astroccd

Według mojego programu http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Zasieg_ccd_28.zip na kamerze Starlight Xpress wyposażonej w ten obiektyw powinno być 20,0 mag. To też zależy od jasności nieba, bowiem gdy niebo jest jasne, zasięg CCD nie przyrasta liniowo, dla 2-krotnego zwiększenia zasięgu potrzeba 4-krotnie wydłużyć czas ekspozycji.

Na tej stronie mieli http://www.tomshardware.pl/consumer/20040910/webcam-10.html powiem tak szmelc.

Podobno CCD jest dobre tam gdzie są małe piksele, czyli w kamerkach internetowych. Bowiem w CMOS dużo powierzchni zbierającej światło jest przesłonięta przez różne bebechy. Gdy piksel jest duży jak w lustrzankach niema to znaczenia.

Nie nie, nie składaj według tego schematu, z tej lunetki spokojnie można wyciągnąć większe powiększenia niż 20x, ja sobie ustawiłem 33x, a czasami nawet dawałem 50x. Im bliżej siebie ustawisz te 2 grube soczewki tym uzyskasz większe powiększenie. Co prawda jest trochę roboty, bo nie zawsze można złapać ostrość i trzeba przetestować chyba wszystkie kombinacje ustawienia rurek i soczewek, ale warto. Informuję że nie jestem w stanie podać swojej kombinacji, ponieważ pomieszałem rurki Turista 3 z Turistem 5. Powiększenie można zmierzyć, mierząc linijką krążek widoczny w okularze patrząc z odległości ok. 25 cm od okularu. Należy podzielić średnicę obiektywu przez średnicę tego krążka. Należy uważać, aby wkładając krążki z dziurką nie zasłonić zewnętrznych części obiektywu, można się o tym przekonać powtarzając dwukrotnie to co napisałem wyżej dla pomiaru powiększenia przy wyjętych i włożonych krążkach.

Widzisz Hubble to zupełnie inna sprawa, w kosmosie tło nieba jest idealnie czarne, natomiast na Ziemi świeci, często już po kilku minutach ekspozycji naświetla się do poziomu takiego że szumy tła nieba są większe od szumów kamery, zatem stackowanie takich kilkuminutowych ekspozycji daje taki sam wzrost zasięgu jak wydłużanie czasów ekspozycji, a dodatkowo pozwala na korygowanie błędów prowadzenia czy lepsze usuwanie gorących pikseli, jak i uniknięcie prześwietlenia detektora, które nastąpi gdzieś po kilku godzinach naświetlania pojedynczej klatki. Na ziemi nie są ważne szumy kamery tylko efektywność kwantowa. Kamery CCD mają wysoką efektywność kwantową blisko 100%, ale duże szumy ok. 25 elektronów. Natomiast dziwie się że w kosmosie używa się CCD, bowiem urządzenie o nazwie noktowizor jest w stanie łapać pojedyncze fotony. Noktowizory stosuje się na Ziemi do poprawiania czułości kamer pracujących w czasie rzeczywistym 50 klatek na sekundę, bowiem sam detektor CCD ze swoim szumem 25 elektronów ma sprawność 4%. Oczywiście kamery z noktowizorem są przeznaczone dla wojska, bowiem trudno spodziewać się dobrej jakości obrazu złożonego z niewielkiej liczby fotonów. Wszędzie tam gdzie są potrzebne ładne obrazki stosuje się samo CCD, bowiem dopiero usypanie 65000 fotonów daje stosunek sygnał szum 1:256 co gwarantuje dobrej jakości obraz. Szumy 65000 fotonów wynoszą 256 i są większe od szumów kamery równych 25, dlatego niema sensu robić CCD rejestrujących pojedyncze fotony, przynajmniej dla fotografów, a niestety astronomowie muszą korzystać ze sprzętu wymyślonego dla fotografów.

2x mniejszy szum. Będzie to odpowiednik 2 krotnego wydłużenia czasu ekspozycji.

Oczywiście podane wzory dotyczą warunków idealnych gdyby kamera generowała czysty szum biały tak jak generator szumów Astroarta, napisałem wcześniej że ograniczenia na kamerki nakłada BIAS http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Dark.gif i prąd ciemny http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Dark2.gif dlatego najlepiej by było odejmować czarne ramki i naświetlać gwiazdę za każdym razem na innym pikselu, problem w tym że pikseli nam zabraknie i na pewno gdzieś jest granica stackowania, bowiem BIAS i gorące piksele tworzą stały wzorek, który nie jest szumem białym, a jak wiadomo jasność stałego wzorku przyrasta liniowo tak jak liniowo przyrasta jasność gwiazdy. Oczywiście robiąc pojedynczą długą ekspozycję nie przeszkadza nam BIAS, za to gorące piksele dużo bardziej, bo nie możemy już eliminować ich poprzez naświetlanie gwiazdy za każdym razem na innym pikselu, zatem teoretycznie możliwe że dalej byśmy zaszli stackując niemniej potrzeba na to nieporównywalnie więcej czasu, bowiem zasięg przy wydłużaniu czasu ekspozycji przyrasta liniowo, natomiast podczas stacowania przyrasta po pierwiastku. Przykładowo kamerka internetowa daje czas 1/5 sek, jeśli wydłużymy ten czas ekspozycji 100x do 20sek to do uzyskania tego samego efektu za pomocą stackowania musimy zużyć o kwadrat więcej czasu czyli 100*100*1/5sek=33 minuty. Jeśli chcemy 1000x wydłużyć czas do 200sek to do uzyskania tego samego efektu za pomocą stackowania potrzeba 1000*1000*1/5sek=55 godzin. Jak mówię mój poprzedni tekst dotyczył raczej tego żeby wam udowodnić że fotony same się stackują, ich niewielka liczba daje zaszumiony obraz, ale wiele takich partii fotonów pozwala uzyskać wysokiej jakości obraz. Podobny proces odbywa się w stackowaniu, ale o wiele wolniej.

Tak jest kamera Starlight Xpress ma przetwornik 16 bitowy czyli ma 65536 odcieni, pojemność piksela wynosi też około 60000 elektronów. Skąd to wiem, pierwsza rzecz to dane producenta, ale nie tylko bo samemu można to sprawdzić, przykładowo jeśli obiekt wysyła 1 foton na sekundę to ten foton nie pada równo co sekundę tylko losowo, a więc nie daje równomiernego oświetlenia powierzchni i powstaje szum. Jaki jest ten szum? Napisałem program komputerowy który losowo puszcza fotony i co się okazuje, szum to jest pierwiastek z liczby fotonów jakie padły na piksel, przykładowo warstwa grubości 4 fotonów daje szum 2, a wiec mamy stosunek sygnał szum 1:2. Warstwa 16 fotonów daje szum 4, a więc mamy stosunek sygnał szum 1:4. Jak widać zaszumiony obraz obiektu powstaje nie tylko od szumów kamery, ale od samych fotonów. Prawda jest taka że aby polepszyć jakość obrazu 2 krotnie nie wystarczy wydłużenie ekspozycji 2 krotne ale trzeba wydłużenia cztero krotnego, i tak samo jest podczas sumowania klatek. Oczywiście jest jedno ale, kamera generuje własny szum ok. 25 elektronów, a więc jeśli mamy obiekt naświetlony do 4 elektronów którego własny szum wynosi 2 i zwiększymy czas ekspozycji 2 krotnie to obiekt zostanie naświetlony do 8 elektronów i jego szum wyniesie 2,8 a więc nadal jest dużo mniejszy od szumu kamery który wynosi 25. Tym samym dwu krotne wydłużenie czasu ekspozycji powoduje 2 krotne poprawienie stosunku sygnał szum. Ale tak jest do czasu kiedy naświetlimy obiekt do poziomu 625 elektronów, potem już szumy generowane przez obiekt są porównywalne z szumami kamery i dalsze wydłużanie czasu ekspozycji daje przyrost stosunku sygnał szum o pierwiastek z wydłużania czasu, co jest równoznaczne z przyrostem sygnału w stackowaniu. Jak widać stackowanie jest kompatybilne z samymi fotonami i same fotony padając na detektor się stackują. Nie wiem czemu mi nie wierzysz, jeśli na co 10 klatkę z kamery pada foton gwiazdy, a szum na każdej klatce ma 25 fotonów to podczas sumowania 10 klatek szum przyrośnie do poziomu pierwiastek(10)*25=79, a więc jest 79 razy większy od gwiazdy która dała jeden foton, czyli musimy uśrednić 79*79 partii klatek po 10 w każdej aby gwiazda miała jasność porównywalną do szumu, czyli 79*79*10=62410. Jak widać zawsze można wydobyć gwiazdę choćby dawała jeden foton na wiele klatek. Bowiem jasność gwiazdy przyrasta liniowo a szum przyrasta po pierwiastku. 4 zsumowane klatki dają wzrost szumów o czynnik 2. Zawsze ten proces będzie wolniejszy od przyrostu jasności gwiazd.

Panie Lampka. Lampka też się może przydać. Bowiem świecąc latarką w obiektyw kamery (nie na wprost tak po skosie) podnosimy jasność tła i możemy się przekonać że to co obcinała nasza kamerka staje się widoczne. I wcale mi nie chodzi o oświetlanie obiektu tylko detektora, obiekt nadal jest tak samo ciemny. Oczywiście nie namawiam nikogo do focenia w ten sposób, po prostu w ten sposób można się przekonać czy kamerka coś obcina, jeśli świecąc latarką w obiektyw odnotujemy znaczny wzrost czułości to kamerka do kosza.

Obcinanie najciemniejszych rejonów fotografii (które występuje na niektórych kamerkach internetowych) jest PROGRAMOWE i niema nic wspólnego z czułością detektora CCD. Ale uwaga nawet jeśli ktoś widzi szum w swojej kamerce to nie znaczy że widzi cały, często jest tak że widzimy 10% szumu który generuje detektor CCD, a to mocno ogranicza czułość i zdolność kamery do stackowania. Tylko specjalne kamery do zastosowań astro gwarantują że szum nie będzie obcinany. Aby się przekonać czy nasza kamerka obcina szum należy zrobić histogram, rysunek pierwszy http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Prywatne/Szum1.gif przedstawia sytuację gdy szum nie jest obcinany, a rysunek drugi obcięcie szumu do połowy http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Prywatne/Szum2.gif

Ale jak sądze głównym wątkiem w tej dyskusji jest fakt że pan sp2ukx kupił kamerkę która obcina najciemniejsze rejony fotografii, ale tak wcale nie musi być, nie wszystkie kamerki internetowe obcinają najciemniejsze rejony, niektóre są w stanie pokazać dość znaczny szum w ciemności przy krótkich czasach, jako przykład podam te http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Ftp/K...5x,%20640x480)/

Oczywiście prąd ciemny ogranicza też pojedyncze ekspozycje o długim czasie naświetlania, przy krótkich czasach ograniczenia stackowania nakłada przede wszystkim BIAS http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Dark.gif na rysunku widać 100 uśrednionych ciemnych klatek o krótkim czasie ekspozycji. BIAS to prawdopodobnie droga ładunku po czipie CCD, bowiem by go odczytać przeskakuje on kolejno przez poszczególne piksele aż do miernika, http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Rys2.jpg niestety każdy przeskok pozostawia widoczny ślad. Dlatego ważne jest by odejmować czarne klatki i nie naświetlać obrazu gwiazdy cały czas na tym samym pikselu.

Jest różnica pomiędzy kamerkami internetowymi, a kamerami astro. Kamerki internetowe pokazują zero w ciemności i nic się nie ze stackuje. Natomiast kamery astro np.: moja Starlight Xpress w ciemności pokazuje szum na poziomie 25 elektronów dlatego można stackować teoretycznie nieskończoną liczbę klatek. Prawda jest taka że detektor CCD pomimo efektywności kwantowej blisko 100% posiada szum na poziomie 25 fotonów i dlatego stackowanie działa. Ale nawet gdyby wymyślono CCD które nie generuje szumu to kamera astro pozwala przyporządkować jeden foton jednemu stopniowi jasności ekranu, dlatego filmując z czasem ekspozycji 1 sek. obiekt który wysyła jeden foton na minutę można zestackować i uzyskać mocny dobrej jakości obraz. Oczywiście nie dotyczy to kamerek internetowych w których jeden foton jest za słaby na cokolwiek. Aczkolwiek przyjmując że CCD lub CMOS w kamerce internetowej generuje szum na poziomie kilkudziesięciu fotonów możemy stosując różne sztuczki jak np.: ustawianie suwaków balansu bieli RGB na maksimum spowodować że kamerka nie będzie pokazywać zera w absolutnej ciemności tylko dość pokaźny szum http://www.piotrkow.net.pl/~astroccd/Prywatne/Niebo2.gif który można teoretycznie zestackować w nieskończoność, warunkiem jest oczywiście odpowiednie oprogramowanie np.: K3CCD tools który wynik stackowania klatek 8-mio bitowych pokazuje na 16-tu bitach, lub MaximDL pracujący nawet na 32 bitach. Zachęcam też to zapoznania się z generatorem szumów Astroarta "Edit/Fill/Inside" i tam trzeba wpisać value i noise. Noise to poziom szumów. Teraz należy zmierzyć szum wybierając "View/Statistics" gdzie Std.deviation oznacza poziom szumów. No i możemy testować o ile nam spadną szumy po uśrednieniu czterech, dziewięciu lub szesnastu klatek. Ciekawe czy ktoś z was wie. Prawda jest taka że 4 klatki dadzą 2 krotne poprawę. 9 klatek - 3 krotną 16 klatek - 4 krotną Spadek szumów to pierwiastek z liczby uśrednionych klatek i wynik nie może być lepszy, może być gorszy gdy stackowanie przeprowadzimy niepoprawnie bez odejmowania czarnych ramek, których liczba musi być równa liczbie klatek, na pewno dla kamery jest gdzieś granica stackowania, bo jest coś takiego jak prąd ciemny, kamera sama generuje elektrony, ale mocno tą granice przesuwa w stronę nieskończoności pewien trick polegający na tym by nie naświetlać obrazu gwiazdy na tym samym pikselu dla każdej klatki.

Jest coś takiego jak bindowanie, polega na sumowaniu ładunku z sąsiednich pikseli w rezultacie otrzymujemy stosunek sygnał szum tyle razy lepszy ile pikseli zsumowaliśmy. Ten sam proces zrobiony na fotce w komputerze da nam przyrost stosunku sygnału szum tylko o pierwiastek z liczby pikseli. Bindowanie jest możliwe na kamerze Starlight-Xpress, osobiście je stosowałem, niestety nie nadaje się do kamer kolorowych ze wzgledu na to że mamy w nich mikro filterki w różnych kolorach obok siebie i tracimy kolor. Podobno kamera wolno sczytuje ładunek z detektora CCD, i dla kamer które nie posiadają migawki tak jak aparat cyfrowy, stosuje się specjalne detektory, które po zrobieniu zdjęcia ukrywają ładunek przed światłem, następuje przeskok ładunku o jeden piksel na piksel schowany przed światłem i dopiero potem matryca jest sczytywana w całości. I tak myślę że to może chodzi o bindowanie piksela schowanego z nie schowanym.