HERA AFC kamerák radiometrikus kalibrációja
Ez a TDK dolgozat az Európai Űrügynökség (ESA) HERA Űrprogram AFC (Asteroid Flaming Camera) kameráinak kalibrálását hivatott bemutatni. Az SN20 és SN22 kamerákkal egy kalibrált lámpáról készült képek alapján kerül meghatározásra a keresett kapcsolat a készült képek DN (Digital Number) és a kalibrált fényforrás fénysűrűségértékei között.
A vizsgálatok célja a kamerák optikai paramétereinek pontos meghatározása és a HERA többi képfelvevő eszközével való ún. keresztkalibráció. Az űrszonda által készített képek ugyanis az így kapott adatok alapján lesznek értelmezhetőek. A fizikai paraméterek közé tartoznak a detektorok alapvető erősítési paraméterei, valamint azok esetleges eltérései is. Ezen vizsgálatok eredménye a későbbi tudományos képfeldolgozás során kerül felhasználásra, amikor a kamerákkal ténylegesen a világűrben készítenek képeket.
A kapcsolat meghatározásához egy etalon lámpa áll rendelkezésre, amely legfontosabb tulajdonsága, hogy fénysűrűségét (Watt/sr/m²) a különböző pontjaira egy kalibrációs laborban, hitelesített mérőműszerrel mérték ki, oly módon, hogy fénysűrűségmérő műszer detektorának és a lámpa diffúzórának síkjai párhuzamosak legyenek egymásra. Ezt a párhuzamosságot kell a későbbiekben reprodukálni a mérések során, az összehasonlíthatóság és a precizitás érdekében. Ahhoz, hogy ez a párhuzamosság reprodukálható legyen, egy tükör és egy lézer került felhasználásra. A lézer a kamera tetején került elhelyezésre, a tükör pedig a lámpa diffúzor felületére illeszkedett. Ha a lézersugár pontosan a tükörre mutat, és a lézersugár önmagába verődik vissza, akkor a kamera szenzora és a lámpa diffúzor felülete párhuzamosak egymással.
A nyers képek olyan adatokat hordoznak magukban, amelyek nem megfelelő kezelése hamis feltételezesékhez vezethet. Ilyenek a hot pixelek és a detektor dark és bias értékei. Hot pixelnek nevezzük azokat a pixeleket, melyek kiugróan magas DN értéket vesznek fel. Ezen pixelek hibásak, érdemes őket a képfeldolgozás első fázisában eltávolítani. Modellünkben a detektor minden egyes pixelét kétfajta hiba terheli: a bias és a dark. Bias-nak nevezzük azt az értéket, amelyet a detektor pixele zérus beérkező fényenergia esetén, a lehető legrövidebb (közel nulla) expozíciós idő alatt felvesz. A dark fogalma nagyon hasonló, ám ebben az esetben már nem csak egy rövid, hanem hosszabb expozíciós időket is figyelembe veszünk. A bias tehát – adott hőmérsékleten – egy skalár, míg a dark egy függvény, mely az expozíciós időtől függ, hosszabb expozíció esetén jelentősen megnő. Minél magasabb üzemi hőmérsékleten történik a képkiolvasás, annál nagyobb bias és dark hibák lépnek fel. Ezen hibák korrigálása alapvető feltétele a kalibrációnak.
A feladat komplexitását a lámpáról készített képek okozzák, ugyanis az űrkamerákkal készült képek mindegyike homályos. A képek 2-3 méteres távolságból készültek, ám az AFC kamerák a végtelen távoli testek éles leképezésére vannak tervezve. A lámpa sugarát a kép összintenzitásának bizonyos százalékánál határozzuk meg (ez a százalék a különböző expozíciós időkre változik, de minden esetben 99% körül mozog). A sugár meghatározása után a kapcsolat már felállítható. A létrehozott kapcsolathoz az integrál értékek vizsgálata szükséges, ugyanis a homályos képek nem engedik a DN értékek és a fénysűrűségértékek egymásnak való közvetlen, pixelenkénti megfeleltetését.
szerzők
-
Forczek Bianka
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Ludvig Levente Ákos
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Nagy Balázs Vince
egyetemi docens, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék