微像素精度质心位移估计与探测器标定

精确的质心估计在使用望远镜图像进行高精度天体测量中起着关键作用。传统的质心估计将模板点扩散函数（PSF）拟合到图像数据。由于波前像差和光学系统的不确定性，PSF通常无法高精度已知，因此常用简单的高斯函数。PSF知识误差会导致传统质心估计中的系统误差。在本文中，我们提出了一种通过从充分采样（高于奈奎斯特频率）的像素化图像中重建PSF来实现精确质心估计算法。在理想焦平面阵列（其像素具有相同响应函数，无像素间变化）的极限下，该方法可以估计两个32×32图像之间的质心位移，精度达到亚微像素。实际探测器（例如CCD）中存在像素间响应变化，我们可以通过测量每个像素在傅里叶空间中的像素响应来标定这些变化。像素响应函数的像素间变化的傅里叶变换可以方便地用其泰勒级数展开的空间波数幂次表示。通过标定该展开中的三阶项，我们展示了使用模拟数据时，质心位移估计的精度可达几个微像素。该算法适用于新提出的任务概念——最近地球天体测量望远镜（NEAT），以实现相对天体测量的微角秒精度，用于探测类地系外行星。该技术也适用于高精度测光任务。