摘要：

在現代天文觀測領域,科學級相機已經成為現代光學望遠鏡必不可少的終端儀器.隨著天文望遠鏡口徑越來越大,相機的規模也越來越大,從小靶面單片CCD或CMOS芯片到大靶面拼接式的科學級相機,整個望遠鏡控制系統自動化程度越來越高,對相機成像控制的要求也越來越高.相機成像軟件完成對相機成像配置和操控,需要具有良好的魯棒性和可擴展的架構,并且能夠支持遠程控制.針對以上需求,本論文在實驗室研發的多款CCD,CMOS相機的基礎上設計并實現了一套相機成像軟件,并很好的集成到望遠鏡控制系統以及科學級CCD控制器自動化測試系統中.論文首先介紹了天文成像系統的基本概念和望遠鏡控制系統的發展趨勢,在結合國內外相機成像軟件現狀的基礎上,分析了成像軟件的需求.相機成像軟件需要具備易用性,魯棒性,兼容性,擴展性以及跨平臺特性,支持遠程控制以便被方便集成到天文望遠鏡控制系統以及科學級相機的自動化測試系統之中.相機成像軟件進行了層次化設計以方便用戶集成和使用,包括給用戶二次開發使用的成像SDK和供用戶直接使用的成像應用程序兩部分,成像SDK提供了操作相機的基礎功能的API,應用程序則基于SDK完成了面向用戶操作的功能.在對科學級相機硬件進行介紹后,本論文分析并給出了成像SDK的功能要求.成像SDK與相機通過USB批量傳輸模式進行可靠通信,在協議層面設計了一套嚴格的功能指令格式來提供相機和上位機電腦的通信,完成指令的收發與圖像數據的傳輸.為了能夠兼容不同型號相機的功能差異,成像SDK采用面向對象的設計思想,將相機抽象為多個類,利用類之間的繼承,多態特性,保證了相機成像軟件的兼容性與擴展性.成像SDK采用CMake進行構建管理,實現了自動化文檔發布與單元測試.通過對成像SDK進行充分的性能測試,可以證明其滿足高性能,高可靠性的要求.相機成像軟件的成像應用程序包括基于WPF的Windows應用程序和基于AreaDetector的Linux應用程序.本論文在Windows操作系統上實現了強大的圖形界面,集成了圖像處理的功能,能夠對FITS圖像進行分析處理.Linux應用程序提供了基于AreaDetector的遠程控制功能,能很方便地集成進天文望遠鏡觀測和控制系統.基于量子通信實驗望遠鏡的導星系統的需求,本論文同時采用RTS2與AreaDetector相結合的方式實現此望遠鏡天文成像系統的導星控制,在觀測現場的實際測試中有效補充望遠鏡的跟蹤精度,證明了相機成像軟件的可靠性.針對科學級相機CCD控制器自動化測試的需求,基于相機成像軟件設計了CCD控制器自動化測試軟件,在嵌入式系統上實現了基于Qt的CCD控制器自動化測試軟件.測試軟件包括三部分:Qt客戶端,基于AreaDetector的相機成像軟件以及CCD控制器測試SDK,其中Qt客戶端用于繪制用戶界面和控制測試流程.通過CCD控制器測試SDK與AreaDetector成像軟件的配合,完成對CCD控制器的各部分功能及性能的自動化測試.本文的主要工作如下:1.設計了相機成像軟件的構架,適配各種型號的科學級相機,具有良好的兼容性與擴展性;2.完成了針對相機成像SDK的性能測試,在傳輸速率測試,資源占用測試和穩定性測試中均有良好的表現;完成了 Windows系統下的相機成像軟件,添加了 FITS圖像的分析處理功能;3.完成了基于AreaDetector的相機成像軟件,并結合RTS2設計實現了量子通信實驗望遠鏡天文成像系統的導星系統,在現場的測試中性能滿足科學觀測的需求;4.設計了CCD控制器自動化測試軟件的整體架構,在嵌入式系統上實現了CCD控制器自動化測試軟件的測試SDK,基于Qt的測試客戶端程序.

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總結

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