Astronomie

Was bedeutet „Additives Fransing aus der (multiplikativen) Dämmerung“?

Was bedeutet „Additives Fransing aus der (multiplikativen) Dämmerung“?

Die Frage Wie kann ich das Randmuster in meinen flachen (Dämmerungs-)Bildern für Filter i sichtbar machen? beinhaltet:

Ich habe eine Reihe von Twilight Flats, die vorverarbeitet wurden (Dunkel, Bias, Overscan usw.) und müssen die additiven Farbsäume aus den (multiplikativen) Dämmerungen entfernen. Ich habe jeden normalisiert, indem ich durch den Mittelwert geteilt und sie dann mit ccdproc in Astropie kombiniert habe. Ich habe dann die normalisierten Wohnungen durch diese "neue" Wohnung geteilt und sie in DS9 angesehen, aber ich kann die Fransen immer noch nicht sehen.

und das OP veröffentlichte eine Antwort, bei der Fransen sichtbar sind.

Aber ich habe keine Ahnung, was "additive Fransen" verursacht (was bedeutet, dass es sich um ein Fransenmuster handelt, das zu einem ansonsten korrigierten Bild addiert wird) oder was "multiplikative Dämmerungen" bedeutet.

Könnte jemand die Grundlagen hinter beiden erklären?


Das Streifenmuster wird durch Dünnfilminterferenzen verursacht innerhalb der CCD. Das in einem Pixel empfangene Signal ist proportional zu dem darauf fallenden Licht, multipliziert mit einer Empfindlichkeit, aber dann wird ein zusätzliches Signal hinzugefügt oder abgezogen, das davon abhängt, wie viel des einfallenden Lichts bei bestimmten Wellenlängen ist, die von der Interferenz betroffen sind ( dh das gesamte Breitbandsignal trägt nicht dazu bei, nur der Fluss bei bestimmten Wellenlängen).

Das Streifenmuster ist also eine additive Modulation des Himmelshintergrundes, die im Allgemeinen bei Breitbandfiltern (z Linien). Nur letztere tragen wesentlich zu den Fransen bei.

Die Farbsäume haben keinen Einfluss auf die stellaren Photometriemessungen, außer durch die Einführung einer Struktur in den Hintergrund, die bei der Hintergrundsubtraktion schwierig zu handhaben sein kann. Es beeinträchtigt jedoch die Bilder kosmetisch und stört photometrische Messungen von ausgedehnten Objekten.

Eine perfekte Entfernung ist nicht möglich, da die Amplitude (und auch die Form) des Randmusters genau von der spektralen Zusammensetzung des Lichts abhängt, das die Pixel beleuchtet, und dies je nach (zB Nachtzeit, ob der Mond aufgeht) variiert ).

Eine Korrektur erster Ordnung besteht darin, einen "Streifenrahmen" zu erstellen, indem alle mondlosen Nachtaufnahmen im Median gestapelt werden, nachdem sie mit dem Median-Himmelssignal (oder der Belichtungszeit) skaliert wurden. Eine skalierte Version davon kann dann von jedem verarbeiteten Bildrahmen subtrahiert werden, um die von Farbsäumen betroffene Hintergrundkomponente zu entfernen. Sie wird daher als additive Korrektur bezeichnet.

Twilight Flat Fields werden für einen ganz anderen Zweck verwendet. In der Dämmerung ist der Himmelshintergrund nahezu gleichmäßig und weist ein breitbandiges Kontinuumsspektrum auf, das von gestreutem Sonnenlicht dominiert wird. Daher ist es mit Breitbandfiltern sehr schwierig, Farbsäume darin zu sehen.

Das ist gut, denn der Zweck der Twilight Flats besteht darin, die Breitbandempfindlichkeit jedes Pixels durch Dividieren durch das Flat Field zu kalibrieren (daher als multiplikative Korrektur bezeichnet, und Sie würden normalerweise mit einem "Balance Frame" multiplizieren, der gebildet wird durch Teilen einer geglätteten Version der mittleren Dämmerungsebene durch die ungeglättete Version). Die Dämmerungsebenen können auch verwendet werden, um große Empfindlichkeitsschwankungen im räumlichen Maßstab zu kalibrieren, die beispielsweise durch Vignettierung verursacht werden. Dämmerungsflachen, die starke Farbsäume in Breitbandfiltern aufweisen, sollten nicht verwendet werden, um Empfindlichkeitsschwankungen von Pixel zu Pixel zu beseitigen. In diesen Fällen greift man meist auf "Dome-Wohnungen" zurück.


Das optische Erscheinungsbild von Farbsäumen wird dadurch verursacht, dass die CCD (Dicke) mit der Größe der Wellenlänge vergleichbar ist (Dünnschichtinterferenz). Ein alltägliches Beispiel (gleiche Physik außer mit mehr Farben) ist ein Ölfleck, den man in einer Pfütze sieht. Die Wellenlängen des sichtbaren Lichts sind ähnlich groß wie die Ölschicht auf dem Wasser. Durch die leichte Dickenschwankung des Öls verändern sich die Farben. Da wir dieses Beispiel wahrscheinlich kennen, können wir sehen, wie die Filterdicke den gleichen Effekt erzielen kann (siehe unten ganz rechts). Da Fransen ein Muster hinzufügen, muss es subtrahiert werden, daher der Begriff "Additiv".

Die Ebenen/Twilights sind Kalibrierungsbilder, die verwendet werden, um Artefakte aus den wissenschaftlichen Bildern/Daten zu entfernen. Zum Beispiel hat das CCD eine Pixel-zu-Pixel-Empfindlichkeit, es bilden sich Staubflecken, schlechte Spalten müssen korrigiert werden usw. Flats werden von anderen Profis verwendet, sind aber für Astronomen von entscheidender Bedeutung. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Wohnungen zu nehmen. Die Wohnungen, die ich verwende, sind vom Dämmerungshimmel aufgenommen. Die Idee ist, einen (fast) gesichtslosen Hintergrund zu haben, um diese Variationen auf dem CCD zu sehen. Auch Dome-Flats werden verwendet. Unabhängig davon, wie die Wohnungen erstellt werden, werden die Wissenschaftsbilder durch die Wohnungen geteilt, sind also multiplikativ.

Andere Kalibrierungsschritte umfassen das Entfernen des Bias- oder Sockelwerts (eine angelegte Spannung) und die Dunkelkorrektur, über die Sie bei Interesse nachlesen können. Beides ist auch additiv. Ihre Daten für die Wissenschaft vorzubereiten, erfordert viel Arbeit! Grundsätzlich ist die flache (multiplikative) Korrektur der letzte Schritt (für die meisten und für mich), um Ihre Daten für die Wissenschaft vorzubereiten!

Bearbeiten, um die Folgefrage zu beantworten:

Ich werde mein Bestes geben, um Ihre Folgefrage zu beantworten. Die Begriffe additiv und multiplikativ beziehen sich in diesem Zusammenhang auf die Arten von Korrekturen, die auf die einzelnen Pixelwerte angewendet werden. Additive Fehler addieren sich zu den Pixelwerten, multiplikative Fehler multiplizieren den Wert in einem Pixel. Die Farbsäume verleihen eine Amplitude, die von den Pixelwerten abgezogen werden muss. Im Gegensatz dazu ist die Pixel-zu-Pixel-Empfindlichkeit des CCD multiplikativ. Wenn ich beispielsweise eine Fläche durch eine andere teile, ist dieses Streifenmuster immer noch vorhanden, aber das Pixel-zu-Pixel-Empfindlichkeitsmuster des CCDs wird entfernt. Kurz gesagt, die Farbsäume fügt den Pixeln eine Gesamtamplitude hinzu, hat jedoch nicht die Möglichkeit, die Pixelwerte zu multiplizieren, wie es die Pixelempfindlichkeit im Chip kann. Ich hoffe das hilft etwas.


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