Adam forumastro

Dobry teleskop to nie ten największy tylko ten, którego najczęściej używamy.

W dniu 13.09.2016 o 12:55, jolo napisał:

1. Skala zestawu    (PDF do pobrania) 357 kB ? 222 pobrań
2. Rozdzielczość zestawu   (PDF do pobrania) 353 kB ? 137 pobrań
3. Od fotonów do megabajtów  (PDF do pobrania) 539 kB ? 98 pobrań
4. Niewdzięczna rola kalibratora  (PDF do pobrania) 470 kB ? 90 pobrań
5. Montaż

Kiedy zaczynałem przygodę z astrofotografią zacząłem się zastanawiać jak to wszystko działa i ze sobą współpracuje i czy na przykład mając dwa zestawy dające obraz o takiej samej skali otrzymamy taki sam obraz. Spędziłem trochę czasu na próbach zgłębienia zagadnienia, i jak to u mnie bywa, czasami najprostsze zagadnienia okazywały się być najtrudniejszymi do zrozumienia W tym krótkim tekście chciałbym się z Wami podzielić moimi (często zupełnie oczywistymi) spostrzeżeniami. Na potrzeby tych rozważań zakładam że opisywane matryce światłoczułe są takie same - mają taką samą sprawność i takie same szumy. Nie będę  tutaj rozpatrywać różnic w parametrach sensora, a raczej jego pracę w kontekście całego zestawu. Podobnie zakładam, że opisywane instrumenty mają taką samą sprawność i jakość, ani nie będę wnikał w krzywizny pola, wady optyczne i takie tam  

Na początek weźmy na warsztat dwa zestawy o takiej samej skali obrazu. W obu mamy kamerkę z czipem o rozdzielczości 1000x1000px.

• pierwsza ma piksel o rozmiarze 10x10um i podłączona jest do instrumentu o aperturze 100 i ogniskowej 1000mm, czyli 100/1000
• druga ma piksel o rozmiarze 5x5um i podłączona jest do teleskopu 50/500

Oba zestawy mają taką samą światłosiłę i dają obraz o takiej samej rozdzielczości 1Mpx i takiej samej skali równej około 2"/px. Czy otrzymane z nich zdjęcia będą takie same? Mogłoby się wydawać, że tak. Ale oba zestawy różnią się zasadniczym parametrem - aperturą. W astronomii to apertura rządzi, dlatego teleskopy są przede wszystkim duże, a nie światłosilne. Teleskop o aperturze 100mm zbierze cztery razy więcej fotonów, niż ten o aperturze 50mm, ponieważ ma cztery razy większą powierzchnię zbierającą światło. A ponieważ skala jest w obu zestawach taka sama ^[1], więc łatwo się domyślić, że każdy piksel kamerki z pierwszego zestawu zbierze cztery razy więcej sygnału, a co za tym idzie, otrzymany obraz będzie dużo lepszej jakości - stosunek sygnału do szumu będzie większy. 

Z tego prostego przykładu płynie kilka wniosków:

1.  po pierwsze z zestawu o większej aperturze w tym samym czasie zawsze uzyskamy lepszy obraz (ale patrz założenia na początku tekstu)
2.  połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki sam rezultat, jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um. I będzie to wynik znacznie lepszy, niż połączenie teleskopu 50/500 z kamerką o pikselu 5um
3.  apertura jest najważniejsza, światłosiła to sprawa drugorzędna. W praktyce natomiast, szczególnie wśród amatorów, istnieje zapotrzebowanie na instrumenty światłosilne. Wynika to z tego, że jasny instrument będzie mniejszy i lżejszy, czyli bardziej poręczny i mniej wymagający dla montażu. Ale przede wszystkim zmniejszenie ogniskowej sprawia, że w celu uzyskania obrazu tej samej jakości możemy używać sensorów o mniejszych rozmiarach z mniejszym pikselem, które są po prostu dużo tańsze. Nie bez znaczenia jest też fakt, że większość amatorów astrofotografii uprawia astrofoto estetyczne, a w tej dziedzinie liczy się kadr, a nie konkretny obiekt. Światłosilne instrumenty mają oczywiście inne wady i są dość drogie, ale nie o tym ten tekst

Hmhm, ale, ale - czy "połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki sam rezultat, jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um" nie brzmi jak reduktor ogniskowej? Pewnie że tak. Kamerka o pikselu 10um da nam z dowolnym instrumentem identyczny obraz, jak kamerka o pikselu 5um podpięta do tego samego instrumentu przez reduktor ogniskowej o krotności 0.5x. 

Ale, ale, hmhm, czy "połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki sam rezultat, jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um" nie brzmi również jak binning? Ponownie - jasne że tak. Binning to po prostu zwiększenie rozmiaru piksela - sygnał z określonej ilości sąsiadujących pikseli transferowany jest do jednego z nich i następnie sczytywany. Proces taki można przeprowadzić też programowo mając już obraz zapisany na dysku, ale z jedną różnicą - binning sprzętowy likwiduje nam część szumu odczytu, programowy tego nie robi. Binning sprzętowy to domena matryc CCD, współcześnie produkowane sensory CMOS nie pozwalają na stosowanie tego procesu i binning, o ile dostępny, wykonywany jest programowo przez sterownik kamerki. Czyli, podsumowując, kamerka o pikselu 5um w połączeniu z teleskopem 100/500 da nam obraz takiej samej jakości, jak ta sama kamerka pracująca w trybie binx2 z teleskopem 100/1000. Obraz obiektu będzie taki sam, natomiast kadr będzie inny, bo zmieni nam się pole widzenia zestawu. Kiedy w kamerce o natywnej rozdzielczości 1000x1000px zastosujemy binning 2x, to otrzymamy efektywną rozdzielczość 500x500px. Idąc za ciosem mamy jeszcze jeden wniosek - kamerka 5um podłączona do dowolnego teleskopu przez reduktor ogniskowej 0.5x da nam taki sam obraz obiektu, jak ta sama kamerka podpięta do tego samego teleskopu bez reduktora, ale pracująca w trybie binx2. Różnica będzie występowała tak jak poprzednio - w polu widzenia takiego zestawu. 

Tyle teorii, bo rzeczywistość jest o wiele bardziej prozaiczna. Ilość dostępnych dla amatorów modeli kamerek jest dość ograniczona. Nie doszukiwałem się jakiś statystyk, ale podejrzewam, że ponad 80% amatorskiego rynku pokryte będzie przez może dziesięć modeli matryc. Trzeba mieć świadomość, że nie ma zestawu uniwersalnego. Dlatego zanim się na któryś z nich zdecydujemy, warto sobie odpowiedzieć na kilka pytań krążących wokół jednego, głównego pytania - o cel naszych działań. Mając na celowniku astrofotografię estetyczną, kryteria są dość oczywiste - duże pole widzenia pozbawione wad i sporo pikseli, a rozmiar apertury schodzi na dalszy plan. Dzieje się tak, ponieważ w astrofotografii estetycznej interesuje nas kadr, a nie obiekt. Obiekt będzie nas interesował, kiedy główny ciężar naszych zainteresowań będzie przesunięty np w stronę fotometrii, poszukiwania gwiazd nowych i supernowych, zmiennych, nowych planetoid, czy spektrometrii. Wtedy pole manewru jest znacznie większe i warto powalczyć o sporą średnicę teleskopu, a zbyt dużą rozdzielczość zwalczyć binningiem, i/albo redukcją ogniskowej. 

No dobrze, a jaką skalę powinien mieć nasz zestaw? - o tym w następnej części

^[1] chodzi o skalę wyrażoną w "/px. Skala wyrażona w "/mm będzie oczywiście inna, ale przy rozważaniach tych konkretnych zestawów wyrażanie skali w "/mm ma mniejszy sens
 

Dziękuję duża pomoc.