Towards a demonstrator for autonomous object detection on board Gaia

Vers un demonstrateur pour la détection autonome des objets à bord de Gaia

Shan Mignot (1)

1 GEPI - Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation

ESA's cornerstone mission Gaia aims at building a star catalogue limited only by their magnitudes. The expected billion objects must be detected on board before they can be observed and the scientific and technical requirements make this an engineering challenge. We have devised a prototype to assess achievable performances and assist in sizing the on-board electronics (PDHE TDA). It is based on a sequence of four tasks: calibrating the incoming data from the CCDs, estimating the sky background, identifying the objects and, finally, characterising them to command subsequent observations. Although inspired by previous similar studies (APM, Sextractor), this approach has been thoroughly revisited and finely adapted to Gaia. Following the recommendations of the PDHE TDA, a mixed implementation is proposed which deals with the important data flow and the hard real-time constraints in hardware (FPGA) and entrusts more complex or variable processing to software. The segmentation also corresponds to subdividing the previous operations in pixel-based and object-based domains. Our demonstrator shows that the scientific specifications are met in terms of completeness, of precision and of robustness to the variety of observing conditions while, technically speaking, our pipeline, optimised for area and power consumption, allows for identifying a target technology. Our model has not been retained for the industrial phases of Gaia but, beside its recognised usefulness in the project, represents R&D for the forthcoming generation of satellites.

La mission Pierre Angulaire de l'ESA, Gaia, doit bâtir un catalogue d'étoiles limité seulement par leurs magnitudes. Ce milliard d'objets doit être détecté à bord pour pouvoir être observé et les exigences scientifiques et techniques font de ce problème un défi d'ingénierie. Nous avons élaboré un prototype pour estimer les performances accessibles et servir au dimensionnement de l'électronique à bord (TDA PDHE). Il s'appuie sur une séquence de quatre tâches: la calibration des données issues des CCDs, l'estimation du fond de ciel, l'identification des objets et, enfin, leur caractérisation pour commander les observations elles-mêmes. Bien qu'inspirée par des études antérieures (APM, Sextractor), cette approche a été intégralement révisée et adaptée aux spécificités de Gaia. Suite aux recommandations du TDA PDHE, une implémentation mixte est proposée qui traite les volumes de données importants et soumis aux contraintes de temps-réel ``dures'' avec de l'électronique dédiée (FPGA) et réalise les traitements complexes ou variables via du logiciel. Cette partition correspond aussi à subdiviser les opérations précédentes en un domaine pixel et un domaine objet. Notre démonstrateur montre que les attentes scientifiques sont satisfaites en termes de complétude, de précision et de robustesse à la diversité des configurations. Techniquement parlant, notre pipeline, optimisé quant à la surface et la consommation électrique, permet l'identification d'une technologie cible. Notre modèle n'a pas été retenu pour les phases industrielles de Gaia mais, outre son utilité avérée dans le projet, représente une R&D pour la génération de satellites à venir.

Mots clés: astronomy; image processing; software; real time; space; embedded

Mots clés: astronomie; traitement d'image; détection; FPGA; logiciel; codesign; temps-réel; spatial; embarqué

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Shan Mignot. Towards a demonstrator for autonomous object detection on board Gaia. Signal and Image processing. Observatoire de Paris, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00340279v2⟩