SIS データ処理装置 (DE)

ている。したがって、軌道上ではこの方式を用いてイベントデータを選出している。

しかしながら、

X

線起源の電荷を蓄積したピクセルであっても

split threshold

を越えなければ、

データとして切り捨てられることになるため

PH

を適切に足し合わせることができないというこ とが起こり得る。その結果として輝線が低エネルギー側に裾を引いてしまうことがあるという欠 点がこの方式にはある。

3.1.5.2

フィッティング方式

フィッティング方式では以下のようにしてイベントの

PH

を処理する。まず中心ピクセルが

event threshold

を越え、且つ

5 × 5

ピクセルの中で最大であるピクセルをイベントピクセルと みなして抽出する。そして、

5 × 5

ピクセルの値について電子雲の形状を再現する関数でフィッ ティングし、その

PH

の積分値から

X

線のエネルギーを推定する。この方法は多数のピクセルに 十分広がった

X

線イベントに対して特に有効であり、また、

split threshold

という人為的な値を 設定しないため入射

X

線のエネルギーがより正確に求まるという利点がある。一方で、電子雲分 布関数の計算やそのフィッティングに時間がかかるという欠点があるため、高速なデータ処理が 必要とされる場合はこの方式を採用することはできない。したがって、衛星上でのデータ処理に は現在のところ不向きである。

3.2 SIS データ処理装置 (DE)

ここでは、先に述べたデータ処理が衛星上でどのように行なわれているかを具体的に示すため、

SIS

を例に取り説明していく。

SIS

の データ処理は

SIS-DE (Digital Electronics)

内の

Digital Signal Processor (DSP)

上で走るソフトウェアによって行なわれる。

3.2.1 SIS

の動作モード

まず始めに、

SIS

の動作モードについて述べる。

SIS

の動作モードは、観測モードと診断モー ドの

2

種類に大別され、各々の動作モードはさらに

3

種類のモードより構成される。以下に、そ の詳細を記す。

3.2.1.1

観測モード

Faint

モード

イベントを検出し、検出したイベントについてイベントの中心

PH

データとそのアドレス、イベ ント中心の外周

8

ピクセルの

PH

データを抽出するモードである。

Bright

モード

イベントを検出し、検出したイベントについて

grade

毎に定義された

PH

データの総和と、イベ ントのアドレスと

grade

を抽出するモードである。

Fast

モード

Bright

モードと同様にイベントを検出し、検出したイベントについてイベントの中心及びその両

隣りの

split threshold

以上の

PH

データの総和とそのアドレス、イベントの

grade

を抽出する。

ただし、このモードでは

parallel

方向に複数のピクセルの

PH

を加算しながら読み出したデータ を処理するので、

Bright

モードで得られるイベントデータとはグレードの意味が本質的に異なる。

3.2.1.2

診断モード

診断モードは

CCD

の動作状況の診断に必要なデータを取得するモードである。

Frame

モード

1

フレームの内容をダンプするモードである。ただし、

H-Underclocked Pixels

、

Blank Pixels

に ついてはダンプしない。

Dark Frame

モード

現在の

Dark Image

が記憶されている

RAM

の内容を全てダンプするモードである。

Histogram

モード

1

フレームのデータの内

H-Underclocked Pixels

、

Blank Pixels

を除く全てのピクセルについてそ の

PH

データのヒストグラムを作成するモードである。

3.2.1.3 Integration mode

Integration mode

は積分時間が

160

秒と長いこと以外は基本的に

frame mode

と同じもので ある。露光時間が長いため、

photon counting

ではなく

flux mode

に対応する。このモードは診 断と観測のどちらにも使えるようにという目的で設定されたものである。

3.2.2

フレームの構成

SIS-DE

で取得されるフレームデータの構成を図

.3.9

に示す。水平方向の

448 pixels

の集合を

line

、垂直方向の

441 pixels

の集合を

column

、

448 pixels × 441 lines

を

1 frame

と定義してい る。各領域の名称は図に示したの通りである。

SIS-DE

においては、

Blank Pixel

、

V-Underclocked Pixel

、

H-Underclocked Pixel

のデータは無条件に捨てられ何も処理をしない。

(

その他の領域の データの使用法は後述。

)

3.2.3 SIS

におけるデータの種類

SIS

のデータ処理におけるデータは以下のように定義されている。各データは、用いるデータ 領域とそのピクセルデータに施す処理が異なっている。

3.2.3.1 PH Data

PH data

とは

AD

変換された

CCD

の生データのことを指す。すなわち、図

.3.1

における

Floating level

と

Signal level

を用いて

PH Data (12bits) = Signal Level − Floating Level (3.5) PH data

は、

0

から

4095

の範囲の

12

ビット正数である。

3.2.3.2 Bias Level

Bias Level

は

CCD Pixel Data

の補正に用いられる値である。

V-Overclocked Pixels

または

H-Overclocked Pixels

のある区画にある全ピクセルの平均値を

Bias Level

と定義する。

3.2. SIS

データ処理装置

(DE) 43

図

3.9: SIS

において

Fast

モード以外のモードで取得されるフレームの構成。読み出し口は左下。

3.2.3.3 Dark Level

Dark Level

は

Bias Level

では補正仕切れないゼロレベルのずれと暗電流によるオフセットを ダイナミックに補正するためのものである。

Dark level

は

New Dark Level = Old Dark Level + Av . of Pixel Level

n + 1 (3.6)

から求められる。

上式において、

Old Dark Level

はデータ幅が

8bit

で

Dark Level

の現在値を意味し、

Av. of Pixel Level

はデータ幅が

12 bit

で

Dark Level

の算出に用いる区画

(

通常、

16 × 16 pixels )

内の

discrimination level

の条件

( Discrimination level

の上・下限値の範囲内、且つ

Event Threshold level

以下

)

に相当する範囲内の値を持つ

Pixel Level

の平均値を意味する。上記の区画と範囲に 該当するデータが無い場合は

Dark Level

の更新は行なわない。

n + 1

は

4

、

8

、

16

の内のいずれ かの値に設定する。

n

は

history parameter

と呼ばれる。

3.2.3.4 Pixel Level

Pixel Level

とは、

PH Data

に

Bias Level

、

Dark Level

、

PH Data Offset

の補正をしたデータ である。

Pixel Level

の算出法は、

x Pixel Level = PH Data − Bias Level − Bias Offset − dark Level (3.7)

である。このデータはイベント検出や

Dark Level

の更新処理の際に用いられる。

Bias Offset

とは、

Bias Level

と

0

レベルの差が

Dark Level

では補正しきれないほど大きくなっ た場合に、

Bias Level

に履かせる下駄であり、

0

から

510

の範囲内の偶数値をとる。

Bias Offset

は

Dark Level

と打ち消しあって

pixel level

には影響を与えない。

また、

PH data offset

は

Pixel level

の計算が理想的に行なわれたときに、

X

線光子が入射して いないピクセルにおいては

pixel level

が

0

またはそれに近い正負の値をとるため、その値に下駄 を履かせることで全てを正整数となるようにするものである。こうすることでデータ処理速度の 向上を図っているが、これは

DSP

の内部処理の都合上導入しているものであり本質的ではない。

次に、

DE

で行なわれる各種データ処理を紹介する。

3.2.4

イベント抽出処理

イベントの定義は前述と同じであり、その条件を満たすような中心ピクセルをもった

3 × 3

のピ クセル

PH

を抽出する。

3.2.5

グレード判定・PH 加算処理

3.1.5

で述べた処理を行なう。

3.2.6 Discrimination

処理

イベント検出に際して、多量のイベントが検出された場合には、メモリサイズ、フレームフォー マット・サイズの都合上、全てのイベントを地上に送出しきれない場合がある。この場合、地上か らコマンドで指定することによって、イベントを選択的に地上に送出することができる。この処理 は

discrimination

処理と呼ばれる。

SIS-DE

における

discrimination

処理は、

Area Discrimination

処理と

Grade Discrimination

処理、及び

Level Discrimination

がある。

3.2.6.1 Area Discrimination

処理

水平方向の

start address (

デフォルト値

= 0)

、

end address (

デフォルト値

= 0)

と垂直方向の

start address

、

end address

を指定し、そのアドレス範囲内もしくは範囲外のピクセルデータに ついてのみイベントチェックを行ない、それ以外のデータは

dark level

の算出にのみ用いる。水 平、垂直方向のどちらか一方でも

start

、

end address

が一致していた場合には

discrimination

処 理は行なわない。

3.2.6.2 Level discrimination

処理

イベント検出の際の選択処理を

Pixel Level

のデータレベルにより行なう方法である。

upper discriminate level (

デフォルト値

= 0)

、

lower discriminate level (

デフォルト値

= 0)

を指定し、

その範囲内のデータのみイベントチェックを行ない、それ以外は

dark level

の算出にのみ用いる。

upper

、

lower level

が一致していた場合は

discrimination

処理を行なわない。

3.2.6.3 Grade discrimination

処理

Grade discrimination

処理では、グレードによって

Discrimination

をかける。

3.2.7 Dark Level

の処理

Dark Level

は、

Active pixel

領域をいくつかの区画に区切り

(

水平、垂直方向共に最大

64

分割

)

、 その区画内の

Pixel Level

の平均値を用いて計算を行なう。

Faint mode

では、算出区画の範囲を

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