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CCD器件在天文学方面应用广泛,可拍摄罕见星系
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时间:2014-07-17 15:07:21

 

        随着科技的进步,CCD器件及其应用技术的研究也取得了惊人的进展,特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。含格状排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。其光效率可达70%(能捕捉到70%的入射光)优于传统菲林(底片)的2%因此CCD迅速获得天文学家的大量采用。

        CCD是使用一种高感光度的半导体材料集成,它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号,在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号,这种数字信号经过压缩和程排列后,可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号,可对被侧物体进行准确的测量、分析。

        CCD在天文学方面有一种奇妙的应用方式,能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。方法是让CCD上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致,速度也同步,以CCD导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差还能使望远镜记录到比原来更大的视场。

        一般的CCD大多能感应红外线所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度(或趋近零照度)摄影机/照相机等。为了减低红外线干扰,天文用CCD常以液态氮或半导体冷却,因室温下的物体会有红外线的黑体幅射效应。CCD对红外线的敏感度造成另一种效应,各种配备CCD的数码相机或录影机若没加装红外线滤镜,很容易拍到遥控器发出的红外线。降低温度可减少电容阵列上的暗电流,增进CCD在低照度的敏感度甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升(信噪比提高)。

        温度噪声、暗电流(darkcurrent)和宇宙辐射都会影响CCD表面的像素。天文学家利用快门的开阖让CCD多次曝光取其平均值以缓解干扰效应。为去除背景噪声要先在快门关时取影像讯号的平均值即为“暗框”(darkframe)。然后打开快门取得影像后减去暗框的值再滤除系统噪声(暗点和亮点等等)得到更清晰的细节。

        天文摄影所用的制冷CCD相机必须以接环固定在成像位置防止外来光线或震动影响;同时亦因为大多数影像平台生来拍摄星系、星云等暗弱天体的影像天文学家利用“自动导星”技术。大多数的自动导星系统使用额外的不同轴CCD监测任何影像的偏移然而也有一些系统将主镜接驳在拍摄用之CCD相机上。以光学装置把主镜内部份星光加进相机内另一颗CCD导星装置,能迅速侦测追踪天体时的微小误差并自动调整驱动马达以矫正误差而不需另外装置导星。

        经冷冻的CCD在1990年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视装置,而各大型天文台亦不断研发高像数CCD以拍摄极高解像之天体照片。随着CCD技术和理论的不断发展,CCD技术应用的广度与深度也必将越来越大。

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