Der ArXiv Preprint Technical Note: Asteroid Detection Demonstration from SkySat-3 B612 Data using Synthetic Tracking ist eine interessante Lektüre! Die Zusammenfassung sagt:
Wir berichten über Ergebnisse aus der Analyse der Beobachtungsdaten des Asteroiden B612, die von den sCMOS-Kameras an Bord von Planet SkySat-3 unter Verwendung der synthetischen Tracking-Technik aufgenommen wurden. Die Analyse demonstriert die erwartete Empfindlichkeitsverbesserung im Signal-Rausch-Verhältnis der Asteroiden durch die richtige Stapelung der kurz belichteten Bilder in der Nachbearbeitung.
Dies ist ein System, das für kurze (20 ms) Belichtungen der hellen, sonnenbeschienenen Erdoberfläche mit CMOS-Bildgebern (keine CCDs) optimiert ist, die während der Finsternisphase ihrer polaren Umlaufbahn in den Weltraum gerichtet sind und schwache Objekte im Weltraum abbilden. Für diesen Test wurden Asteroiden mit einer sichtbaren Helligkeit von ungefähr +14 bis +16 getestet, aber gemäß Abschnitt 6.2 hätte das gleiche 35-cm-Teleskop mit einer kleinen Neugestaltung der Hardware eine Grenzhelligkeit von ungefähr +21!
Folgendes ist mir ins Auge gefallen:
6.3 Zukünftige Richtungen bei der Asteroidensuche
Kürzlich gab Pan-STARRS die erste Entdeckung eines interstellaren Asteroiden bekannt. Dies geschah nach etwa 10 Jahren Pan-STARRS-Betrieb. Frühe Schätzungen gehen davon aus, dass die Entdeckungsrate in naher Zukunft selbst mit Teleskopen wie LSST nur leicht steigen wird. Der Hauptgrund ist, dass sich interstellare Asteroiden im Vergleich zu normalen NEOs sehr schnell bewegen und daher bei PanSTARRS und LSST ein streifiges Bild erzeugen. Synthetisches Tracking könnte die Entdeckungsrate um 10 bis 30 erhöhen, selbst wenn relativ kleine Teleskope wie das SkySat-3-Teleskop mit 35 cm Öffnung verwendet werden.
Frage: Was ist synthetisches Tracking und warum wäre ein 35-cm-Earth-Imager 10-30-mal besser als Pan-STARRS oder LSST, um interstellare Asteroiden zu entdecken? Gibt es etwas Grundlegendes am Pan-STARRS- System oder am Large Synoptic Survey Telescope , das für die Verwendung in dieser speziellen Anwendung unveränderlich ist?
Der übliche Ansatz zum Verfolgen eines schwachen, sich bewegenden Objekts besteht darin, die Kamera so zu bewegen, dass sie einer vorhergesagten Spur folgt, während eine Langzeitbelichtung gemacht wird.
Synthetisches Tracking beginnt mit einer Reihe aufeinanderfolgender Schnellbelichtungen. Wenn die Kamera mechanisch verfolgt, könnten Sie sie einfach überlagern und hinzufügen. (Die beste statistische Methode zum Kombinieren ist etwas komplizierter, aber Sie bekommen die Idee)
Wenn die Kamera nicht nachgeführt hat, können Sie dies dennoch tun, indem Sie die Bilder vor dem Kombinieren rechnerisch verschieben. Sie berechnen, wie das Bild verschoben würde, wenn die Verfolgung perfekt wäre, und wenden dies an, um jedes richtige Bild zu synthetisieren, und stapeln es dann. Daher „synthetisches Tracking“.
Ein großer Vorteil bei der Suche nach Asteroiden ist, dass Sie viele mögliche Bewegungen mit einem einzigen Bildsatz synthetisch verfolgen können. Die mechanische Verfolgung kann jeweils nur eine Zielbewegung verfolgen.
Um am besten zu arbeiten, möchten Sie viele schnelle Belichtungen. Idealerweise sollte die Belichtungszeit so kurz sein, dass sich die verfolgten Ziele während der Belichtung um weniger als ein Pixel bewegen. Dies begrenzt die Unschärfe in dem synthetischen Bild.
Leider arbeiten die meisten Teleskopkameras an der anderen Grenze: Sie starren lange. Dies eignet sich hervorragend für die mechanische Verfolgung von Bildern, führt jedoch zu streifigen, synthetisch verfolgten Bildern. Obwohl die Sensorrauschquellen (Photonenschussrauschen und thermisches Rauschen) ähnlich sind, haben die üblicherweise für astronomische Kameras verwendeten CCDs auch eine Ausleserauschquelle, die mit der Frequenz wächst . Dies ist für Langzeitbelichtungen in Ordnung, aber CMOS-Sensoren mit direkter Auslesung eignen sich viel besser für schnelles Auslesen.
Wir sind es gewohnt, sich bewegende Objekte als Streifen in Bildern zu beobachten, wo liegt also das Problem? Das sind helle Streifen. Dim Streifen sind anders. Sie verteilen das Ziellicht über eine Reihe von Pixeln mit jeweils eigenem Rauschen. Das verringert das Gesamt-SNR der Beobachtung und macht den Streifen weniger sichtbar. Synthetisches Tracking von ausreichend kurzen Bildern kann bis an die Ein-Pixel-Rauschgrenze des Sensors heranreichen, aber nur, wenn die Belichtungen kurz genug sind.
Zahlenbeispiel: Ein 1000-Pixel-Streifen in einer normalen Kamera mit einer 10-Sekunden-Belichtung hat 10 Sekunden Rauschen in jedem Pixel. Bei synthetischer Bildgebung wird jedes Pixel zB bei einem bestimmten 10ms-Slice abgetastet, also (alle anderen Dinge gleich) hat weniger Lärm. Das ermöglicht die Erkennung von 10-mal dunkleren Asteroiden.
NB „Interstellarer Asteroid“ bedeutet hier nicht „wirklich weit draußen im interstellaren Raum“. Es bedeutet „sich wie eine Fledermaus aus der Hölle bewegen, weil sie aus dem interstellaren Raum gefallen ist, anstatt sich in einer Sonnenumlaufbahn zu befinden“. Sie sind schwach, aber mit feststehenden Imagern meist schwer zu erkennen, weil sie sich so schnell bewegen.
Bob Jacobson
Bob Jacobson
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