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机器视觉引导CTA计划第一架天文望远镜原型

发布于 2019年1月8日

图一: 艺术家笔下的CTA 大型天文望远镜台。绘者:池下章裕, Mero-TSK杂志国际版

2018年10月10日,契伦柯夫天文望远计划Cherenkov Telescope Array,(CTA)在其北半球天文基地台正式启动第一架大型天文望远镜 (LST-1),地点位于加那利群岛(Canary Island)。两个月后,于2018年12月19日,便从基地台接收到第一批天文影像。新一代望远镜可作为未来在南北半球布署地数组阵列望远镜之原型。预计届时将有超过100架望远镜架设于这些布署地,共同组成CTA天文台。东京大学为CTA计划的主要成员及供应机构,提供建构望远镜时所需的材料及相关技术,而The Imaging Source 映美精相机 作为东京大学的合作伙伴,也一同参与了CTA 计划,所提供的相机则安装于望远镜中机动镜面控制(Active Mirror Control) 系统中,此系统主要用于控制整体镜面角度。

于此计划中,大量望远镜将提供前所未有的灵敏度(当前系统的10倍)、高效能γ射线探测和成像的准确性。以上一代探测望远镜(切伦科夫成像空气望远镜,简称IACT)为雏形而设计,LST-1 大致的架构及运作为一23公尺长的反射体,由198面六角形反射镜所覆盖组成,对准距离反射镜面28公尺的主相机,由主相机负责撷取影像及相关天文数据。为了保持最佳精度,每一面反射镜都必须随时校准,对准主相机及组成主相机结构之265个光电倍增管,以保持精确的角度。

图二: LST-1架设阶段: 六角形反射镜,由图可见安装CMOS相机的切角。摄者:T.Inada (ICRR, 东京大学)

透过机器视觉的引导来校准反射镜至精确角度

此计划在反射镜重新定位时,必须于20秒内校准至所需的角度。而天气条件和反射体的重量(约50吨)会导致碟形天线和用来记录影像的主相机支撑结构发生变形,进而影响198面反射镜对准望远镜主相机。为因应上述影响校准之条件,在调整反射镜过程中(如,聚焦),创造高效且可靠的系统即变得十分关键。望远镜设计执行之初,研究人员考虑了许多方式来建构,其中包括激光扫描系统和陀螺仪系统。然而,由于价格和性能问题,最后都没办法证明这些方法是可行。

因此,东京大学的科学家们被赋予任务,找寻一套实行性高且具绝佳性价之解决方案。他们便转向机器视觉,并为该计划选择了The Imaging Source映美精相机 的GigE黑白相机。搭配此计划的GigE相机配备1.2 MP全局快门感光组件,CMOS相机精巧且坚固的设计让它们可以轻松的整合于IP67外壳中,以此保护相机内部的组件免于受到外在环境影响。整合于外壳中的CMOS相机则安装在每面反射镜的切角中(图2和右下方)。每面镜子的参考点由光轴参考激光(OARL)先行定位,其光波长在近红外区域。每面反射镜的CMOS镜头则测量OARL光点在主相机目标上的位置,来辨别目前对准光轴的反射镜方向。

Mirror segment back 每台相机透过GigE接口与单板机连接。当望远镜移动到新目标时,反射镜会根据事先设定之寻找表(Look-up Tables)进行调整,寻找表内储存每面反射镜的正确位置。但是,由于寻找表为事先设定的,并没有事先排除因天气和望远镜自身的重量的影响而产生结构变化等因素。因此,必须根据由CMOS相机捕捉测量OARL位置,传输至后端连接单版机,计算好确切需对准位置信息后,将其发送回每张反射镜镜子背面的致动器(图像右),便可将每面镜子调整至所需的角度。

契伦柯夫辐射及γ射线研究

来自深空的γ射线暴(GRBs)由宇宙中最剧烈的相互作用而产生,于1960年首次被防卫卫星意外发现。γ射线是电磁波谱上最高的能量波,比可见光的能量大约高10兆倍,为电离辐射,具有生物危害性。幸运的是,对于地球上的生命来说,大气层在γ射线进入地表前便会被阻隔或摧毁,这也是为什么第一批γ射线探测器并不是架设于地球上,而是位于外太空的卫星天文台上。

进入地球大气层后,γ射线会产生次原子粒子级联,这些带电粒子则放射出辐射,产生契伦柯夫蓝光 (Cherenkov light, 由发现此蓝光的契伦柯夫博士来命名)。在1980年代早期,惠普尔天文台的科学家开发了一种地面望远镜系统,透过探测分析契伦柯夫蓝光来侦测及追踪γ射线的来源。

圖三: 藝術家所繪,透過捕捉契伦柯夫輻射藍光來追蹤γ射線。由CTA天文展望台提供。

如同透用x射线可以呈现骨骼光照图,γ射线可以提供天体物理学家珍贵的讯息,研究宇宙中一些最激烈作用的环境,并观察宇宙天体,如黑洞和超新星。 这些新数据将有助于物理学界中最根本的发现,尤其是暗物质的性质和特性。

CTA 天文台未来展望

除了大型望远镜外(LST)外,整体CTA 计划还需要另外两种望远镜尺寸才能完全覆盖总能量范围,分别为中型望远镜 (MST) 和小型望远镜 (SST)。 预计于2021年至2025年之间,将会完整架设足够数量的在线运作望远镜,进行大规模的数据采集,而大大提升准确性和灵敏度。

此篇文章中所提供的技术细节皆根据已发表的研究文章,撰者为林田将明、手嶋政广及其他共同作者,发表于Proceedings of Science期刊,标题为 The Optical System for the Large Size Telescope of the Cherenkov Telescope Array期刊,标题为 www.cta-observatory.org/

ITE 2018: 日本横滨

发布于 2018年12月17日

于12月5日至7日期间, The Imaging Source 映美精相机 与日本代理商Argo联袂于横滨参加国际图像科技暨设备技术展。此展为全日本最大的科技展之一,展会主轴涵盖机器人视觉、3D成像、医学、智能交通以及深度学习。出席现场的产品工程师、系统设计师以及专业研究人员对于 The Imaging Source 映美精相机 自动对焦4200万画素工业相机特别感兴趣。当搭配高分辨率镜头时,4200万画素相机以实惠价格提供超高质量视觉解决方案,呈现极佳性价比。除了展示包含USB 3.1及新式ix Industrial®以太网接口等上百台机款外, The Imaging Source 映美精相机 最新推出之终端用户软件也作为后端操控接口示范,搭配多款相机同时展出。

位于日本横滨<strong>ITE 2018</strong>展 展出之最新软件及硬件解决方案

非常感谢Argo举办了一场精采的展览

VISION 2018

发布于 2018年11月20日

Ice sculpture VISION 2018 于世界最大的机器视觉展会"VISION 2018"现场, The Imaging Source映美精相机 造型吸睛的冰雕虽是展位上令人印象深刻的艺术装置,然而也仅是精彩丰富展会的冰山一角。在今年的展会上, The Imaging Source映美精相机 展示其最新的高端相机,配备Sony Pregius 8.9MP12.3MP全局快门感光组件,并采用USB 3.1接口或最新式的ix Industrial®以太网接口。Ix Industrial®接口为更小、更坚固且有主动锁定功能,可为RJ45的替代方案,并具有高抗冲击和抗振性 - 更适合各类的工业环境。

VISION展会中的主要热门趋势包括嵌入式视觉和深度学习,同时皆于 The Imaging Source映美精相机 的展位中演示呈现。经由立体估算(采用IC 3DDFK 33GP1300相机组合)和基于深度学习的对象检测(HALCON),The Imaging Source 的演示结合了实时人体检测和距离信息提取,进而估算平均距离。

处理各类任务的合适相机:于<strong>VISION 2018.</strong>展示最新相机和镜头系列。

VISION展会的参观人数不断地逐年创新纪录,显示了机器视觉市场的持续增长:超过11,000名参观者莅临了今年展会 - 相较于上一届2016年展会增加了14%。

HALCON 18.11 Steady - HALCON 13之后继版本

发布于 2018年10月30日

HALCON 18.11 再过几天,最新版本的HALCON - HALCON 18.11 - 即将发表上市。 全新版本将于VISION 2018展览中正式亮相,除此之外,此版本亦含括了全新人工智能技术,特别是在深度学习和卷积神经网络(CNNs 细胞神经网络)领域。

HALCON 18.11将提供2个版本: Steady以及Progress。 其中,Progress版本为六个月周期性的订阅模式;而HALCON 13的后继版本 - Steady版本则提供一般正规购买方式。 两个版本的详细差异比较,请于软件说明部分查取:

特别优惠 - 第一年享20%的折扣

为庆祝HALCON 18.11发表,我们将于2018年11月30日至12月17日进行升级活动。

在此波活动中,顾客将可享有HALCON 18.11 Steady版本软件开发工具包(SDK)全产品8折优惠,以及订阅全新HALCON Progress版本享有第一年八折优惠。 若您同时购买一套HALCON 18.11 Steady SDK或升级SDK并订阅一套全新HALCON Progress,甚至可享有全新HALCON Progress第一年五折的优惠。

欲获得特惠价格,请与我们的预售工程师联系,我们将根据您的特定需求提供报价。

新功能预览

在新HALCON 18.11版本中,现在已可对于使用深度学习训练的对象或错误类进行画素精度性地分割。 HALCON 18.11版本亦包括深度学习的对象追踪功能,以便在图像中训练对象或错误类的定位。

新的数据架构"词典"提供了多元的方式以便管理复杂的数据。 举例来说,此功能可将不同的复杂数据、图像、区域及参数分组为单个字典,有助于容易地建构程序。

Argo Corp.将参加2018国际图像科技暨设备技术展

发布于 2018年10月29日

于12月5日至7日期间, The Imaging Source映美精相机 的日本代理商Argo Corp.将参加2018国际图像科技暨设备技术展 (Pacifico Yokohama:D厅,37号展位),现场将展示 The Imaging Source映美精相机 最新发表产品: 全新高端相机配备Sony Pregius8.8百万像素12.3百万像素全局快门感光组件,其搭载USB 3.1(gen. 1)接口或新式ix Industrial® 以太网接口的机款。 ix Industrial®以太网接口为更小、更坚固且有主动锁定功能,可为RJ45的替代方案,并具有高抗冲击和抗振性。此外,展位上将以"新一代物流" 为主题,演示IC 3D、最新变焦和自动对焦相机系列。

Argo和 The Imaging Source映美精相机 邀请您莅临展位现场,并与团队讨论您的需求。

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自1990年成立以来, The Imaging Source 映美精相机成为全球制造工业相机、图象采集卡及视频转换器的领导者之一, 产品系列已广泛地应用于生产自动化、质量检测、物流、医学、科研及安防等领域。

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