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saturn_at_sky Offline

Mitglied VdS


Beiträge: 19

03.03.2011 11:37
Kalibrierung photometrischer Messungen mit DarkFrames antworten

Wenn eine photometrische/spektroskopische Messung per CCD-Kamera gemacht wurde, muss das entsprechende Frame kalibriert werden. Dazu wendet man sog. Bias-, DarkFrames sowie FlatFields auf das gewonnen Frame an.

Da die Kameraelektronik - abhängig von der Temperatur - rauscht, wird später ein MasterDarkFrame von einer Aufnahme subtrahiert (d.h. von jedem Pixelwert der Messung wird der korrespondierende Pixelwert des MasterDarkFrames subtrahiert.). Ein DarkFrame wird gewonnen, indem die CCD-Kamera völlig abgedunkelt wird und so eine Aufnahme gewonnen wird, bei der sich nur die eigene Elektronik auf das Bild auswirkt.

Das Rauschen entsteht bspw. beim Auslesen des CCD-Chips oder Kamera-Komponenten erzeugen Rauschanteile auf einem Frame. Weiterhin gibt es auch ein nicht temperaturabhängiges Rauschen der elektronischen Komponenten das per BiasFrame herausgerechnet werden kann.

Da meine Kamera (ATIK 16-IC CCD) zwar über eine Kühlung verfügt (20°C unter der Umgebungstemperatur), diese aber nicht geregelt ist (es gibt keinen Thermostaten, der die Kühlung ein- und ausschaltet), habe ich folgendes Vorgehen erarbeitet:

Ich mache bei meinen CCD-Messungen begleitende Außentemperaturmessungen mit dem automatischen Temperatur- und Feuchtigkeitslogger: TFD 128 (erhältlich bei Conrad). Dieser wird über USB am PC betrieben und zeichnet jede Minute die Temperatur sowie die Feuchtigkeit auf. Eine typische Temperaturkurve (vom 20.12.2010) habe ich als Abbildung beigefügt. Es dauert etwa eine halbe Stunde, bis der Logger auf die Umgebungstemperatur eingestellt ist.

Weiterhin habe ich ein DarkFrame-Archiv angelegt. Das hat den Vorteil, dass ich für jede Außentemperatur (in Ein-Grad-Abständen) ein entsprechendes MasterDarkFrame vorhalten kann. Es ist somit nicht nötig, den Beobachtungsabend mit dem Erstellen von DarkFrames zu belasten. Beim Anlegen des Archivs gehe ich so vor:

Ich mache Serienaufnahmen mit einer Belichtungszeit von 5 Minuten. Parallel messe ich mit dem Datenlogger die Umgebungstemperatur. Ich habe für mein Astronomieprogramm eine Funktion erstellt, welche die gemachten DarkFrames der Temperaturkurve gegenüberstellt (im internen Header eines Frames ist der Belichtungszeitpunkt sekundengenau enthalten) und in einzelne Ordner einstellt, die die Frames für eine Temperaturstufe vorhalten. Ein Bild der Funktion ist unten aufgeführt. Zu jeder Temperatur wird die Anzahl der Frames sowie der Rauschanteil angegeben. Je mehr Frames man für eine Temperaturstufe hat, desto geringer ist der bei ihrer Zusammenfassung entstehende Rauschanteil. Dieser berechnet sich in Prozent so:

(1.0 / Wurzel(Anzahl der Frames)) * 100.0

Ich stelle dann vier Funktionen zur Verfügung, die DarkFrames einer Temperaturstufe zu einem MasterDarkFrame zusammen ziehen. Dabei wird für jeden Pixel des MasterDarkFrames der Mittelwert bzw. der Median aller vorhandenen Frames der Temperaturstufe ermittelt. Bei diesem Vorgehen vermindert sich der zufällige Rauschanteil des späteren MasterDarkFrames entsprechend der Anzahl der berücksichtigten DarkFrames (siehe Berechnung des Rauschanteils).

Es gibt auch die Möglichkeit, einen Sigma-Mittelwert bzw. -Median zu erstellen. Dabei wird zunächst die Standardabweichung zu jedem Pixel ermittelt und danach der Mittelwert (Median), wobei die Pixelwerte außerhalb +-Standardabweichung nicht berücksichtigt werden. Damit schließt man zufällige, rauschbedingte Ausreißer in den Daten aus und die Qualität des MasterDarks wird verbessert.

Ein MasterDarkFrame „Sigma-Mittelwert“ habe ich als Abbildung beigefügt. Es wird sehr gut deutlich, dass es eine elektronische Komponente in der Kamera gibt, welche für eine Lichtkeule auf dem Frame sorgt. Außerdem werden heiße Pixel deutlich (die weißen Punkte), die sehr schnell gesättigt sind und damit eine Messung verfälschen können.

Den oben angesprochenen Bias-Frame brauche ich nicht einzeln zu erstellen und anzuwenden, da dessen Rauschinformation bereits im MasterDark vorhanden ist. Als nächstes berichte ich Euch, wie ich die Frames mit einem MasterFlat korrigiere.

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Ein Mensch verteidigt mit viel List:
Die Welt scheint anders, als sie ist!
Sein Gegner aber streng verneint:
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Angefügte Bilder:
DarkFrames2.jpg   DarkFrames1.jpg   DarkFrames3.jpg  
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