CN113865518A - 一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 - Google Patents
一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113865518A CN113865518A CN202111173582.XA CN202111173582A CN113865518A CN 113865518 A CN113865518 A CN 113865518A CN 202111173582 A CN202111173582 A CN 202111173582A CN 113865518 A CN113865518 A CN 113865518A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- telescope
- ccd
- plane
- focal
- focal length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Telescopes (AREA)
Abstract
本发明提供一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法,能准确测量出CCD靶面与光学焦面的倾斜程度,然后用标准尺寸的垫片在CCD相机和光学望远镜安装法兰处对其进行修正,解决了天文观测中星像虚实同在的问题。
Description
技术领域
本发明属于光学检测技术领域,尤其是涉及一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法。
背景技术
电荷耦合器件CCD问世于20世纪70年代,它能够将光信号转换成电信号,并实现电荷的存储和转移,在光电探测领域,尤其是天文学领域得到了广泛的应用。随着大视场巡天望远镜的发展,大靶面CCD(像元2048x2048以上)相机的需求不断增多。但由于CCD机械封装误差、CCD相机与望远镜安装法兰机械误差等因素的影响,使得CCD靶面与望远镜光学焦面存在夹角,特别是对于大视场望远镜,其焦距短、视场大,焦深通常小于几十微米,此夹角误差很难达到光学***的焦深要求,进而影响CCD全场星像成像质量。因此,检测CCD靶面和光学***焦面的夹角,并对其修正是非常必要的。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题,提供一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法,包括以下步骤:
S1. 以光学望远镜光学焦平面为基准,通过望远镜调焦***将CCD沿着光轴方向平移,从焦外移动到焦内,或从焦内移动到焦外,平移步长接近望远镜焦深长度,CCD平移过程中同时将光学望远镜对准密集星场,选取合适的曝光时间拍摄图像;
S2. 用天文方法测量图像中所有星像的半高全宽FWHM,再将图像等分为n2个天区,分别统计每个天区中星像半高全宽FWHM的平均值,得到n2个天区的FWHM;
S3. 随着望远镜焦距的移动,任何一个天区都将经过望远镜光学焦面,此时对应的FWHM最小,由于望远镜焦距与其对应的FWHM是一组离散数列,为得到某一天区准确的焦距值,以望远镜焦距作为横坐标, FWHM作为纵坐标进行二次多项式拟合,FWHM最小时对应的焦距值就是这一天区的最佳焦距;
S4. 得到所有天区的最佳焦距后,以CCD像元坐标为x坐标和y坐标,以最佳焦距为z坐标,做平面拟合,得到拟合平面方程,拟合平面与x, y坐标面的夹角即为CCD靶面与望远镜焦面的夹角。
作为一种优选的技术方案,S1中,CCD沿着光学望远镜光轴方向平移的步长接近的望远镜焦深长度为△δ=4λ(f/D)²。
作为一种优选的技术方案,S4中,CCD靶面与望远镜焦面的夹角为:tanθ=(Zmax-Zmin)/(a*√2*b/1000),其中Zmax为最大焦距,Zmin为最小焦距,a为CCD单轴像元数,b为以μm 为单位的CCD像元尺寸。
采用上述技术方案后,本发明具有如下优点:
本发明通过天文检测方法,能准确测量出CCD靶面与光学焦面的倾斜程度,然后用标准尺寸的垫片在CCD相机和光学望远镜安装法兰处对其进行修正,解决了天文观测中星像虚实同在的问题。本发明解决了无法使用直接测量方法测量CCD靶面与望远镜焦面夹角的问题,且利用天文检测方法可以避免由于安装导致的误差,得到较为准确的测量结果,通用性较强。同时,此方法可为自动靶面校准提供参考。
附图说明
图1为CCD靶面与望远镜焦面夹角测量原理图;
图2为对同一子天区的望远镜焦距和恒星FWHM均值做多项式拟合的拟合点分布图;
图3为对测量的CCD子天区焦距值做平面拟合的拟合点分布图;
图4为CCD相机与望远镜安装法兰面的结构示意图;
图5为修正后CCD靶面与望远镜焦面的拟合点分布图;
图6为修正后CCD全场星像FWHM分布情况示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例,对本发明作进一步的详细说明。
主镜口径D=1m的反射式主焦点望远镜,其光学***焦距f=2200mm,波长λ=650nm处对应的焦深:
因此,在0.013mm范围内,成像质量能满足光学***性能要求。
CCD为科学级芯片,4k×4k像素,像元尺寸为15μm,对应的像元比例尺为1.4”,CCD视场为1.6°x1.6°,大于望远镜光学***有效视场1.5°x1.5°,故CCD边缘及四个角的星像质量较差。
如图1所示,F点为望远镜焦点位置,xFy平面为望远镜焦面。实际测量过程中,将望远镜指向银河密集星场,保证全场区域有足够多的恒星。以0.02mm步长调整望远镜焦距从1.22mm至1.92mm,使得CCD从望远镜焦外移动到焦内(CCD上任何一块区域都要经过望远镜焦面),每移动一次拍摄一张20s曝光时间的图像,共36张图像,记录下每张图像对应的望远镜焦距值(相对于f=2200mm的值)。
首先,对36张图像进行全场测光,得到每张图像中所有恒星的半高全宽(FWHM)值。将图像20x20等分,共400个子天区,统计每个子天区中所有恒星FWHM的平均值。然后,先对36张图像中同一子天区的望远镜焦距和FWHM均值做3次多项式拟合,如图2所示,得到FWHM的最低点;然后,用最低点附近的数据点做2次多项式拟合,确定此子天区的最佳焦距值。可得到400个子天区对应的最佳焦距,以CCD像元坐标为x和y(x, y对应取0-20),以每个子天区的最佳焦距为z作图。最后,对此曲面做平面拟合,如图3所示为 400个子天区的最佳焦距以及拟合平面。最终,得到平面拟合方程:
由此方程可知,(x, y)=(0, 0)时,焦距z最小;(x, y)=(20, 20)时,焦距z最大。故CCD靶面与望远镜焦面的夹角为:
通过天文定位,给图像添加WCS信息,即图像中同时有天文坐标(RA,DEC)和像元坐标(x, y)。通过望远镜地平坐标和天文坐标的关系,判断出CCD靶面的倾斜方向与CCD相机安装法兰面的对应关系。根据此对应关系,按照拟合平面方程,在CCD安装法兰面增加相应厚度的标准尺寸垫片,使得CCD靶面与望远镜焦面平行,如图4所示,最小垫片的厚度为0.02mm。
用同样的方法对修正后的CCD靶面与望远镜焦面的夹角进行测量,最终结果如图5所示。平面拟合方程为:
修正后CCD全场星像FWHM的统计分布如图6所示,灰度梯度表示不同的FWHM值。可以看出全场80%的星像质量优于3”,满足天文观测需求。
除上述优选实施例外,本发明还有其他的实施方式,本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
Claims (3)
1.一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1. 以光学望远镜光学焦平面为基准,通过望远镜调焦***将CCD沿着光轴方向平移,从焦外移动到焦内,或从焦内移动到焦外,平移步长接近望远镜焦深长度,CCD平移过程中同时将光学望远镜对准密集星场,选取合适的曝光时间拍摄图像;
S2. 用天文方法测量图像中所有星像的半高全宽FWHM,再将图像等分为n2个天区,分别统计每个天区中星像半高全宽FWHM的平均值,得到n2个天区的FWHM;
S3. 随着望远镜焦距的移动,任何一个天区都将经过望远镜光学焦面,此时对应的FWHM最小,由于望远镜焦距与其对应的FWHM是一组离散数列,为得到某一天区准确的焦距值,以望远镜焦距作为横坐标,FWHM作为纵坐标进行二次多项式拟合,FWHM最小时对应的焦距值就是这一天区的最佳焦距;
S4. 得到所有天区的最佳焦距后,以CCD像元坐标为x坐标和y坐标,以最佳焦距为z坐标,做平面拟合,得到拟合平面方程,拟合平面与x, y坐标面的夹角即为CCD靶面与望远镜焦面的夹角。
2.如权利要求1所述的一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法,其特征在于,S1中,CCD沿着光学望远镜光轴方向平移的步长接近的望远镜焦深长度为△δ=4λ(f/D)²。
3.如权利要求1所述的一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法,其特征在于,S4中,CCD靶面与望远镜焦面的夹角为:tanθ=(Zmax-Zmin)/(a*√2*b/1000),其中Zmax为最大焦距,Zmin为最小焦距,a为CCD单轴像元数,b为以μm 为单位的CCD像元尺寸。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111173582.XA CN113865518B (zh) | 2021-10-09 | 2021-10-09 | 一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111173582.XA CN113865518B (zh) | 2021-10-09 | 2021-10-09 | 一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113865518A true CN113865518A (zh) | 2021-12-31 |
CN113865518B CN113865518B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=79002188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111173582.XA Active CN113865518B (zh) | 2021-10-09 | 2021-10-09 | 一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113865518B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1037014A2 (en) * | 1999-03-17 | 2000-09-20 | Kabushiki Kaisha Topcon | Electric level |
US20050036198A1 (en) * | 2002-02-07 | 2005-02-17 | Frederic Safa | Optical instrument for observation from a satellite, with two telescopes |
CN101975560A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种面阵ccd靶面与安装定位面平行度的光学检测方法 |
CN102252634A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-11-23 | 中国科学技术大学 | 基于望远***的激光多自由度精密测量*** |
CN205427305U (zh) * | 2016-02-03 | 2016-08-03 | 中国科学院云南天文台 | 用于调整天文望远镜***共焦的调焦相机及其调焦装置 |
US20160337574A1 (en) * | 2014-01-04 | 2016-11-17 | Jack Chen | Automatic astronomical observation system and observation method |
CN106203462A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-12-07 | 中国科学院国家天文台 | 基于机器学习的天文光学瞬变源快速自动识别方法及*** |
CN108458856A (zh) * | 2018-01-04 | 2018-08-28 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 基于激光光源的分段检测圆顶视宁度的检测装置及其方法 |
CN110411348A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种激光光斑焦点的自动化检测与定位装置及方法 |
-
2021
- 2021-10-09 CN CN202111173582.XA patent/CN113865518B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1037014A2 (en) * | 1999-03-17 | 2000-09-20 | Kabushiki Kaisha Topcon | Electric level |
US20050036198A1 (en) * | 2002-02-07 | 2005-02-17 | Frederic Safa | Optical instrument for observation from a satellite, with two telescopes |
CN101975560A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种面阵ccd靶面与安装定位面平行度的光学检测方法 |
CN102252634A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-11-23 | 中国科学技术大学 | 基于望远***的激光多自由度精密测量*** |
US20160337574A1 (en) * | 2014-01-04 | 2016-11-17 | Jack Chen | Automatic astronomical observation system and observation method |
CN205427305U (zh) * | 2016-02-03 | 2016-08-03 | 中国科学院云南天文台 | 用于调整天文望远镜***共焦的调焦相机及其调焦装置 |
CN106203462A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-12-07 | 中国科学院国家天文台 | 基于机器学习的天文光学瞬变源快速自动识别方法及*** |
CN108458856A (zh) * | 2018-01-04 | 2018-08-28 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 基于激光光源的分段检测圆顶视宁度的检测装置及其方法 |
CN110411348A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种激光光斑焦点的自动化检测与定位装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
黄垒;辛立平;韩旭辉;魏建彦;: "广角天文望远镜的自动调焦", 光学精密工程, no. 01 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113865518B (zh) | 2024-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109767476B (zh) | 一种自动对焦双目摄像头标定及深度计算方法 | |
CN109903227B (zh) | 基于相机几何位置关系的全景影像拼接方法 | |
US8405820B2 (en) | Ranging device and ranging module and image-capturing device using the ranging device or the ranging module | |
CN109859272B (zh) | 一种自动对焦双目摄像头标定方法及装置 | |
CN108648241B (zh) | 一种ptz摄像机现场标定及定焦方法 | |
CN101286235A (zh) | 一种基于柔性立体靶标的摄像机标定方法 | |
CN107783270B (zh) | 大视场及小f数线面结合的遥感相机光学配准方法及*** | |
US8659689B2 (en) | Fast measurement of alignment data of a camera system | |
US10821911B2 (en) | Method and system of camera focus for advanced driver assistance system (ADAS) | |
CN102878948A (zh) | 基于圆光斑标记的目标表面坐标的视觉测量装置及测量方法 | |
EP3855246A1 (en) | Camera with phased metalens | |
Watanabe et al. | Telecentric optics for constant magnification imaging | |
CN111796414B (zh) | 基于恒星间弧长变化的望远镜自动调焦方法 | |
CN108520541B (zh) | 一种广角摄像机的标定方法 | |
CN113865518B (zh) | 一种大视场望远镜焦面与ccd靶面夹角的天文检测方法 | |
US9366839B2 (en) | Position adjustment device and position adjustment method | |
Ueno et al. | Compound-Eye Camera Module as Small as 8.5$\times $8.5$\times $6.0 mm for 26 k-Resolution Depth Map and 2-Mpix 2D Imaging | |
CN108898585B (zh) | 一种轴类零件检测方法及其装置 | |
CN113421300B (zh) | 确定鱼眼相机图像中物体实际位置的方法及装置 | |
CN115164775A (zh) | 大口径凸非球面反射镜面形检测装置及其检测方法 | |
CN209877942U (zh) | 像距测量仪 | |
CN114627168A (zh) | 一种提高红外与可见光图像配准精度的方法 | |
CN109493382B (zh) | 一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法 | |
Van et al. | Optical design with non-rotationally symmetric field mapping for infrared search and track system | |
CN113472983B (zh) | 一种摄像头模组场曲校正方法以及*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |