光度曲線(Light Curve)

デジタルビデオなどで動画を撮影したときには, 動画の画像の各点は,一般的には, 明るさも色合いも時間的に変化します. また画面全体の明るさや色合いも変化するでしょう. 天体画像の場合,天体はしばしば暗くて小さいため, 画像としては分解できないことも多いですが, 天体全体からやってくる光の振る舞いを調べると, その明るさや色合いが時間的に変化していることも少なくありません. そのような天体の明るさ(あるいは各波長ごとの明るさ)の変化を, 時間の関数として表したものを 光度曲線 (light curve)と呼んでいます. 食変光星や超新星爆発,X線バースターやパルサーなど, 特徴的な光度曲線を示す天体も数多くあります.

白熱電球の明るさの変化を時間の系列で並べると, たとえば上のような連続画像になります. これをグラフにしたものが光度曲線です.
元データ 標本化 量子化
R
G
B
時間 時間 時間

光度曲線は本来は連続的なものですが, デジタル的な処理では, まず時間的にデジタル化が行われ, さらに強度でもデジタル化されます.

光(輻射)や電波やX線が運ぶエネルギーの流れは, 毎秒[s]・単位面積当たり[m2] に運ばれるエネルギー量[J]で測られます. したがって,光の明るさの単位の次元は, J/s/m2 あるいは W/m2 となります.
この量は照度と呼ばれ, 実用的にはルクス lxという単位で測られます.

アナログからデジタルへ
AD変換 空間的・時間的に連続的に変化するアナログ量を, コンピュータなどで加工処理するデジタル量に直すためには,一般に, 元のアナログ信号を 標本化量子化符号化のプロセスを経て, デジタル信号に変換します.
標本化 まず,空間的に変化する画像や,時間的に変化する動画・音声など, 連続的なアナログ信号を微小単位で区切って離散化します. これが標本化(sampling)です (狭い意味では時間的な離散化を標本化と呼びます). 時間的に区切るときの周波数(1秒あたりの区切数)をサンプリング周波数といいます. デジタルビデオなどの動画では,たとえば13.5MHzのサンプリング周波数が使われますが, これは1秒間を1350万に分割して標本化することを意味します. またCDなどの音声信号では44.1kHzのサンプリング周波数が使われます.
量子化 つぎに,各標本ごとの強度レベルを数値化し2進数で表します. これを量子化(quantization)といいます. 素粒子などのミクロなレベルでは物理量が離散的になりますが, 量子化という言葉は,そのような量子力学からの借用のようです. 2進数の0か1で表される情報の最小単位をビット(bit)といいますが, たとえば8ビットを使うと, 0から255まで256段階の値を表すことができます.
符号化 最後に,各標本ごとの数値をすべて, コンピュータで処理しやすい0と1に直します. これが符号化(coding)です. そして輝度信号や色信号などをパルス波にして記録や送信を行います. 符号化の段階では,情報の誤りを正すためのエラー訂正信号なども追加されます.


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