[論文レビュー] Ground-based CCD astrometry with wide field imagers. IV. An improved Geometric Distortion Correction for the Blue prime-focus Camera at the LBT

Andrea Bellini, L. R. Bedin|arXiv (Cornell University)|May 5, 2010

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 17被引用数 17

ひとこと要約

本論文では、大型二重望遠鏡のブルー・プライムフォーカス・カメラ（LBC-Blue）に対して、1枚のチップごとに3次多項式解を用いた改善された幾何的歪み補正を提示している。これにより、BおよびVフィルタで相対的天体測定精度が約15 masに達する。この手法により、24'×25'の視野全体にわたり最大50ピクセルのスケールの歪みを補正でき、内側の検出器領域における残差誤差は約0.09ピクセル（20 mas）にまで低下する。

ABSTRACT

High precision astrometry requires an accurate geometric distortion solution. In this work, we present an average correction for the Blue Camera of the Large Binocular Telescope which enables a relative astrometric precision of ~15 mas for the B_Bessel and V_Bessel broad-band filters. The result of this effort is used in two companion papers: the first to measure the absolute proper motion of the open cluster M67 with respect to the background galaxies; the second to decontaminate the color-magnitude diagram of M67 from field objects, enabling the study of the end of its white dwarf cooling sequence. Many other applications might find this distortion correction useful.

研究の動機と目的

• 大型二重望遠鏡のLBC-Blue広視野カメラに、高精度の幾何的歪み補正を開発すること。
• 光学的および機械的要因に起因する、最大50ピクセルに及ぶ大規模な幾何的歪みの問題に対処すること。
• 恒星運動の測定や色-等級図の汚れ除去といった、天体物理学的研究に向けた高精度の相対的天体測定を可能にすること。
• 歪み補正解の時間的安定性および観測条件の変化（大気屈折率、画像品質など）に対する依存性を評価すること。
• UCAC-2 や 2MASS といった外部カタログと連携することで、将来的な絶対天体測定を支援すること。

提案手法

• LBC-Blueカメラを用いて、星像フィールドの高SN比でドitherされた多数の露光データセットを取得した。
• 星の位置の残差を基準カタログと比較することで、各検出器チップごとに3次多項式歪み解を導出した。
• チップ間の位置を登錣するために6パラメータの線形変換を用い、チップ#2を基準とした。
• 視野全体にわたって均等に分布する星を用いて歪み補正をキャリブレーションし、残差誤差を最小化した。
• 歪みパラメータに時間的および環境的要因（例：大気屈折率、画像品質）の影響があるかを評価した。
• 独立したデータセットを用いた性能テストと残差分散の評価により、補正解の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LBC-Blueカメラの全視野にわたり、天体測定の残差を最小化する最適な幾何的歪み補正モデルは何か？
• RQ2 歪み補正解は、時間経過および大気的・機器的条件の変化に対してどの程度安定しているか？
• RQ3 歪み補正により、地上望遠鏡の広視野撮影で20 mas未満の相対的天体測定精度をどの程度達成できるか？
• RQ4 外部カタログ（例：UCAC-2 や 2MASS）を用いて、歪み補正を絶対天体測定に応用できるか？
• RQ5 主な残差歪みの原因は何か？また、それらは検出器の端縁や温度・重力に起因するスケール変化とどのように相関しているか？

主な発見

• 3次多項式歪み補正により、LBC-Blueの各チップの内側領域における残差誤差は約0.09ピクセル（20 mas）にまで低下した。
• 補正解を用いることで、BおよびVバンドの広帯域フィルタで約15 masの相対的天体測定精度が達成された。
• 系統的な残差は最大でチップ縁から200～400ピクセルの領域で顕著であり、高精度作業には内側の検出器領域が最適であることが示された。
• 1晩のうちに歪み補正解に生じる時間的変動は最大で10,000分の5に達し、これにより1チップあたりの絶対天体測定精度が約250 mas（1ピクセル）に制限された。
• メタチップシステムの最大歪みは約0.5秒角（約2ピクセル）であり、広視野を持つ地上望遠鏡のプライマリフォーカス機器としては非常に優れた性能である。
• この補正解により、M67における白色矮星の冷却シーケンスの検出や、オープンクラスタの恒星運動の測定が可能となり、深紫外天体測定への応用の有効性が実証された。