Havaitsevan tähtitieteen pk 1 luento 7, Kuvankäsittely. Jyri Näränen

Transkriptio

1 Havaitsevan tähtitieteen pk 1 luento 7, Kuvankäsittely Jyri Näränen

2 7. Kuvankäsittely 1. CCD kuvien jälkikäsittely 2. CCD havaintojen tekeminen 3. FITS 4. Kuvankatseluohjelmistoja 5. Kuvankäsittelyohjelmistoja 6. Demo

3 7.1 CCD kuvien jälkikäsittely CCD kuvien laatua voidaan huomattavasti parantaa jälkikäsittelyllä Yleisimpiä ovat bias, dark ja flat-field - korjaukset myös esim. CCDn interferenssikuviota, kuvakentän vääristymiä, sekä hyvin käyttäytyvää taustavalogradienttia voidaan mallintaa ja korjata pois kuvasta

4 7.1 Bias CCD siruun etukäteen luettu jännite, jolla estetään heikon signaalin leikkaantuminen A/D muuntimessa Bias -tasoa on hyvä mitata muutamaan otteeseen yön aikana (vähintään illalla ja aamulla) jos käytössä ei ole overscan aluettaa tai jos ei ole täysin luottavainen, ettei se muutu Kuvia kannattaa ottaa useita, jotta saadaan hyvää statistiikkaa kuvista (pätee muihinkin kalibrointikuviin)

5 7.1 Dark Pimeän virran poistamiseksi on otettava kuvia suljin kiinni samalla detektorin lämpötilalla ja valotusajalla kuin varsinainen datakin on otettu (kohinan määrä on ajan ja lämpötilan funktio epälineaarisesti) Uudenaikaisissa tieteellisissä kameroissa (mm. jäähdytys kunnossa) käytännössä voi usein jättää tekemättä Darkit sisältävät myös bias tason

6 7.1 Flat field Eri pikseleillä on erilainen herkkyys Myös detektorin ikkunassa tai suodattimella oleva pöly yms. aiheuttaa kaikenlaisia varjostuskuvioita Herkkyyserot ja varjostukset voidaan mitata ja poistaa havaitsemalla tasaisesti valaistua taustaa (ilta-/aamuhämärä tai erityinen flat field valaistus kuvussa) hyvällä S/N tasolla Flat field on aallonpituusriippuvainen Flat field sisältää sekä biaksen, että darkin

7 7.1 Datan redusoiminen 1. CCD kuvien operaatiot helppoja, sillä kuva on periaatteessa matriisi 2. Datasta, darkista ja flatista vähennetään keskiarvoistettu bias (ns. masterbias) 3. Datasta ja flatista vähennetään keskiarvoistettu dark (masterdark) (oikealla valotusajalla sekä lämpötilalla) 4. Flatit keskiarvoistetaan ja normeerataan ykköseen (masterflat) 5. Data jaetaan masterflatilla 6. Poistetaan interferenssikuviot, kosmiset säteet, hajavalo yms. niin hyvin kuin voidaan

8 7.1 Datan redusoiminen Masterbias= bias/nbias Masterdark= (dark-masterbias)/ndark Masterflat= (flat-masterdark-masterbias)/ nflat/avgflat Korjattu data=(data-masterbias-masterdark)/ masterflat

9 7.2 CCD havaintojen tekeminen 1. Jäähdytys 2. Darkit (jos tarpeen) 3. Biakset 4. Iltaflatit 5. Fokusoidaan 6. Havaitaan 7. Aamuflatit (jos tarpeen) 8. Suljetaan teleskooppi ja mennään nukkumaan

10 7.3 FITS Flexible Image Transport System Tähtitieteessä ja avaruustutkimuksessa käytetty standardi datan siirtämiseen (NASA ja IAU hyväksynyt) Voi sisältää kuvia (moniulotteisia taulukoita 1D, 2D, 3D,...), tekstitaulukoita, sekä molempia sekaisin Koko voi olla muutamasta kilobitistä jopa gigoihin Sisältää aina header -yksikön, jossa selitetään avainsanoin, mitä tiedosto pitää sisällään (käydään läpi demossa) Melko uusi lisäys World Coordinate System (WCS), joka liittää kuvapikselit johonkin koordinaatistoon (RA & Dec tms.)

11 7.4 Kuvankatseluohjelmistoja SAOImage DS9 Harvardissa kehitetty katseluohjelma FITS kuville Löytyy monille käyttöjärjestelmille (Linux, OsX, Windows,...) Monilla teleskoopeilla de facto standardi

12 7.4 Kuvankatseluohjelmistoja FV Interaktiivinen FITS tiedostoeditori Voi käyttää myös katseluun Osa NASAn HEASARC FTOOLS ohjelmistopakettia Käyttökelpoinen myös muilla aallonpituusalueilla

13 7.4 Kuvankatseluohjelmistoja GAIA (Graphical Astronomy and Image Analysis tool) ESOn projekti (kehitettiin VLT:a varten)

14 7.5 Kuvankäsittelyohjelmistoja IRAF (Image Reduction and Analysis Facility) Komentorivipohjainen Standardi, tosin painotus amerikkalaisilla mittalaitteilla Ohjelmointikieli CL, josta tuli muutama vuosi sitten uusi versio ECL Kehityssuunta on menossa kuitenkin Pythoniin päin, PyRAF Kuvien katseluun tarvitaan joko DS9 tai FV, osaa itse tuottaa plotteja Kari Nilssonin verkkosivuilla hyvä perusohje:

15 7.5 Kuvankäsittelyohjelmistoja ESO-MIDAS European Southern Observatory Munich Image Data Analysis System Komentorivipohjainen Euroopan Eteläisen Observatorion kuvankäsittelystandardi Ohjelmointikieli, joka tuottaa oman grafiikkansa Paljon paketteja juuri ESO datan käsittelytarpeisiin Tähtitieteen laitoksella kehitetty Python liittymäpinta PyMIDAS tuo mahdollisuuden käyttää sekä IRAFia, että MIDASta samaan aikaan

16 7.5 Kuvankäsittelyohjelmistoja Myös esim. IDL:n paljon rutiineja FITSien käsittelyyn Erikoissovelluksiin (asteroidietsintä yms.) olemassa paljonkin softaa, mutta usein käyttäjän omiin tarpeisiin, ilman tuotetukea

17 7.5 Kuvankäsittelyohjelmistoja Näitä ja paljon muuta: Kaupalliset lähinnä Windows ympäristöön ja harrastelijoille mustia laatikoita ei aina selvää, mitä tekevät nimensä mukaisesti eivät ole ilmaisia joihinkin sovelluksiin voivat kyllä hyvinkin käydä, ei kannata suoralta kädeltä hylätä Esimerkkejä: MPOSoftware.htm, nettihaulla paljon lisää...

18 7.5 Demo Toivottavasti toimii... :)