ESPRIT… …es-tu là?

© Olivier THIZY / CALA & AstroQueyras - 2003

ESPRIT…ESPRIT……es-tu là?…es-tu là?

Séminaire Astroqueyras / Séminaire Astroqueyras / MeudonMeudon

29-30 Mai 200429-30 Mai 2004

Olivier ThizyOlivier Thizy


AgendaAgenda

Théorie du Traitement ESPRIT [14h-15h]Théorie du Traitement ESPRIT [14h-15h]– Linux / InstallationLinux / Installation– Quelques Outils Quelques Outils (FitsView, DISP)(FitsView, DISP)

– GEOMETRYGEOMETRY– WCALWCAL– EXTRACTEXTRACT


ESPRITESPRIT Echelle Spectra Reduction: an Echelle Spectra Reduction: an

Interactive ToolInteractive Tool Programmes écrits (en C) par Mr DonatiProgrammes écrits (en C) par Mr Donati Dédiés à la réduction automatique de Dédiés à la réduction automatique de

spectres polarisés ou nonspectres polarisés ou non extraction optimale du spectre à échelleextraction optimale du spectre à échelle

– forme des ordres est non linéaireforme des ordres est non linéaire– projection de la fente n’est pas parallèle projection de la fente n’est pas parallèle

aux lignes ou colonnes du capteur CCDaux lignes ou colonnes du capteur CCD Tourne sous Unix ou LinuxTourne sous Unix ou Linux


Trois programmes en Trois programmes en UnUn GEOMETRYGEOMETRY

– Calcul de la géométrie du spectre dans l’image.Calcul de la géométrie du spectre dans l’image. WCAL (Wavelength CALibration)WCAL (Wavelength CALibration)

– Calibration en longueur d’onde de l’image (pour Calibration en longueur d’onde de l’image (pour chaque ordre, modèle 2D)chaque ordre, modèle 2D)

EXTRACTEXTRACT– Extraction optimale du signal spectralExtraction optimale du signal spectral

Et en bonus:Et en bonus:– HPF: extraction d’une coupe de l’imageHPF: extraction d’une coupe de l’image– DISP: affichage spectresDISP: affichage spectres


InstallationInstallation Marche sous Mandrake 9.0… mais doit aussi Marche sous Mandrake 9.0… mais doit aussi

marcher sous RedHat, Mac OS 10…marcher sous RedHat, Mac OS 10… Nécessite PGPLOT (compilateur Fortran!)Nécessite PGPLOT (compilateur Fortran!) Script d’installation de Jean-Bernard EmondScript d’installation de Jean-Bernard Emond Procédure d’installation et d’utilisation en Procédure d’installation et d’utilisation en

cours de rédaction (voir travaux pratiques)cours de rédaction (voir travaux pratiques) Avoir son «Linux pour les nuls» avec soi !!! Avoir son «Linux pour les nuls» avec soi !!!

Utiliser FITSView pour visualiser les imagesUtiliser FITSView pour visualiser les images

http://http://wwwwww..nraonrao..eduedu/software//software/fitsviewfitsview//


Fichiers UtilesFichiers Utiles ftpftp://://ftpftp..astroastro..caltechcaltech..eduedu/pub//pub/pgplotpgplot/pgplot5.2./pgplot5.2.tartar..gzgz

– Programme PGPLOT (graphiques sous Linux)Programme PGPLOT (graphiques sous Linux) display.tardisplay.tar

– quelques programmes de visualisationquelques programmes de visualisation ech.tarech.tar

– logiciel Esprit proprement ditlogiciel Esprit proprement dit lib.tarlib.tar

– bibliothèque de programmes utilisés par Espritbibliothèque de programmes utilisés par Esprit data.zipdata.zip

– les fichiers exemples fournis par Coralie Neiner (pas les fichiers exemples fournis par Coralie Neiner (pas indispensables, mais utiles pour suivre les exemples de la indispensables, mais utiles pour suivre les exemples de la procédure…)procédure…)

thar.arcthar.arc– fichiers des raies théorique du Thorium-Argonfichiers des raies théorique du Thorium-Argon

l'atlas papier du Thorium-Argon (scan PDF)l'atlas papier du Thorium-Argon (scan PDF)– indispensable pour s'y retrouver dans cette "jungle" de raies!!!indispensable pour s'y retrouver dans cette "jungle" de raies!!!


FITSViewFITSView


DISPDISP

F: spectre/graphe complet (Full)F: spectre/graphe complet (Full) K: sélection zone au clavier (Keyboard)K: sélection zone au clavier (Keyboard) M: sélection zone à la souris (Mouse)M: sélection zone à la souris (Mouse) G: ajustement Gaussien & calcul de centreG: ajustement Gaussien & calcul de centre


Ecran de travailEcran de travail

Jean-Pierre dubitatif devant Linux…


Images Test (Coralie, 1998)Images Test (Coralie, 1998) Mus98a057:Mus98a057: OffsetOffset Mus98a119:Mus98a119: ThArThAr Mus98a120:Mus98a120: FlatFlat

Mus98a108:Mus98a108: Psi Ori; B2Psi Ori; B2 Mus98a110:Mus98a110: Ome Ori; B3 ; HOme Ori; B3 ; H en en

émissionémission Mus98a111:Mus98a111: Alp Tau; K5; beaucoup de Alp Tau; K5; beaucoup de

raiesraies


Trucs & Astuces…Trucs & Astuces…

Ordre CroissantBleu

(-serré)Rouge

(+serré)

Bleu RougeLongueurs d’onde croissantes


Géométrie…Géométrie…100

1024

10245050

Bleu(-serré)

Rouge(+serré)

Lon

gueu

r d’O

nd

e croissante

Y

X

Ligne=500

X=25(réf=bord)

Écart=12

Ordre#86

Ordre#85

Truc!


OrientationOrientation

Y

X

Dispersion le long des colonnes: N (no)

Y

X

Dispersion le long des colonnes: Y (yes)


Paramètres ‘geom_r.in’Paramètres ‘geom_r.in’ Zone utile: 50 1024 0 1024Zone utile: 50 1024 0 1024 Orientation: Y N YOrientation: Y N Y

– Dispersion le long des colonnes CCD: YDispersion le long des colonnes CCD: Y– Longueurs d’onde augmentent avec les Longueurs d’onde augmentent avec les

pixels:Npixels:N– ‘‘Flip’ des images: YFlip’ des images: Y

Position des ordres: 25 12 85 1 30Position des ordres: 25 12 85 1 30


Où suis-je… Dans quelle…Où suis-je… Dans quelle…


Spectre ThAr Spectre ThAr (catalogue)(catalogue)


Eureka !!!Eureka !!!

Ordre86

Ordre85


Paramètres ‘geom_r.in’Paramètres ‘geom_r.in’ ../data/mus98a120.fits../data/mus98a120.fits FlatFlat ../data/mus98a119.fits../data/mus98a119.fits ThAr (ou spectre à faire!)ThAr (ou spectre à faire!) nn pas utilisépas utilisé ../data/mus98a057.fits../data/mus98a057.fits OffsetOffset 50 1024 0 102450 1024 0 1024 Zone utileZone utile y n yy n y OrientationOrientation 25 12 85 1 3025 12 85 1 30 Position des ordresPosition des ordres nn Correction ‘slit curvature’Correction ‘slit curvature’ geom_r.datgeom_r.dat Fichier coefficients Fichier coefficients

modèlemodèle yy Sauvegarde fichier spectreSauvegarde fichier spectre mus119.smus119.s Fichier sauvegarde spectreFichier sauvegarde spectre


Fichier résultatFichier résultat Le fichier ‘spectre’ peut être visualisé Le fichier ‘spectre’ peut être visualisé

avec DISP. Normalement, on cherche les avec DISP. Normalement, on cherche les raies du spectre de la lampe de raies du spectre de la lampe de référence (ThAr) mais on peut aussi référence (ThAr) mais on peut aussi faire le traitement d’un spectre stellairefaire le traitement d’un spectre stellaire

Le fichier ‘coefficients’ servira pour la Le fichier ‘coefficients’ servira pour la suitesuite


Modèle polynomial des Modèle polynomial des ordresordres

Y

X

Vers le rouge,les ordresse resserrent

Colonne de référence X=500(paramètre à changer en 1000 pour St Véran)

Ordre k

Ordre k+1

Polynome ajusté

YoD Ordre k0


Vérification géométrieVérification géométrie


Sortie Geometry (1/2)Sortie Geometry (1/2)Byte swap on FITS filesFlat field exposure : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a120.fits ('Flat ')Comparison : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a119.fits ('ThAr ')Fabry-Perot : Name of file to read FITS data from : no fabry-perot exposure provided Offset : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a057.fits ('Bias frame ')Full CCD is [1124:1124]Input CCD subformat (pix0, npix for each axis) : 50 1024 0 1024Is dispersion along CCD columns (y/n) : yesIs wavelength increasing with pixel along orders (y/n) : noDo you want to invert orders (y/n) yesTrimming and transforming data files...Trimming and transforming data files...Trimming and transforming data files...Removing offset... Accuracy of 2d offset fit : 0.25 ADU; Readout noise : 2.00 ADUCentre point of first order (at row #500) : 25.00Approximate separation between orders : 12Number of first order and order increment towards top of CCD : 85 1Maximum number of orders [default = 100] : 30


Sortie Geometry (2/2)Sortie Geometry (2/2)Counting and locating orders... Found 30 orders on CCD Order # 85 is centred at column # 25.0 Order # 86 is centred at column # 37.0 Order # 87 is centred at column # 49.3 Order # 88 is centred at column # 61.6…Measuring order curvature... Rms accuracy of 2d fit to order location : 0.040 pixBuilding coordinate system...Looking for columns with more than 11.00% of maximum flux... Order # 85 : columns -2.0 to 2.0 Order # 86 : columns -2.0 to 2.0 Order # 87 : columns -2.0 to 2.0 Order # 88 : columns -2.0 to 2.0…Correcting pixel to pixel sensitivity differences...Do you want to correct slit curvature (y/n) : noName of file to save geometry info to : geom_r.datDo you want to save the reduced comparison spectrum (y/n) : yesCollapsing frame columns...Name of file to save Stokes profiles to : mus119.s


‘‘geom_r.in’ à StVéran…geom_r.in’ à StVéran… ../stveran/FLAT1.FIT../stveran/FLAT1.FIT ../stveran/ZETTAU1.FIT../stveran/ZETTAU1.FIT nn ../stveran/BIAS1.FIT../stveran/BIAS1.FIT 0 2000 0 20000 2000 0 2000 y n ny n n 876 31 85 1 20876 31 85 1 20 nn geom_r.datgeom_r.dat yy zettau.szettau.s


Recouvrement des Recouvrement des ordresordres

OrdreN

OrdreN+1


Nos raies de référence…Nos raies de référence…

Ordre85

Ordre86


WCAL…WCAL…L1=658.3906 X1=102.5799L2=664.3790 X2=699.7462

Dispersion = (L2-L1)/(X2-X1) = 0.010028 nm/pixel

L0 = L1-Dispersion*X1 = 657.362 nm

X1 X2

L1

L2

L1L0 L1


Paramètres ‘wcal_r.in’Paramètres ‘wcal_r.in’ mus119.smus119.s Fichier de raies MusicosFichier de raies Musicos 3030 Nbre d’ordresNbre d’ordres 85 185 1 11erer ordre & incrément ordre & incrément 85 657.362 0.01002885 657.362 0.010028 N° ordre, L0, N° ordre, L0,

DispersionDispersion thar.arcthar.arc Catalogue de raiesCatalogue de raies th_r.wsth_r.ws Spectre de raies Spectre de raies

calibrécalibré calib_r.datcalib_r.dat Modèle 2D de Modèle 2D de

calibrationcalibration


Sortie Wcal (1/4)Sortie Wcal (1/4)Uncalibrated spectrum of comparison lamp : Name of file to read Stokes I profiles from : mus119.sHow many orders in the spectrum : 30Number of starting order (pix 0 to 1023) and order increment : 85 1Order to be calibrated first : 85Approx lam0 (nm) and disp. (nm/pix) for order #85 : 657.3620 0.010003Name of file to read th-ar line wavelengths from : thar.arcIdentifying comparison lines in order #85... Line @ 657.6122 nm not found in spectrum… Feature @ pix 102.58 (~658.3903 nm) identified as line @ 658.3906 nm Line @ 658.4372 nm not found in spectrum… Feature @ pix 699.74 (~664.3699 nm) identified as line @ 664.3698 nm… Preliminary calibration of order #85 : rms acc. 0.83 pm (pix0 = 657.4729; dlam = 0.009888)

Identifying comparison lines in order #86...… Line @ 658.0230 nm not found in spectrum Feature @ pix 884.74 (~658.3904 nm) identified as line @ 658.3906 nm…

(X1)

(X2)


Sortie Wcal (2/4)Sortie Wcal (2/4)… Feature @ pix 903.38 (~496.8759 nm) identified as line @ 496.8755 nm Feature @ pix 922.22 (~497.0073 nm) identified as line @ 497.0079 nm Feature @ pix 952.16 (~497.2151 nm) identified as line @ 497.2160 nm Preliminary calibration of order #114 : rms acc. 1.05 pm (pix0 = 490.2853; dlam = 0.007379)

Rejecting blended lines... Order #85 : Line @ 657.7215 nm rejected Line @ 658.8539 nm rejected Line @ 659.1484 nm rejected Line @ 661.3374 nm rejected Line @ 666.4051 nm rejected Order #86 : Line @ 655.8876 nm rejected Line @ 657.7215 nm rejected Line @ 658.8539 nm rejected Line @ 659.1484 nm rejected Order #87 : Line @ 643.8916 nm rejected…


Sortie Wcal (3/4)Sortie Wcal (3/4)…Calibrating orders #85 to #114... >>> Mean rms accuracy : 1.24 pm Rms accuracy of order #85 calibration : 0.86 pm (max dev : 1.89 pm) Mean spectral resolution in order #85 : 36145 Rms accuracy of order #86 calibration : 0.83 pm (max dev : 1.71 pm) Mean spectral resolution in order #86 : 36732 Line @ 643.7761 pm rejected (dev = -7.57 pm) Line @ 648.1302 pm rejected (dev = -15.14 pm) Line @ 649.3778 pm rejected (dev = 17.33 pm) Rms accuracy of order #87 calibration : 1.60 pm (max dev : 3.91 pm) Mean spectral resolution in order #87 : 36562 Line @ 643.7761 pm rejected (dev = -10.44 pm) Rms accuracy of order #88 calibration : 1.16 pm (max dev : 2.44 pm) Mean spectral resolution in order #88 : 38170 Rms accuracy of order #89 calibration : 1.44 pm (max dev : 3.66 pm)…


Sortie Wcal (4/4)Sortie Wcal (4/4)…Checking calibration from orders overlap... Overlap accuracy between orders #86 and #85 : -0.06 pix @ 658.3906 nm (respective shifts of -0.73 pm and -0.12 pm) -0.03 pix @ 659.3939 nm (respective shifts of -0.24 pm and 0.06 pm) Overlap accuracy between orders #87 and #86 : 0.38 pix @ 650.6987 nm (respective shifts of 1.95 pm and -1.71 pm) WARNING!! 0.01 pix @ 650.9050 nm (respective shifts of 0.61 pm and 0.55 pm) 0.12 pix @ 651.2364 nm (respective shifts of 1.40 pm and 0.24 pm) 0.01 pix @ 651.3846 nm (respective shifts of 0.67 pm and 0.61 pm) Overlap accuracy between orders #88 and #87 : 0.07 pix @ 643.1555 nm (respective shifts of 0.00 pm and -0.67 pm) -0.43 pix @ 644.1899 nm (respective shifts of -2.44 pm and 1.65 pm) WARNING!! 0.11 pix @ 644.3860 nm (respective shifts of 0.79 pm and -0.31 pm)…

Name of file to save Stokes profiles to : th_r.wsName of file to save calibration table from : calib_r.dat


Wcal – check ok ?Wcal – check ok ?


Wcal – check pas ok ?Wcal – check pas ok ?


Spectre de raies Spectre de raies calibrécalibré

Note: on voit bien le recouvrement des ordres…


Paramètres EXTRACTParamètres EXTRACT ../Data/mus98a110.fits../Data/mus98a110.fits Image spectre à extraireImage spectre à extraire ../Data/mus98a120.fits ../Data/mus98a120.fits Image FlatImage Flat ../Data/mus98a057.fits../Data/mus98a057.fits Image OffsetImage Offset geom_r.datgeom_r.dat Résultat GEOMETRYRésultat GEOMETRY 5 25 2 Gain & Bruit (???)Gain & Bruit (???) yy Extraction Optimale ?Extraction Optimale ? 1010 SeuilSeuil yy Calibration disponible ?Calibration disponible ? calib_r.datcalib_r.dat Résultat WCALRésultat WCAL nn Normalisation ?Normalisation ? mus110.spcmus110.spc Fichier de sortieFichier de sortie


Sortie Extract (1/2)Sortie Extract (1/2)Byte swap on FITS filesStellar exposure : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a108.fits ('HD35715 ')Flat field : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a120.fits ('Flat ')Offset : Name of file to read FITS data from : ../Data/mus98a057.fits ('Bias frame ')Name of file to read geometry info from : geom_r.datDetector gain (e/ADU) and read-out noise (e) : 5.000 2.000Optimal extraction of spectrum (y/n) : yesRejection threshold [default = 10.0] : 10.0Trimming and transforming data files...Trimming and transforming data files...Trimming and transforming data files...Removing offset... Accuracy of 2d offset fit : 0.25 ADU; Readout noise : 2.00 ADUSetting up error bars array...Building coordinate system...Looking for columns with more than 2.00% of maximum flux... Order # 85 : columns -2.5 to 2.5 Order # 86 : columns -2.5 to 2.5…


Sortie Extract (2/2)Sortie Extract (2/2)… Order #113 : columns -3.0 to 2.5 Order #114 : columns -3.0 to 2.5Correcting pixel to pixel sensitivity differences...Removing background... Accuracy of 2d background fit : 2.55 ADUNormalising to flat field flux...Optimal extraction of spectrum... Extracting order #85 Rejecting pixel @ [ 39: 873] (val : 2.362e-02, dev : 23.74 sig) Rejecting pixel @ [ 43: 945] (val : 1.509e-02, dev : 23.61 sig)…Do you have calibration information : yesName of file to read calibration table from : calib_r.datCorrecting wavelength scale from Earth motion... Some information is missing in file headersDo you want spectrum continuum to be normalised : noDisplaying SN statistics... Signal to noise ratio in order # 114 : I> 210 Signal to noise ratio in order # 113 : I> 210 Signal to noise ratio in order # 112 : I> 220 …

(page suivante)


Extraction des ordresExtraction des ordres


Exemple de spectreExemple de spectre

mus108: Omi Ori

DoubletSodium

H


Exemple de spectreExemple de spectre


RecouvrementRecouvrement

H-alpha


Recouvrement (détail)Recouvrement (détail)


Et pour les frustrés de Et pour les frustrés de Linux…Linux…


Et maintenant:Et maintenant:travaux pratiques !!!travaux pratiques !!!

Documents

ESPRIT… …es-tu là?