Identification of cosmic rays in Chang’e’s lunar-based ultraviolet telescope images

Qi LIU; Jing WANG; Mao-hai HUANG; Jian-yan WEI

doi:10.37188/OPE.20212910.2330

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Identification of cosmic rays in Chang’e’s lunar-based ultraviolet telescope images

Modern Applied Optics | 更新时间：2021-11-01

- Identification of cosmic rays in Chang’e’s lunar-based ultraviolet telescope images
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 10, Pages: 2330-2339(2021)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室，北京 100101
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.广西大学物理科学与技术学院广西相对论天体物理重点实验室，广西南宁 530004
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212910.2330
  CLC： TP751.2;P184.5
- Received：21 January 2021，
  
  Revised：18 March 2021，
  
  Published：15 October 2021
- 稿件说明：
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刘奇,王竞,黄茂海等.嫦娥三号月基光学望远镜图像中的宇宙线识别[J].光学精密工程,2021,29(10):2330-2339.

LIU Qi,WANG Jing,HUANG Mao-hai,et al.Identification of cosmic rays in Chang’e’s lunar-based ultraviolet telescope images[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2330-2339.
刘奇,王竞,黄茂海等.嫦娥三号月基光学望远镜图像中的宇宙线识别[J].光学精密工程,2021,29(10):2330-2339. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2330.

LIU Qi,WANG Jing,HUANG Mao-hai,et al.Identification of cosmic rays in Chang’e’s lunar-based ultraviolet telescope images[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2330-2339. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2330.

摘要

宇宙线事件是CCD和CMOS空间探测图像中普遍存在的现象，对目标的识别和提取造成了干扰。对于空间天文观测图像，提出了一种基于天文位置定标的识别算法，并在 230帧嫦娥三号月基光学望远镜的CCD图像中，共检测到29 731例宇宙线事件。与传统的拉普拉斯算法相比，本算法检测到的宇宙线事件总数多11.14%，多出的部分主要是形态与星像类似的宇宙线事件；在拉普拉斯算法检测到的样本中，98.07%可被本算法检测到；对本算法没有检测到的1.93%样本进行了检查，发现其中48.64%为恒星星像，是错误识别。分析统计了宇宙线事件在月基光学望远镜CCD靶面上的电子沉积分布，和哈勃太空望远镜的两个CCD探测器的结果对比，发现两者形态类似，但前者的峰值略高；进一步分析了宇宙线事件入射角度在CCD靶面上的二维分布，发现在两个方向上有明显超出，可以理解为探测器在嫦娥三号着陆器内部等效铝厚度较小。最后，本文提取出所有识别出的宇宙线事件的形态，建立了“CCD探测器宇宙线实体样本库”，可为空间天文望远镜图像仿真系统提供依据。

Abstract

Cosmic rays interfere with target recognition and extraction and this is a common phenomenon detected in charge-coupled device （CCD） and complimentary metal-oxide semiconductor images taken in space. In this study， we proposed a recognition algorithm based on stellar astrometry for space astronomical images， enabling us to extract a total of 29 731 cosmic-ray events in the 230 CCD images taken by the Chang'e-3 Lunar-based Ultraviolet telescope （LUT）. On the one hand， this number was 11.14% more than the one detected by traditional Laplace algorithm， which was primarily because of events detected with a shape similar to a star. On the other hand， our algorithm failed for only 1.93% of the cases detected by the Laplace algorithm. Among these failed cases， 48.64% were stars， indicating misidentification by the Laplace algorithm. In addition， although peaks appeared at a higher value， the distribution of the electron deposition on the LUT CCD was comparable with those reported for the two Hubble Space Telescope CCDs. With a two-dimensional distribution of the incident angle of cosmic rays on the CCD surface， we identified significant excesses in two directions， which could be understood by a smaller equivalent aluminum thickness of the Chang 'e-3 lander. Finally， we built a public library of cosmic rays recorded by the LUT CCD by extracting the patterns of all the detected cosmic rays， which might be useful for future space telescope image simulation systems.

关键词

Keywords

references

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