Лаборатория астрометрии и звездной астрономии 
ОЦИФРОВКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАСТИНОК НА ПЛАНШЕТНЫХ СКАНЕРАХ И ИХ НОВАЯ РЕДУКЦИЯ.
В настоящее время в астрономических учреждениях всего мира накоплен громадный материал фотографических наблюдений (стеклотеки обсерваторий), выполненных в XIX и XX веках. Для использования этого материала в современных астрономических работах, таких как составление больших звездных обзоров, выводе новых высокоточных собственных движений звезд, уточнении параметров связи динамической и звездной систем координат, дальнейшем усовершенствовании теорий движения тел Солнечной системы, производится оцифровка старых фотографических пластинок и новая редукция имеющегося наблюдательного материала в системах современных каталогов. Для оцифровки фотографических пластинок используются специализированные измерительные машины (SuperCOSMOS, StarScan, DAMIAN и др.), что, как правило, связано с большими материальными затратами. С появлением относительно недорогих планшетных сканеров встал вопрос о привлечении их к какого рода работам. Благодаря специально разрабатываемым методикам сканирования и тщательной калибровке удается получить результаты, точность которых оказывается приемлемой для решения целого ряда астрономических задач.
ОЦИФРОВКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В МАЛЫХ ПОЛЯХ.
Оцифровка фотографических пластинок с изображениями визуально-двойных звезд и спутников планет на сканере UMAX PowerLook II были начаты в 1999 г. 
Планшетный сканер UMAX PowerLook II имеет аппаратное разрешение 600 пикселей на дюйм и программное - 9000 пикселей на дюйм. 
 
Выполнены  оптимальные подборы моделей для определения фотоцентров измеряемых изображений объектов в системе сканера.
Наиболее сложные модели потребовались при  измерении  взаимодействующих изображений визуально-двойных звезд, особенно в случае реального взаимодействия компонент изображения на негативе.
 
 
 
 

Отсканированное изображение звезды ADS8100АС с сильно взаимодействующими кампонентами.
Для калибровки сканера использовался специально изготовленный шаблон, представляющий собой стеклянную пластину размером 13 х18 см, на которую фотографическим способом нанесены около 200 круглых меток, диаметром приблизительно 400 мкм. Все метки были тщательно измерены на приборе "Аскорекорд". То же самое было сделано и на сканере. Были определены параметры связи между системой сканера и системой Аскорекорда, что позволило во многом исключить из измеренных координат систематичееские ошибки, вносимые сканером. 
Средне-квадратические ошибки одного изображения на пластинке составили: по X - 0".039,  по Y - 0".038. Внешняя ошибка измерений составила: по расстоянию  и позиционному углу - 0".024.
Каждая измеряемая пластинка сканировалась два раза с поворотом на 90 градусов. Полный цикл измерений одной пластинки занимает 10-12 минут, что значительно быстрее, чем аналогичные измерения на полуавтоматическом приборе Аскорекорд. 
По сравнению с точностью получаемой при измерении на Аскорекорде ошибка измерения одного изображения на сканере лучше в 2-3 раза, а внешняя точность по одной пластинки превосходит точность Аскорекорда в 1.5 раза.
С 2009 г на сканере UMAX PowerLook II  начата массовая оцифровка фотопластинок с избранными визуально-двойными звездами. К настоящему времени  измерены  645 фотографических пластинок,  получено 783 новых относительных положения.  Все измерения вошли в новую версию каталога визуально-двойных звезд, размещенного в Астрометрической базе данных Пулковской обсерватории (www. puldb. ru). 
ОЦИФРОВКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В  БОЛЬШИХ ПОЛЯХ. 
Оцифровка изображений  звездных объектов в полях размером 2х2 градуса оказалась значительно сложнее из-за всевозможных систематических ошибок, присущих недорогим планшетным сканерам и заметно проявляющимся при измерении в больших полях. . Разработка метода калибровки для сканеров такого типа и методики получения измеренных координат потребовала значительного времени. Регулярное сканирование пластинок нормального астрографа (2х2 градуса) с изображениями избранных астероидов было начато в мае 2010 года. 
Характеристики используемого сканера.

Для измерения фотопластинок использовался высокоскоростной сканер Microtek ScanMaker i900.

• оптическое разрешение: 3200 dpi
• количество бит на пиксел (при сканировании в градациях монохромной шкалы): 16
• размер области сканирования (для прозрачных материалов): 200x250 мм
• время сканирования пластинки размером 160x160 мм примерно 5 мин.
• интерфейс: USB 2.0
 

 Основные систематические ошибки планшетных сканеров.
Существующие систематические ошибки недорогих планшетных сканеров связаны, главным образом, с несовершенством  технологических  процессов, применяемых при производстве таких сканеров. 
Основные источники ошибок:
1. Неоднородность ширины пикселей на ПЗС-линейке (ошибки вида Dx(x)). 
2. Гнутие ПЗС-линейки (ошибки вида Dy(x))
3. Гнутие направляющей, по которой движется ПЗС-линейка (ошибки вида Dx(y)). 
4. Неоднородность скорости перемещения ПЗС-линейки вдоль направляющей (ошибки вида Dy(y)).
5. Косоугольность системы координат.
Одним из положительных моментов предлагаемого метода калибровки и методики по-лучения измеренных координат является то, что они позволяют не анализировать каждую из перечисленных ошибок, а  исключают их суммарное влияние на результат измерения. 
Разработанный метод калибровки сканера предполагает, что общая систематическая ошибка сканера есть сумма 2-х составляющих: постоянной части, не зависящей от времени и переменной части, которая может изменяться со временем, и  зависеть от условий измерения,  от качества конкретной пластинки и т.п. Во многом переменная часть связана с изменяющейся систематической ошибкой, связанной с неперпедикулярностью ПЗС-линейки и направляющей вдоль оси Y. Как показывает опыт, переменная часть калибровочной поправки существенно меньше постоянной. Постоянная часть калибровочной поправки  определялась по специально подобранным  пластинкам с большой плотностью звезд и вносилась в измеренные координаты, переменная часть поправки, индивидуальная для каждой пластинки, исключалась из  измеренных координат на этапе усреднения по 4-м сканам.
МЕТОД КАЛИБРОВКИ.
Область сканирования (стекло сканера) мысленно разделим на квадраты, образующие сетку из M рядов и M столбцов (рис. 1). Суть предлагаемого метода калибровки заключается в нахождении систематических поправок для каждого из квадратов созданной “виртуальной сетки”, используя специально подобранные калибровочные пластинки с большим количеством звезд.

Рис.1

Полученную степень исключения постоянной части систематических ошибок сканера после введения калибровочных поправок можно оценить по рис.2 (a,b).  Величина среднего квадратичного отклонения сдвигов звезд вдоль осей X и Yот нулевого значения оказалась в пределах  1.0 - 1.5  микрона.
 
Рис.2  Величины сдвига звезд вдоль осей  X и  Y, полученные при сравнении 2-х сканов, сделанных с поворотом пластинки на 180 градусов до (а) и   после (b) учета калибровочных поправок (пластинка  D469, 1820 звезд).

Каждая измеряемая пластинка сканировалась в 4-х положениях с поворотами на углы кратные 90 градусов.  Общее время сканирования одной пластинки составляет  20 минут (5 мин.* 4). Случайная ошибка при измерении объектов на одной пластинке (повторяемость) лежит в пределах 14-24 мсд.  При редукции   в качестве опорного использовался каталог UCAC3.  Среднее значение ошибки измеренных координат звезд для одной пластинки составило 50-65 мсд. Ошибка единицы веса – 2-3 мкм (120-180 мсд), что соответствует точности хороших фотографических каталогов. Помимо недоисключенных ошибок, связанных с оцифровкой пластинки, эта ошибка включает в себя и ошибки опорного каталога. 
 
Учитывая разность между современной эпохой и эпохой получением фотографических пластинок  (от 30 до 100 лет), значительный вклад в ошибку редукции вносят ошибки собственных движений опорного каталога. По сравнению с результатами измерений аналогичных пластинок на Аскорекорде,  использование сканера на порядок увеличило скорость измерения и улучшило точность измеренных координат в среднем на 40%. 
вернуться на предыдущую страницу