使用Photoshop和ImageJ测量太阳表面温度

(整期优先)网络出版时间:2016-10-20
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使用Photoshop和ImageJ测量太阳表面温度

段旭东

山东省青岛第九中学266000

首先自制一个光谱装置,利用瓦楞纸纸盒、全息透射式光栅、黑色遮光胶带、双刃剃须刀片。把纸盒一侧开洞,一侧开缝并安装单缝,单缝由一片双刃沿对称轴分成两部分,然后刀刃片对齐,中间留0.1mm间隙作狭缝。纸盒除开口和开缝处的其余易漏光处用黑色遮光胶带包裹,保证仪器不透光,示意图(图1):

图1

用数码相机拍摄太阳和荧光灯照片。

太阳光谱原始照片如图2;从太阳光谱原始照片上的取样图片如图3。

图2图3

荧光灯管光谱原始照片见图4;从荧光灯管光谱原始照片上取样图片见图5。

图4图5

使用ImageJ软件的analyze-plotprofile对取样部分的太阳光谱进行处理得到灰度值和水平像素值的变化关系(图6)。利用photoshop把灰度图和取样照片拼合在一起(图7)。

图6图7

然后使用ImageJ和photoshop得到荧光灯管光谱的灰度图(图8),并利用下载wiki百科上的荧光灯管光谱图片(图9)作为标准值,依靠图像极值点位置与荧光灯管光谱的取样图片灰度值极值的对应关系,通过photoshop调整红色和绿色光波对应的灰度峰值与标准值位置重合(图10)。

图8图9

图10

使用photoshop把图7和图10按照RGB极值对位的方法进行处理,操作如下:

利用取色信息工具在图10中红色光谱区域按照R、G、B数值选择a点(R极大值,G极小值),然后在图7中红色光谱区域按照R、G、B数值选择A点(R极大值,G极小值),并在图11中用黑点标识位置。

在图10中绿色光谱区域按照R、G、B数值选择b点(G极大值,B极小值),然后在图7中绿色光谱区域按照R、G、B数值选择B点(G极大值,B极小值),并在图11中用黑点标识位置。

利用图形自由变换工具调整图3-5使得水平方向上a、A点重合且b、B点重合。

在图7中选取灰度值极大值对应的横轴范围作为λmax的取值区间,在图11中由白色矩形的短边表示。

图11

利用photoshop的长度测量工具,测量出mn的短边长度(图12),数据如下。

取λmax平均值472.6nm代入数据,得到太阳表面光球层温度为6129.9K。从资料分析可知空气分子吸收使得光谱有部分损失。另外光栅品质并不高,且在装配过程中可能受到肉眼难见刮擦。装置内部不可能完全无光。运用RGB极值对位方法时极值点的选择存在误差,也是此过程有待完善的地方。就主要误差来源与实测数据分析,百度百科中显示太阳表面温度5770K,相对误差6.2%左右,结果可信度较高。