Nowe kierunki w astrofotografii

[Popcio]

Cześć,

 

Dawno nie zaglądałem do forum, gdyż pracuje usilnie nad nowymi technikami obrazowania w astronomii, wyrównywania zaszumionych obrazów oraz tematami pokrewnymi. Jednak w tym miejscu chiałem podzielić się z Wami pewnymi ciekawymi wnioskami z prostych eksperymentów przeprowadzaonych w obserwatorium PTMA Gliwice w Kamieńcu. Wykorzystaliśmy kamerę EMCCD Andor Luca S ode mnie z Politechniki Śląskiej oraz filtr fotometryczny V. Wsadzilismy takowy sprzęt do Synty 16" Dobson na Goto. Do tego Barlow tak że efektywnie mielismy około 4.5m ogniskową. Ostrość ustawiana na oko. Wykonkaliśmy bardzo krótkie ekspozycjie z włączonym na maksimum wzmocnieniem elektronowym - pojedyncza ekspozycja 10ms. Ilość klatek - 50. Więc w sumie 0.5 sekundowa ekspozycja. Co następnie ? Tu już algorytmy składania takich zdjęć, optymalizacje itp, bo w pojedynczym niewiele widać poza szumem. Jednak i takie klatki można złożyć !! - algorytmami genetycznymi - zachęcam do przeczytania mojego artykułu w Optics Letters (http://arxiv.org/abs/1505.03017).

 

Nie bede się za bardzo rozpisywał - ale wniosek jeden - zamiast inwestować w coraz dokładniejsze montaże oraz kamery CCD, lepiej zacząć gromadzić kasę na EMCCD, lub czekać jak stanieją, i zainwestować czas w algorytmy przetwarzania obrazów - a efekt będzie z zupełnie innej pułki niż to co do tej pory jest powszechnie uzyskiwane. Rozdzielczość w finalnej klatce była poniżej 1 sek kątowej, podczas gdy warunki atmosferyczne były dużo powyżej 2 sek. Jest to rozszerzenie techniki Lucky Imaging, ale dedykowane małym teleskopom. Moim zdaniem tutaj jest przyszłosć astrofotografii - krótkie ekspozycje i masa algorytmów optymalizacyjnych składających zaszumione klatki.

 

W załączniku porównanie - zdjęcie wzięte od kolegi z astro-expo jako pierwsze. Nasz sprzęt - krótko mówić prymitywny teleskop, warunki atmosferyczne kiepskie, obiekt - gdzieś 45 stopni nad horyzontem. Wady prowadzenia montażu - zlikwidowane przetwarzaniem klatek.

 

Będziemy działać dalej - na pewno uzyskamy jeszcze lepsze rozdzielczości. Po pierwsze ostrość maską Bahtinowa, po drugie barlow Powermate 4x (już jest i czeka), po trzecie filtr R lub I (mniejsze turbulencje - sprzęt też jest).

 

Pozdrawiam serdecznie !!

 

dr inż. Adam Popowicz

Politechnika Śląska

 

[Krzychoo226]

Gratuluję zabawki Wnioski są oczywiste już po zapoznaniu się z możliwościami technicznymi matryc EMCCD, nie trzeba przeprowadzać eksperymentów. W high-endowym astrofoto jest to opcja do rozważenia, nie każdy jednak ma w polskich warunkach w budżecie na kamerę 100tys zł

 

http://www.dmphotonics.com/EMCCD/Hummingbird%20EMCCD%20camera%20best%20price.htm

Edytowane 11 Czerwca 2015 przez Krzychoo226

[Popcio]

Sama kamera nie wystarczy. W pojedynczej klatce widać mniej więcej to co załączam poniżej. Poszczególne piksele mają zliczenia od szumu elektroniki, od tła i tylko niektóre z nich to zliczenia od obiektów. Wynika to z faktu iż w ciągu 10ms do matrycy docierają pojedyncze fotony. Sprawa się pogarsza wraz ze zmniejszaniem apertury. Jak zatem taką serię jak poniżej ze sobą poskładać, wyselekcjonować najlepsze klatki itd - to jest właśnie najtrudniejsze i nad tym się skupiamy. A kamerę EMCCD idzie kupic już poniżej połowy z tej sumy (tzn. poniżej 50 tyś). Za kilka lat stanieją tak jak i staniały CCD.

 

[Killerus]

A dłuższych czasów tutaj nie można zastosować, np. 1sek. ?

[Popcio]

Stosować można, ale czas koherencji atmosfery dla zakresu widzialnego nie jest większy niż 10ms. Z tego względu stosuje się tak krótkie czasy aby wyłapać momenty stabilności atmosfery i tylko te klatki ("najostrzejsze") zsumować. W innym wypadku będziemy zdegradowani seeingiem. Podobne to jest do rejestracji planetarnej. Można by wręcz powiedzieć że dzięki EMCCD i algorytmom wyrównywania "w ciemno" przenosi się ideę stackowania planetarnego na dowolnie ciemne DS-y.

 

Inną sprawą jest stabilizacja montażu. Przy naszym GOTO - klatki 1sekundowe bedą często zabużone ruchami korygującymi montaż w azymucie. Z tego względu im krótsze czasy tym lepiej.

 

Edytowane 11 Czerwca 2015 przez Popcio

[Krzychoo226]

Można prosić o przykładowego fits'a? Na pojedynczej klatce z ccd też widać w zasadzie tylko najjaśniejsze gwiazdy i hotpixele. Ciekaw jestem jak wygląda SNR.

[szuu]

a co by wyszło gdyby takie algorytmy zastosować do obrazów ze zwykłej kamerki planetarnej? (również nastawionej na maksymalne wzmocnienie)

 

[Popcio]

Można prosić o przykładowego fits'a? Na pojedynczej klatce z ccd też widać w zasadzie tylko najjaśniejsze gwiazdy i hotpixele. Ciekaw jestem jak wygląda SNR.

 

Proszę bardzo. W zasadzie w fits-ie mam całą serię ale pojedynczą klatkę tez mogę podesłać. Na pewno otworzy to FITS-liberator, nie wiem jak inne - bo spotkałem się już z tym ze z tej kamery mało co potrafiło otworzyć.

 

A co do SNR jest bardzo mały - nie jesteś w stanie ocenić sygnału w pojedynczej klatce, bo z obiektów są pojedyncze zliczenia, których nie odróżnisz od szumu. Żadna ze znanych metod wyrównywania (zarówno tych w astronomii jak i innych - patrz. Popowicz A., Wyrównywanie okresów sygnałów periodycznych, Przegląd Elektrotechniczny, R 87, Nr 6, 2011 albo Popowicz A., Zwiększanie precyzji wyznaczania przesunięć w zdjęciach astronomicznych, Przegląd Elektrotechniczny, R 87, Nr 8, 2011) nie da rady z takimi obrazami.

plik.rar

Edytowane 11 Czerwca 2015 przez Popcio

[Popcio]

a co by wyszło gdyby takie algorytmy zastosować do obrazów ze zwykłej kamerki planetarnej? (również nastawionej na maksymalne wzmocnienie)

 

 

Można stosować - różnica jest taka że z EMCCD jak padnie foton to mamy go zarejestrowanego i widocznego (dzięki wzmocnieniu elektronowemu w rejestrze wyjściowym). Ale generalnie można próbować też ze zwykłymi CCD, ale pewnie trzeb będzie zwiększyć czas ekspozycji, ewentualnie powiększyć aperturę, no i mieć kamerę dobrze skalibrowaną (a to jest dużym problemem - np. CMOS mają różną czułość pikseli, pojawiają się interferencje itd.. a to przeszkadza w algorytmach dość istotnie).

 

[Iluvatar]

Zauważyłem w pracy, że czas wykonania algorytmu jest bardzo długi. Może warto spróbować implementacji na FPGA? Przy populacji 700 osobników powinno się udać znacznie zrównoleglić obliczenia i pomimo niższej wydajności od zwykłego procesora może się okaże, że przetwarzanie będzie dużo szybsze.

[Popcio]

Zauważyłem w pracy, że czas wykonania algorytmu jest bardzo długi. Może warto spróbować implementacji na FPGA? Przy populacji 700 osobników powinno się udać znacznie zrównoleglić obliczenia i pomimo niższej wydajności od zwykłego procesora może się okaże, że przetwarzanie będzie dużo szybsze.

 

Czas już skrócilismy zrównoleglając to na naszych wieloprocesorowych maszynach na uczelni, więc nie jest tak źle. Żeby uzyskać fajny obraz czekanie 20 minut nie jest niczym strasznym. Oczywiście można to pewnie jeszcze bardzej rozwinąć i zwiększyć szybkośc. Obecnie pracuję jednak nad jakością a potem przyjdzie czas na szybkość.

 

[HAMAL]

Aż musiałem spróbować

 

Seeing był marny cirrus i mgła ale i tak wyszło. Drugie foto gwiazdki gorsze ale rozdzielczość lepsza. Twoje cztery gwiazdy odniesienia - lewy dolny róg.

 

Newton 270/1500 + Atik Titan mono

 

 

 

Twoja

 

Edytowane 18 Czerwca 2015 przez HAMAL

[ekolog]

Toś pozamiatał HAMAL

Brawo!

Pozdrawiam

[WielkiAtraktor]

Właśnie tak pamiętałem, że Hamal zwykłą CCD też porównywalnie wymiatał. Hamalu, jak długie miałeś ekspozycje?

[astrokosmo]

Ja ciekawe efekty uzyskiwałem z tak krótkimi czasami (ok sek.) z kamerą Mintron .

 

Po mimo dość ciemnego SCT8" obiekty DS na monitorze były bardzo ładnie widoczne , tak jak bym użył dłuższych czasów w kamerach desowych.

 

Ta kamera nie była tak czuła jak obecne Mintrony .

 

Poniżej przykład stacka komety i film w czasie rzeczywistym tej komety z Mintrona ,

 

17 czerwca 2010, 00:20:19 , Warszawa -Wesoła ,Sky-Watcher (Synta) SK804A OTA , Mintron camera MTV-12V1-EX , 1200/2000kl, 2 minuty, CG 5-GT bez gajdingu.

 

 

 

inne fotki http://www.astro4u.net/forum/showthread.php?tid=9032

 

 

[HAMAL]

Właśnie tak pamiętałem, że Hamal zwykłą CCD też porównywalnie wymiatał. Hamalu, jak długie miałeś ekspozycje?

1,3s

 

Końcówka 0,3 nie wynika z mojego fiziowania na niezerowe końcówki czasów ekspozycji lecz z faktu zaobserwowania iż w tej kamerce są miejsca w których jakby zmienia się gain który niby ponoć jest sztywny z czym się raczej nie zgodzę. Nieregulowalny tak, ale z moich obserwacji wynika, że zmienia się na pewnych progach czasowych.

 

Postaram się w lepszych warunkach poprawić rezultat.

 

Nawet kolorowy atik dał spokojnie radę. Jedyne 20x4.3s

 

Edytowane 19 Czerwca 2015 przez HAMAL