CCD 線形性解析用の cl script, C program

解析の流れ

Shutterless photon transfer method

1. LED照射0秒画像取得 ledxx.fits
2. bias画像取得 bias.fits
3. 各columnごとのS, σ^2計算
   cl> noshph4 led01.fits slpt_raw.xy bias.fits
   cl> noshph4 led02.fits slpt_raw.xy bias.fits
   ...
   cl> noshph4 led0n.fits slpt_raw.xy bias.fits
   
4. binning
   % gain_bin_v11 0 65000 1000 slpt_raw.xy slpt_b1000.xy

光量 - シグナル値関係

1. 積分時間を変えて安定光源スペクトル取得
   light_xxxsec.fits
   安定性確認のため、適当な積分時間を一決め、こまめに撮る
   light_varxx.fits
2. bias画像取得、bias値測定
   light_000sec.fits
   cl> imstat light_000sec.fits[2171:2190,101:900]
   ---> biasvalue
3. maskの作成
   
   1. light_varxx.fitsの平均化、bias引き
      light_ave.fits
   2. badcolumn処理
      cl> lin_badcolmsk light_ave.fits light_ave_bc.fits 0
   3. mask作成 (例: 2000ADU- 2020ADU)
      cl> lin_mkmsk light_ave_bc.fits light_mask.fits 2000 2020
4. 光量変化の関数決定
   
   1. 安定画像のシグナル値の時間変化を測定
      cl> lin_tc_withmsk light_var.lst light_var00.fits (biasvalue) light_mask.fits 0.0 0.0 0.085 > sigvar.xy
   2. 光量変化の一次関数の各パラメータa, bを知る
      sigvar.xyの $2:$12:$13 に一次関数をfitしてa,bを知る
      gnuplot> f(x) = (a*100.0) * x + b
      gnuplot> fit f(x) "sigvar.xy" u 2:12:13 via a,b
5. 光量変化補正の時間-光量関係を得る
   cl> lin_tc_withmsk light.lst light_var00.fits (biasvalue) light_mask.fits (a) (b) 0.085 > light_tc.xy
6. LRsを得る
   cl> lin_calclrs light_tc.xy 20000.0 0.455 > light_lrs.xy

IRAF clscripts

lin_01rev.cl

lin_01rev (input_fn) (output_fn)
   (input_fn) : file : 入力ファイル
  (output_fn) : file : 出力ファイル

   数値が 0 or 1 からなるマスク画像の、0と1を反転させる。


lin_badcolmsk.cl

lin_badcolmsk.cl (input_fn) (output_fn) (rplc_val)
   (input_fn) : file : 入力ファイル
  (output_fn) : file : 出力ファイル
   (rplc_val) : real : 設定値

   画像内で使用しない領域（オーバースキャン領域、バッドカラム群；
  領域はスクリプトファイル内で定義）の値を 設定値 rplc_val に
  設定する。


lin_liststat.cl

lin_liststat (list_fn) (mask_fn) (biaslevel)
    (list_fn) : file : 入力リストファイル
    (mask_fn) : file : 適用するマスクファイル
  (biaslevel) : real : バイアスレベル [ADU]

   リストファイル list_fn 内に指定する画像ファイルにそれぞれに、
   lin_mskstat を適用する。lin_mskstat で使用するマスクファイル
   mask_fn、および、差し引くべきバイアスレベル biaslevel を指定する。

   lin_mskstatを使用。


lin_mkmsk.cl

lin_mkmsk (template_fn) (mask_fn) (s_min) (s_max)
 (template_fn) : file : 入力テンプレート画像
     (mask_fn) : file : 出力マスク画像
       (s_min) : real : 選択シグナル値下限値
       (s_max) : real : 選択シグナル値上限値

   入力テンプレート画像 template_fn の画像内で、(s_min)と(s_max)の
   範囲にあるピクセルを 0、それ以外のピクセルを 1とするマスク画像、
   mask_fn を出力する。


lin_tc.cl
  
 lin_tc (list_fn) (base_time_fn) (biaslevel) 
                 (x1) (x2) (y1) (y2) (tcor) (tcor_b)

     (list_fn) : file : 入力リストファイル
(base_time_fn) : file : 時刻の原点となる画像
   (biaslevel) : real : バイアスレベル
          (x1) : int  : 選択領域 開始x座標
          (x2) : int  : 選択領域 終了x座標
          (y1) : int  : 選択領域 開始y座標
          (y2) : int  : 選択領域 終了y座標
        (tcor) : real : 光量補正係数・傾き
      (tcor_b) : real : 光量補正係数・切片

    出力
     column#1 : s : 画像ファイル名
            2 : f : 測定時刻
            3 : f : 積分時間（光量補正後）
            4 : d : 使用したピクセル数
            5 : f : 領域内平均値
            6 : f : 領域内中間値
            7 : f : 領域内標準偏差
            8 : f : 領域内最小値
            9 : f : 領域内最大値
           10 : f : 測定誤差 (標準偏差 / √ピクセル数)
           11 : f : 光子数誤差  (√（ゲイン x 平均値）)
           12 : f : 時刻0の平均値に対する光量変化量 lpc [%]
               lpc = 100.0 * ( mean / mean0 * exptime0 / exptime - 1.0)
           13 : f : 時刻0の平均値に対する光量変化量の誤差 dlpc
               dlpc = 100.0 * pherror / mean0

    入力リストファイル list_fn 内に記述された各画像について、
    バイアスレベル biaslevel 差引の上で、
    指定した長方形領域 [x1:x2, y1:y2] 内の統計量を、測定時刻とともに
    出力する。
    時刻は、各画像のヘッダーから時刻を読み出し、base_time_fn で指定する
    画像ファイルの時刻と 0として、分単位で得る。
    光量 L が、時刻 0 での光量 L0 に対して、測定時刻 tobs につれて、
    一時関数、
      L =  L0 * [ 1 + tcor * tobs + tcor_b]
    と変化しているとして、光量変化のパラメータ tcor、tcor_bを与える。
    この時、出力される積分時間 texp が、ヘッダーから読み出した値 texp_hに
    対して、
      texp =  texp_h * [ 1 + tcor * tobs + tcor_b] 
    と補正されて出力される。


lin_mskstat.cl

lin_mskstat (input_fn) (mask_fn)
   (input_fn) : file : 入力画像
    (mask_fn) : file : マスク画像

    (出力)

     column#1 : s : 画像ファイル名
            2 : f : 積分時間
            3 : d : 使用したピクセル数
            4 : f : 領域内平均値
            5 : f : 領域内中間値
            6 : f : 領域内標準偏差
            7 : f : 領域内最小値
            8 : f : 領域内最大値
            9 : f : 測定誤差 (標準偏差 / √ピクセル数)

   入力画像 input_fn について、マスク画像 mask_fn で指定された
   ピクセル群内で統計量を計算し出力する。
   σ-rejectionについては、スクリプト内で記述


lin_tc_withmsk.cl

lin_tc_withmsk (list_fn) (base_time_fn) (biaslevel) (mask_fn) 
               (tcor) (tcor_b) (toffset)
     (list_fn) : file : 入力リストファイル
(base_time_fn) : file : 時刻の原点となる画像
   (biaslevel) : real : バイアスレベル
     (mask_fn) : file : マスクファイル
        (tcor) : real : 光量補正係数・傾き
      (tcor_b) : real : 光量補正係数・切片
     (toffset) : real : 真の積分時間の、ヘッダに記録されている
                        積分時間に対する超過分

    リストファイル list_fn について、バイアスレベル biaslevel 差引の上、
    マスクファイル mask_fn で指定するピクセル群ないの統計量を求めて
    表示する。
    時刻は、各画像のヘッダーから時刻を読み出し、base_time_fn で指定する
    画像ファイルの時刻と 0として、分単位で得る。
    積分時間は、まず、ヘッダーに書かれている値に、toffset が加算される。
    さらに、光量 L が、時刻 0 での光量 L0 に対して、測定時刻 tobs につれて、
    一時関数、
      L =  L0 * [ 1 + tcor * tobs + tcor_b]
    と変化しているとして、光量変化のパラメータ tcor、tcor_bを与える。
    この時、出力される積分時間 texp が、ヘッダーから読み出した値 texp_hに
    対して、
      texp =  texp_h * [ 1 + tcor * tobs + tcor_b] 
    と補正されて出力される。
    
    σ-rejection の設定はスクリプト内を直接書きかえる。


lin_calclrs.cl

lin_calclrs (input_fn) (base_count) (base_gain)
       (input_fn) : file : 入力ファイル (lin_tc lin_tc_withmskの出力) 
     (base_count) : real : 基準シグナル値
      (base_gain) : real : ゲイン値


  (出力)
   column#1 : s : 画像ファイル名
         #2 : f : 積分時間
         #3 : f : 電子数
         #4 : f : シグナル値（平均値）
         #5 : f : LRs
         # 6: f : ΔLRs

  入力ファイル input_fn (= lin_tc か lin_tc_withmsk の出力)内の、
  積分時間 - シグナル値関係から、Linearity Residuals LRsを計算する。
   LRsの基準としては、基準シグナル値 base_count を越えない、
   シグナル値および積分時間の組みを使用する。
  ゲイン値 base_gain をもとに、ADU値 → electron値の変換を行う。

lin_dkds.cl 

lin_dkds (input_fn) (km) (pers)
     (input_fn) : file : 入力ファイル (gain_bin の出力)
           (km) : real : 基準のゲイン値 km
         (pers) : real : 出力の単位ADU数
   
   (出力)
            column#1 : binの開始シグナル値
                  #2 : binの終了シグナル値
                  #3 : binの中間シグナル値
                  #4 : データ数
                  #5 : bin内のk(＝σ^2/S)平均値
                  #6 : kの標準偏差
                  #7 : リジェクトされたデータ数
                  #8 : LRs
                  #9 : ΔLRs
                 #10 : dkds
                 #11 : Δ(dk/ds)

    gain_bin の出力から、dk/ds 〜 (1/2) * ( k - km ) / S を計算して出力。
    出力単位は、pers [ADU]ごと。


noshph4.cl

noshph4 (input_fn) (output_fn) (bias_fn)
     (input_fn) : file : 入力画像ファイル
    (output_fn) : file : 出力テキストファイル
      (bias_fn) : file : バイアス、読み出しノイズを測る画像

    (出力)
            column#1 : x座標
                  #2 : 平均値
                  #3 : 分散
                  #4 : 読み出しノイズ差引分散
                  #5 : ゲイン (= #4 / #2 )

    shutterless photon transfer法で得られた入力ファイル input_fn の、
    y方向オーバースキャン領域の各column ごとで統計量を得て、
    出力テキストファイル output_fn に書き出す(追記)。
    統計量算出の際に使用する バイアスレベル、読み出しノイズは、
    bias_fn で指定する画像から得る。

    使用するy座標範囲は、スクリプト内 変数、yov1、yov2で指定する。
    バッドカラムを含むx:875-915のカラムは、計算から除かれる。

C programs

lin_kinteg.c

lin_kinteg (knc_filename) (from) (to) (k_nc_init) (delta_s)
 (knc_filename) : s : k_nc分布関数形（gain_bin出力）※未使用
         (from) : f : シグナル値初期（境界）条件
           (to) : f : 積分終了シグナル値
    (k_nc_init) : f : k_nc初期（境界）条件
      (delta_s) : f : Runge-Kutta法の刻み幅

   k_ncの関数形(内部関数 calc_knc_fromfunc ( float s ) で定義)をもとに、
   初期条件 from, k_nc_init のもとで、Runge-Kutta法で k を解く。

   ※ knc_filename の指定は、k_ncとして、gain_binの出力ファイルを
      そのまま使用しようと試みたときの名残。実際は読み込むものの、
      計算には使用していない。


gain_bin_v11.c

gain_bin_v11 (c_from) (c_to) (step) (data_fn) (output_fn)
    (c_from) : i : binning開始シグナル値
      (c_to) : i : binning終了シグナル値
      (step) : i : binning幅
   (data_fn) : s : 入力データファイル
 (output_fn) : s : 出力データファイル
   
    (出力)
      column#1 : i : binning開始シグナル値
      column#2 : i : binning終了シグナル値
      column#3 : f : binning中間シグナル値
      column#4 : i : 使用したデータ点 
      column#5 : f : ゲイン値平均値
      column#6 : f : ゲイン値標準偏差
      column#7 : f : ゲイン値測定誤差 
      column#8 : f : rejectされたデータ数

   noshph4 の出力データファイル data_fn について、指定したシグナル値
  範囲、幅でbinningを行い、bin内のデータの統計量を出力する。
  σ-rejectionはプログラムソース内で直接指定する。

[index]