AOA - Amatorska Optyka Adaptacyjna

Kurak · 26 Maja 2016

O optyce adaptatywnej czytałem już lata temu i w sumie jest to temat dość oklepany jeżeli chodzi o jego użycie w profesjonalnych obserwatoriach. Do mojej głowy więc wpadł pomysł zbadania czy ta technologia już staniała tak bardzo że jest dostępna dla szarego amatora z zasobnym portfelem? Przecież w sumie zasada działania jest banalnie prosta a postęp następuje eksponencjalne więc czy ten moment nadszedł? Dla przypomnienia rysunek:

Ogółem potrzeba nam:

Półprzeźroczystego lustra
Sensora frontu fali
Deformowalnego lustra
Komputera do obliczeń

Pierwszy element jest opisany jako beam splitter i służy od przesłania do detektora frontu fali części światła, która reszta zostanie użyta do zrobienia właściwej astrofotki. Przedstawiony tutaj system jest systemem pętli zamkniętej, sprzężenia zwrotnego, bowiem detektor bada front fali po jej korekcji dzięki czemu koryguje błędy dużo lepiej. Można by zastanowić się czy nie zrezygnować z rozdzielacza i użyć do tego po prostu guidera.

Kolejnym elementem jest detektor frontu fali który zazwyczaj jest matrycą soczewek i zwykłą kamerą CCD. Co ciekawe w wersji pseudo amatorskiej został tutaj opisany szeroko tutaj: http://www.astrosurf.com/cavadore/optique/shackHartmann/Shack-Hartmann.htm koszt jest rzędu kilku tysięcy ojro.

Następnie jest nam potrzebny narząd główny instrumentu czyli deformowlane lustro. Jest pełno różnych technik jego realizacji, odsyłam do wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Deformable_mirror z mojego krótkiego wyszukiwania znalazłem taką firmę http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3258

Produkują dwa typu luster:

piezoelektryczne o 40 punktach deformacji i częstotliwości 4kHz oraz wielkości 10 mm za 4,125 $
z MEMS (taka nanotechnologia) o 140 punktach deformacji wielkości 4.4x4.4 mm. Cena to niecałe $17,500.00$

Co ciekawe firma też sprzedaje całe gotowe zestawy http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3208 za jedyne 23,000 lub bardziej wypasione za 25,000 $

Czy 25,000$ to dużo za technologie eliminującą największą bolączke astroamatrów? W chwili gdy niektórzy z nas mają cały sprzęt wartości dochodzącej do tej kwoty odpowiedź nie jest jednoznaczna. Ale stosując ATM z ceną moglibyśmy zejść do akceptowalnego poziomu.

Czy ktoś chciałby zacząć eksperymentowanie?

Edytowane 26 Maja 2016 przez Kurak

Gajowy · 26 Maja 2016

Ciekawy temat, ale poza moim zasięgiem póki co. Mi dziurę w mózgu wierci od jakiegoś czasu inne zagadnienie. Jeśli możemy zmierzyć zniekształcenie fali w funkcji czasu, to czy możemy to zniekształcenie algorytmicznie odwrócić? Pewnie nie, skoro nikt tego nie robi ;-).

Pzdr,

Gajowy

szuu · 26 Maja 2016

to czy możemy to zniekształcenie algorytmicznie odwrócić? Pewnie nie, skoro nikt tego nie robi ;-)

ależ robi

Tayson · 26 Maja 2016

https://www.sbig.com/products/adaptive-optics/

https://www.optcorp.com/telescope-accessories/imaging-accessories/guiders-rotators-adaptive-optics.html?a_guiders_type_f=984

Edytowane 26 Maja 2016 przez Tayson

HAMAL · 27 Maja 2016

https://www.sbig.com/products/adaptive-optics/

https://www.optcorp.com/telescope-accessories/imaging-accessories/guiders-rotators-adaptive-optics.html?a_guiders_type_f=984

To jest naciągane i nie bez powodu jako przykład podają parkę gwiazd a nie pole gwiazdowe a przecież w czasie 20 min naświetlania wszystkie gwiazdki tańczą niezależnie tak https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Seeing_Moon.gifza którą wtedy AO będzie naciągać cały obraz? przecież goniąc całym obrazem/polem za jedną w lewo powiększy przesunięcie tych które akurat tym falowaniem poszły w prawo w górę i dół.

Edytowane 27 Maja 2016 przez HAMAL

MrOD · 27 Maja 2016

Dostępność w realnych do osiągnięcia cenach jest jak widać. Kwestia zastosowania bo to jest bardzo specjalistyczny sprzęt i nadaje się albo do obserwacji pojedyńczych gwiazd (od biedy układów wielokrotnych zapewne też) albo do wypasionego guide

Behlur_Olderys · 27 Maja 2016

Ciekawy temat, ale poza moim zasięgiem póki co. Mi dziurę w mózgu wierci od jakiegoś czasu inne zagadnienie. Jeśli możemy zmierzyć zniekształcenie fali w funkcji czasu, to czy możemy to zniekształcenie algorytmicznie odwrócić? Pewnie nie, skoro nikt tego nie robi ;-).

Pzdr,

Gajowy

Niestety, długie naświetlanie całkuje tą dwuwymiarową funkcję po czasie, co zatraca informację o jej ewolucji. Trzeba by nagrywać obraz w postaci ciągu zdjęć o czasie naświetlania pojedynczej klatki poniżej stałej czasowej drgań atmosfery, i to przez całkowity czas pozwalający na zebranie sensownego sygnału. Domyślam się, że na tym mniej więcej polega fotografia planetarna, ale nie DSO, bo tam potrzebne byłyby kilkugodzinne "filmy" ok. 50 fps, ważące pewnie kilka tera:) Może wkrótce, wraz z rozwojem elektroniki będzie to sensowne, ale chyba jeszcze nie...

JaLe · 27 Maja 2016

Ciekawy temat, ale poza moim zasięgiem póki co. Mi dziurę w mózgu wierci od jakiegoś czasu inne zagadnienie. Jeśli możemy zmierzyć zniekształcenie fali w funkcji czasu, to czy możemy to zniekształcenie algorytmicznie odwrócić? Pewnie nie, skoro nikt tego nie robi ;-).

Pzdr,

W przypadku fali dźwiękowej możemy odwrócić nawet się tym zajmowałem.

szuu · 27 Maja 2016

Jeśli możemy zmierzyć zniekształcenie fali w funkcji czasu, to czy możemy to zniekształcenie algorytmicznie odwrócić?

a ściśle rzecz biorąc, nie możemy (lub możemy w dużym przybliżeniu) bo nie ma odbiorników fal świetlnych które by na to pozwalały.

w przeciwieństwie do częstotliwości radiowych gdzie z anteny dostajemy przebieg fali, matryce światłoczułe przekazują tylko sumę energii złapanej w jakimś czasie, czyli tracona jest informacja o fazie sygnału.

dlatego na przykład interferometria radiowa jest łatwiejsza i bardziej elastyczna w realizacji niż interferometria optyczna

W przypadku fali dźwiękowej możemy odwrócić nawet się tym zajmowałem.

opowiedz coś więcej!

HAMAL · 27 Maja 2016

Cały czas nie wolno zapominać że seeing nie działa identycznie na całą klatkę lecz rozciąga każdy jej fragment inaczej.

Pomogło by tu coś co mi od dawna chodzi po głowie, aby kamerki w czasie naświetlania klatki nie "ślepły"

Kamerka zbiera klatkę 20 min ale w tym czasie zbiera informacje o rejestrowanym obrazie, czyli notuje falowanie kadru aby potem odwrócić proces wyostrzając zdjęcie.

Z takiej możliwości płynie dodatkowa inna niebywała korzyść. Można by z czasie 20 min i 10 sek zebrać 20 klatek 20 minutowych. Jak?

Pierwsza klatka jest liczona od 0 sek do 20 min, druga od 1 sek do 20min 1 sek, trzecia od 2 sek do 20min 2 sek. One będą się miedzy sobą różnić o 1 sek ale będą o fotony które w tym czasie doleciały do paki. Kto powiedział, że klatkę 20 min trzeba zbierać 20 min i zamykać sesję, otwierać nową i od zera łapać fotony ? Jak ktoś uważa, że róznica 1 sek to mało, można zrobić 5 sek, ale dzięki tej metodzie co 5 sek będzie nam schodzić 20 min klatka, każda inna od poprzedniej Kupujecie ?

szuu · 27 Maja 2016

dzięki tej metodzie co 5 sek będzie nam schodzić 20 min klatka, każda inna od poprzedniej Kupujecie ?

nic prostszego, rób klatki 5 sek i sobie je odpowiednio połącz tworząc klatki 20 minutowe.

ale przecież nie wyciągniesz z tych połączonych klatek więcej niż z oryginalnych 5-sekundowych.

więc nie kupujemy!

HAMAL · 27 Maja 2016

Nie zgodzę się z Tobą. kamerka która by zrzucała z danego pixela urobek co 5 sek ale będący sumą 20 min na pewno da inny wynik i głębszą penetracje DS niż zwykłe 5 sek klatki. Kwestionujesz, że tak by było?

Edytowane 27 Maja 2016 przez HAMAL

JaLe · 27 Maja 2016

opowiedz coś więcej!

ANC - dla laika to wystarczą wiadomości z: https://en.wikipedia.org/wiki/Active_noise_control

i w praktyce: https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTHzirTlnUI0IS3qvCVfTTtLvNPvblgyM1jfILv4Q4RlfTzt-lI

Edytowane 27 Maja 2016 przez JaLe

szuu · 27 Maja 2016

Nie zgodzę się z Tobą. kamerka która by zrzucała z danego pixela urobek co 5 sek ale będący sumą 20 min na pewno da inny wynik i głębszą penetracje DS niż zwykłe 5 sek klatki. Kwestionujesz, że tak by było?

oczywiście kwestionuję.

nie napisałeś jak zbudowana byłaby taka matryca, więc rozważmy 2 możliwości:

matryce idealne
nie ma szumu, czyli dostajemy sygnał dokładnie równy liczbie fotonów które padły na dany piksel.

w związku z tym obraz z matrycy nowego typu jest idealnie taki sam jak dodanie N normalnych klatek.

z jedną różnicą - przy tej samej wielkości studni matryca normalna uzyskuje N razy większą dynamikę bo nie musi trzymać w swoich pikselach liczby fotonów z 20 minut a tylko z 5 sekund

matryce z szumem
powodem dla którego dłuższy czas naświetlania ma sens jest szum odczytu, który dla długiej klatki pozostaje taki sam jak dla krótkiej, więc względem sygnału staje się mniejszy. niestety, skoro matryca ma co 5 sekund odczytywać swój stan, to cały sens długiego naświetlania znika i obie matryce mają ten sam szum. z tym, że matryca normalna tak jak poprzednio ciągle ma większą dynamikę

ale co ciekawe są takie pomysły żeby piksel na matrycy był licznikiem fotonów a nie analogowym kondensatorem z którego analogowe napięcie przetwarzamy na postać cyfrową. to właśnie zmierza do niezliczonej ilości bardzo krótkich ekspozycji, które dadzą w efekcie długie naświetlanie ale bez szumów odczytu (odczyt cyfrowy) a dodatkowo skoro już mamy wielokrotnie więcej danych to zawsze można z nich wyciągnąć różne rzeczy, których nie da się wyciągnąć z jednego obrazu.

HAMAL · 27 Maja 2016

matryce idealne
nie ma szumu, czyli dostajemy sygnał dokładnie równy liczbie fotonów które padły na dany piksel.

w związku z tym obraz z matrycy nowego typu jest idealnie taki sam jak dodanie N normalnych klatek.

z jedną różnicą - przy tej samej wielkości studni matryca normalna uzyskuje N razy większą dynamikę bo nie musi trzymać w swoich pikselach liczby fotonów z 20 minut a tylko z 5 sekund

W tym przypadku faktycznie masz rację

matryce z szumem
powodem dla którego dłuższy czas naświetlania ma sens jest szum odczytu, który dla długiej klatki pozostaje taki sam jak dla krótkiej, więc względem sygnału staje się mniejszy. niestety, skoro matryca ma co 5 sekund odczytywać swój stan, to cały sens długiego naświetlania znika i obie matryce mają ten sam szum. z tym, że matryca normalna tak jak poprzednio ciągle ma większą dynamikę

W sumie też masz rację bo nam się powoli pixele przelewają i byśmy i tak musieli co jakiś czas je resetować

No dobra ale dyskutować trzeba uświadomiłeś mi dwie nowe rzeczy

Marek_N · 27 Maja 2016

ale co ciekawe są takie pomysły żeby piksel na matrycy był licznikiem fotonów a nie analogowym kondensatorem z którego analogowe napięcie przetwarzamy na postać cyfrową. to właśnie zmierza do niezliczonej ilości bardzo krótkich ekspozycji, które dadzą w efekcie długie naświetlanie ale bez szumów odczytu (odczyt cyfrowy) a dodatkowo skoro już mamy wielokrotnie więcej danych to zawsze można z nich wyciągnąć różne rzeczy, których nie da się wyciągnąć z jednego obrazu.

Mówisz o technologii EMCCD

Było już o tym u nas na forum i to w wersji praktycznej

- http://astropolis.pl/topic/49591-nowe-kierunki-w-astrofotografii/

szuu · 27 Maja 2016

Mówisz o technologii EMCCD

Było już o tym u nas na forum i to w wersji praktycznej

- http://astropolis.pl/topic/49591-nowe-kierunki-w-astrofotografii/

akurat miałem na myśli QIS ale efekt podobny

ryszardo · 28 Maja 2016

Ale, gdyby zastosować np. cztery teleskopy 16" , cztery kamerki i metodę opisana przez Hamala, to wydajność byłaby lepsza niż jednego teleskopu 32" i jednej kamerki? W dodatku dt mógłby być całkiem dowolnie mały.

JaLe · 28 Maja 2016

Ale, gdyby zastosować np. cztery teleskopy 16" , cztery kamerki i metodę opisana przez Hamala, to wydajność byłaby lepsza niż jednego teleskopu 32" i jednej kamerki? W dodatku dt mógłby być całkiem dowolnie mały.

Moim skromnym zdaniem wystarczyłyby dwa teleskopy.

Kurak · 28 Maja 2016

To jest naciągane i nie bez powodu jako przykład podają parkę gwiazd a nie pole gwiazdowe a przecież w czasie 20 min naświetlania wszystkie gwiazdki tańczą niezależnie tak https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Seeing_Moon.gifza którą wtedy AO będzie naciągać cały obraz? przecież goniąc całym obrazem/polem za jedną w lewo powiększy przesunięcie tych które akurat tym falowaniem poszły w prawo w górę i dół.

Nie bardzo Ciebie rozumiem. Podważasz cały sens optyki adaptatywnej w tej chwili. Bo gdyby tak było fotografowanie powierzchniowo dużych obiektów jakimi są mgławice nie dawało by lepszych efektów bo odkształcały by się inaczej niż gwiazdy referencyjne.

Z tego co rozumiem z tej metody traktujemy atmosferę jako kolejną część układu optycznego o niejednorodnej strukturze. Więc skoro obraz gwiazd w teleskopie jest wynikiem skupiania całej apertury teleskopu to też całej atmosfery jaka oddziałuje na cały obraz. Ponieważ gwiazdy powinny być punktowe (w sensie dyskiem Ariego) a każdy odchyły od tego ideału daje nam informacje o zniekształceniu atmosfery. Tą informacje wychwyci detektor frontu fali generując mapę na której podstawie odkształcane jest lustro.

Tutaj znalazłem na youtube księżyc z optyką adaptatywną:

Kwestia jest tylko posiadania jasnej gwiazdy referencyjnej i dlatego w obserwatoriach używa się do lasera do generowania sztucznej gwiazdy dla kadrów gdzie nie ma żadnej wystarczająco jasnej gwiazdy.

P.S. Dzięki Tayson za linki bo nie znalazłem że takie sprzęty są już dla nas dostępne już od dość dawna!

ryszardo · 28 Maja 2016

Moim skromnym zdaniem wystarczyłyby dwa teleskopy.

Oczywiście!

Krzychoo226 · 28 Maja 2016

Nie bardzo Ciebie rozumiem. Podważasz cały sens optyki adaptatywnej w tej chwili. Bo gdyby tak było fotografowanie powierzchniowo dużych obiektów jakimi są mgławice nie dawało by lepszych efektów bo odkształcały by się inaczej niż gwiazdy referencyjne.

Poczytaj jak działają te układy od SBIG'a i SX, wtedy zrozumiesz dlaczego Hamal ma rację

Kurak · 28 Maja 2016

Okej doczytałem i Hamal ma racje

"Optyka adaptatywna" od SBIGA powinna się nazywać raczej stabilizacją optyczną dla teleskopu. Zbyt niska częstotliwość odkształcania oraz fakt że lustro jako całość jest przesuwane a nie powierzchnia odkształcana sprawia że służy tylko do niwelacji drgań wprowadzonych przez montaż lub inne urządzenia ale nie do niwelacji atmosfery.

Natrafiłem jeszcze na ciekawy post na temat zasadności użycia AO w teleskopach amatorskich: http://www.cloudynights.com/topic/488271-adaptive-optics-instead-of-a-better-mount/

Niestety wynika z tego że metoda może być skutecznie stosowana dla dość małych FOV (we sensie blisko "gwiazdy" referencyjnej) gdyż dla szerokich pół nakłada się zbyt dużo zniekształceń.

HAMAL · 28 Maja 2016

zbyt dużo zniekształceń.

...zbyt dużo innych niezależnych zniekształceń

a to urządzenie potrafi niwelować tylko dany nieduży fragment kadru. Ale do mgławic planetarnych w dużej skali jak znalazł

MateuszW · 28 Maja 2016

Kwestia jest tylko posiadania jasnej gwiazdy referencyjnej i dlatego w obserwatoriach używa się do lasera do generowania sztucznej gwiazdy dla kadrów gdzie nie ma żadnej wystarczająco jasnej gwiazdy.

Niby to takie wszystko proste, ale ja ciągle nie rozumiem, jakim cudem ta sztuczna gwiazda nie zaświetla im całego kadru? Przecież, jak sobie zaświecę laserem zielonym w kadr i potrzymam trochę, to będę miał wielką białą plamę zamiast zdjęcia.

A druga sprawa, to przecież taka sztuczna gwiazda jest dwukrotnie zniekształcona atmosferą, a zwykły gwiazda jednokrotnie. Dlatego, bo światło najpierw idzie z lasera w górę, pokonując warstwę atmosfery a potem wraca i pokonuje ją znowu. No ale to pewnie nie problem brać na to poprawkę.

Czy 25,000$ to dużo za technologie eliminującą największą bolączke astroamatrów?

Ja bym powiedział, że największą bolączką astroamatorów jest pogoda i LP (nie wiem, co gorsze). Seeing to dopiero trzecie miejsce (no chyba, że na samych planetach, to wtedy drugie, zaraz po pogodzie). Lekarstwem na pogodę i LP jest przeprowadzka lub obserwatorium zdalne. Dlatego mając taką kasę raczej zbudowałbym sobie zdalne obserwatorium gdzieś daleko z dobrą pogodą, małym LP i przy okazji dobrym seeingiem. Mi wystarczy z nawiązką taki seeing, jaki mają np w Chile czy nawet gorszy. To i tak wielki skok jakościowy w stosunku do naszego dziadostwa. Dlatego uważam, że przynajmniej dla nas, taki system w tej cenie nie ma sensu i można dużo lepiej wydać tą kasę. Co innego, jak już mieszkasz w jakimś kraju z normalnymi warunkami obserwacyjnymi...