح بایاس الکترونیکی و جریان تاریک انباشته شده و تقسیم بر یک میدان تخت نرمال‌شده، آفست‌های افزایشی و تغییرات حساسیت ضربی را از فریم‌های خام حذف می‌کند.

مشخصه‌یابی آشکارساز CCD

عملکرد یک CCD با بازده کوانتومی، بهره، نویز خوانش، ظرفیت چاه کامل و خطی بودن آن توصیف می‌شود که در مجموع سیگنال و محدوده دینامیکی قابل دستیابی را تعیین می‌کنند.

Clinical relevance

از آنجا که تقریباً تمام تصویربرداری‌های نوری و فروسرخ نزدیک مدرن به آشکارسازهای نوع CCD متکی هستند، کالیبراسیون مناسب پیش‌شرطی برای فوتومتری، طیف‌سنجی و اخترسنجی دقیق در سراسر نجوم رصدی است.

History

CCDها که در سال 1969 اختراع شدند و در دهه 1970 برای نجوم اقتباس گشتند، با ارائه بازده کوانتومی بالا، خطی بودن و خروجی دیجیتال، جای صفحات عکاسی را گرفتند و چارچوب کالیبراسیونی را که هنوز امروزه استفاده می‌شود، بنا نهادند.

Seminal works

• howell2006
• janesick2001
• chromey2016

Frequently asked questions

میدان تخت چیست؟

میدان تخت تصویری از یک منبع با نور یکنواخت است که برای نقشه‌برداری حساسیت نسبی هر پیکسل استفاده می‌شود؛ تقسیم فریم‌های علمی بر آن، تغییرات در پاسخ و وینیتینگ نوری را تصحیح می‌کند.

چرا یک فریم بایاس را تفریق می‌کنیم؟

CCDها یک آفست الکترونیکی ثابت را به هر خوانش اضافه می‌کنند تا مقادیر مثبت بمانند؛ تفریق یک فریم بایاس این آفست را حذف می‌کند تا شمارش پیکسل‌ها منعکس‌کننده بار واقعی جمع‌آوری شده باشد.