"Lucky Imaging", czyli jak pokonać ograniczenia rozdzielczości atmosfery

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

Na razie przenoszę dyskusję ze statusów, ale jak znajdę trochę więcej czasu, to rozwinę temat w tym poście. Póki co - jest szansa, że wątek sam się rozwinie i stanie się kompendium wiedzy w tym temacie.

"Lucky Imaging" (niestety nie ma dobrego słowa w polskim języku) to technika łapania fotonów na możliwie krótkich ekspozycjach (nawet grubo poniżej sekundy) żeby potem wybrać z nich takie, gdzie atmosfera najmniej zdegradowała obraz. Następnie takie klatki stackujemy w tradycyjny sposób. W skrócie można powiedzieć, że to podobna technika do tej znanej z astrofotografii planet, ale zaadaptowana na potrzeby fotografii DS. Im krótsza ekspozycja, tym większa szansa na złapanie "dziury" w podłym seeingu.

Poniżej ostatni przykład wykorzystania tej techniki przy próbie rozdzielenia gwiazdek w gromadzie kulistej pochodzącej z innej galaktyki (G1 z M31). Efekt, dla znających temat, jest dosyć szokujący.

Zdjęcie pochodzi z: http://www.astrosurf.com/pixiel/G1S_DSS.htm

a tu więcej informacji o projekcie: http://www.astrosurf.com/pixiel/astroqueyrasmission2016G1english.htm

Poniżej dyskusja ze statusów:

Adam_Jesion

O kurde - ale rozdzielczość z amatorskiego sprzętu. 0,2 sek. kątowej na 1 px. ASI1600 10s. ekspozycja. http://www.astrosurf.com/pixiel/G1S_DSS.htm

wczoraj, 14:19

Adam_Jesion

Dodam, że to jest gromada kulista w M31.

wczoraj, 14:20

Adam_Jesion

http://www.astrosurf.com/pixiel/astroqueyrasmission2016G1english.htm

wczoraj, 14:21

.michaś

Po prostu wow

wczoraj, 14:49

ekolog

Rozumiem, że chodzi o górne zdjecie z pierwszego linka? Wygląda tedy na to, że żabokonsumenci mięli niezły seeing na jakimś MontBlanck? Wyłapali szczegóły znacząco mniejsze od jednej sekundy. To jest jedna klatka? I to w 10 sekund - to naprawdę buduje!

wczoraj, 14:54

TomekDw

No nieźle

wczoraj, 15:17

HAMAL

Zawsze chciałem ją rozdzielić na gwiazdy, nigdy nie wyszło, ale z miękkim CCD to norma, może CMOS da radę

wczoraj, 15:38

ryszardo

Oj na pierwszy rzut oka G1 między tymi jasnymi gwiazdami Galaktyki. Damy radę...

wczoraj, 16:32

ryszardo

Pamiętam pytanie HAMALA, kto ją pierwszy rozdzieli...

wczoraj, 16:33

ekolog

No dobra ale co jest główną zaletą tego CMOS'a ze tak wyszło? Ta szybkość zbierania kwantów - bo zgaduję że w krótkim czasie seeing mniej rozmywa detale?

wczoraj, 16:54

Adam_Jesion

To, że możesz robić tzw. lucky imaging, czyli dzięki niskiemu szumowi robić dużo krótkich klatek (niwelując w ten sposób wpływ turbulencji atmosferycznych). To tak w uproszczeniu.

wczoraj, 17:09

Adam_Jesion

CCD tego nie zrobisz z tego samego powodu (choć odwrotnego).

wczoraj, 17:09

heweliusz

http://www.astrosurf.com/pixiel/astroqueyrasmission2016G1final.htm

wczoraj, 20:42

HAMAL

Czepię się jednej rzeczy

To nie jest astrofoto o rozdzielczości 0,2 sek. kątowej na 1 px. To jest zdjęcie rozciągnięte do tego rozmiaru. Gdyby to było zdjęcie o takiej rozdzielczości to słabe gwiazdki powinny mieć obszar 1 pixela, a mają kilku.

wczoraj, 20:43

ekolog

Dlatego napisałem "znacząco" a nie 5x mniejsze od 1 sekundy. Niemniej jakieś watłe plamki około 0.5 sek połapano, a przeca o realne gwiazdki nam chodzi, a nie o techniczne parametry obrazu.

wczoraj, 21:10

HAMAL

Fakt, rozbili na gwiazdy, nie wiem czy nasze małe teleskopiki z polskim seeingiem mają szanse na akie efekty :I

wczoraj, 21:34

ekolog

Swoją drogą ciekawe jak to wygląda od strony teoretycznej? Jaką jasność absolutną musi mieć gwiazda aby z takiej odległości była łapalna. Tylko co to znaczy łapalna gdy matryca jest super i pixel może nawet małą liczbą kwantów się zadowalać?

wczoraj, 21:55

ryszardo

5000x0,05sek z tego 10% ?

wczoraj, 22:17

ekolog

Sugerowałbym, żebyś opisał to szerzej w osobnym, nowym wątku Ryszardo, bo tu za wąsko i zjedzie w niebyt, a może być ciekawe.

wczoraj, 22:28

HAMAL

"5000x0,05sek z tego 10% ?"

No właśnie na tym polega Lucky imaging, ludzie teraz bezsensownie używają tego pojęcia do wszystkiego robionego CMOSami na czasach mniejszych niż 10 min :]

dziś, 06:10

HAMAL

Podobnie mi kiedyś się dziwiono czemu tylko 10 czy 5 klatek http://astrofotografia.republika.pl/double_multiple_star/Double_star.htm

a ich było spooorowięcej ale tylko tyle cudem utrafiło idealnie. Na tym polega ta zasada a nie robieniu 10000x1sek i stackowaniu wszystkiego.

dziś, 06:12

HAMAL

Faktycznie można by przenieść staus jako temat na forum.

dziś, 06:13

LibMar

Ja mam trochę inne podejście

Zamiast zrobić od razu jedną niesamowitą fotkę stosując XX różnych metod, za każdym razem wykorzystuję po 1-2 nowe sposoby. Finalna fotka i tak będzie lepsza od ostatnio zrobionej, ale i tak wiem, że można wielokrotnie poprawić. I w ten sposób mogę cieszyć się jak dzieciak ponad 20 razy fotografując ten sam obiekt

dziś, 10:41

HAMAL

Ja jak już wypracuję nową metodę to mnie natychmiast nudzi i szukam innej :] focenie miesiącami nie, szukanie porąbanych metod taaak

Choć nie wiem czy ostatecznie nie to samo co MibMar napisał :]

dziś, 10:53

Paether · 17 Listopada 2016

Tyle razy powtarzałem i nie nauczą się. Nie rozpoczyna się takich dyskusji w statusach bo bardzo szybko statusy stają się "za ciasne" dla takich tematów

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

Ale statusy to dobry tester tematu Jak "zażre" to można przenieść

mkowalik · 17 Listopada 2016

Proponuję nazwę metoda szcześliwego ujęcia :-)

LibMar · 17 Listopada 2016

Adam, w jaki sposób można wykonać selekcję klatek nadających się do "lucky imaging"? Na jakiej podstawie określany jest % klatek w DSS, AS!2 czy Registaxie? Sprawa dość istotna, ponieważ do fotometrii planowałem wykorzystać selekcję związaną z poziomem ADU pikseli (http://astropolis.pl/topic/56082-siegajac-do-granic-amatorskich-obserwacji-planet-pozaslonecznych/?p=650337), jednak proces potrwa pewnie wiele dni.

Analizowanie niekiedy kilkudziesięciu tysięcy klatek nie jest możliwe manualnie...

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

Póki co, zanim powstanie prawdziwa AI, najlepszy do takiej analizy jest ludzki mózg

szuu · 17 Listopada 2016

Póki co, zanim powstanie prawdziwa AI, najlepszy do takiej analizy jest ludzki mózg

tak jak do gry w go? prawie na pewno nie. po prostu ktoś musi wpaść na pomysł żeby to podłączyć do sieci neuronowej i pewnie okaże się że działa, tak jak wszystko inne co podłączano.

do takich rzeczy wystarczają techniki bardzo odległe od "prawdziwej" inteligencji (jeżeli rozumiemy przez to intelekt porównywalny z ludzkim)

a z innej beczki.

jakim cudem to może być "lucky imaging", przecież dla seeingu 10 sekund to już niemal wieczność?

Morth · 17 Listopada 2016

A fizyczne ograniczenia matrycy? Duży zapas mają jeszcze matryce, przy zwiększaniu S/N? Bo inne fizyczne problemy można rozwiązać, np. zwiększać w.n.p.m. zbierania fotonów. Fajny byłby wykres pokazujący jak wraz z zwiekszaniem się w.n.p.m i polepszającym się seeingu, wzrasta potencjalna długość ekspozycji klatki oraz procent udanych klatek.

Michal G. · 17 Listopada 2016

Adam, w jaki sposób można wykonać selekcję klatek nadających się do "lucky imaging"? Na jakiej podstawie określany jest % klatek w DSS, AS!2 czy Registaxie? Sprawa dość istotna, ponieważ do fotometrii planowałem wykorzystać selekcję związaną z poziomem ADU pikseli (http://astropolis.pl/topic/56082-siegajac-do-granic-amatorskich-obserwacji-planet-pozaslonecznych/?p=650337), jednak proces potrwa pewnie wiele dni.

Analizowanie niekiedy kilkudziesięciu tysięcy klatek nie jest możliwe manualnie...

A np. mierzenie FWHM i ewentualnie astrometria? Nie styknie?

ryszardo · 17 Listopada 2016

http://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwietaWb4a_QAhVG8ywKHYIpBL8QFggnMAE&url=http%3A%2F%2Fastropolis.pl%2Ftopic%2F49591-nowe-kierunki-w-astrofotografii%2F&usg=AFQjCNFyOgUuJtfOmjTPidptvqX7lIjn_A

O, tu jest coś, co już było, ale to jest to!

I oczywiście prośba do Adama, co by się w temacie tych EMCCD rozeznał rynkowo?...

Edytowane 17 Listopada 2016 przez ryszardo

ekolog · 17 Listopada 2016

Jeśli założymy, że "szeroka" średnica G1 wynosi około 500 l ś to ma ona na niebie arcustangens(500/2500000) * 57 * 60 * 60 = 41 sekund kątowych.

Rozdzieczość teleskopu, którym fotografowano, to około 0.5 sekundy (czyli nieprzekraczalna z racji praw mechaniki kwantowej żadnym szcześliwym ujęciem)

daje szansę na taką interpretację (że się udało rozbić choć cześciowo G1) bo siatka 82x82 (2x41) potencjalnych różnic w rozpatrywanym rejonie zdjęcia to już sporo.

Chyba dobrze obróciłem zdjęcie z Hubble'a?
Czy te cztery gwiazdki wskazane na zielono lub te dwie wskazane na żółto są nie z naszej galaktyki (sądze że raczej tak)?
Jak tak to już mamy bingo
Jak nie to szukajmy dalej.

Więcej o G1

https://en.wikipedia.org/wiki/Mayall_II

http://adsabs.harvard.edu/abs/2001AJ....122..830M

Pozdrawiam

Edytowane 17 Listopada 2016 przez ekolog

HAMAL · 17 Listopada 2016

Póki co, zanim powstanie prawdziwa AI, najlepszy do takiej analizy jest ludzki mózg

Albo Registax5, ale jak ktoś woli, może czekać na AI

To jest dobre do porównań:

https://c2.staticflickr.com/4/3870/14511720293_883749ccb6_b.jpg

Edytowane 17 Listopada 2016 przez HAMAL

ryszardo · 17 Listopada 2016

A czym to robione? Składanka z narrowbands, czy filtry typu UHCs?

Edytowane 17 Listopada 2016 przez ryszardo

HAMAL · 17 Listopada 2016

Myślę że to kolejna z radosnych interpretacji materiału HST

choć zgłupiałem o które foto było pytanie

Edytowane 17 Listopada 2016 przez HAMAL

LibMar · 17 Listopada 2016

I oczywiście prośba do Adama, co by się w temacie tych EMCCD rozeznał rynkowo?...

EMCCD to raczej przestarzały sprzęt. Obecnie CMOSy górują nad nimi w techniką "lucky imaging" i wielokrotnie już pokazały swoją klasę w tej części astrofotografii.

Michał G, mało wgłębiałem się w te sprawy. Rozumiem, że w astrometrii chodziłoby o wyznaczenie pozycji gwiazdy, aby następnie wybrać tylko te klatki, w których pozycja obiektu jest najbliżej średniej wyznaczonej? Myślę, że w pewien % klatek stanowiłoby wciąż błąd, gdyż ich dobra pozycja wynikałaby tylko z przypadku.

Fotografowanie pojedynczych obiektów a DSów to trochę dwie różne sprawy. Wpływ seeingu na obrazie jest różny, tzn. przy jednej gwieździe mamy super obraz, a przy innej tragiczny. AS!2 rekompensuje to stackowaniem za pomocą "puzzli". Niestety, tego nie widać w DSach, gdyż obraz jest za ciemny. Registax powinien już fajnie dopasować pozycje. Przy pojedynczych gwiazdach, to opisywałem w wątku obok. Myślę, że taka metoda stanowiłaby fajne wyzwanie przy rejestracji Charona, Linus albo tarczki Westy. To trochę inna część astrofotografii, może mniej kolorowa, ale na pewno ciekawa.

Michal G. · 17 Listopada 2016

Michał G, mało wgłębiałem się w te sprawy. Rozumiem, że w astrometrii chodziłoby o wyznaczenie pozycji gwiazdy, aby następnie wybrać tylko te klatki, w których pozycja obiektu jest najbliżej średniej wyznaczonej? Myślę, że w pewien % klatek stanowiłoby wciąż błąd, gdyż ich dobra pozycja wynikałaby tylko z przypadku.

Dokładnie tak, mam w głowie coś takiego: wybieramy ileś % klatek o najmniejszym FWHM, następnie kontrolujemy te klatki pod kątem przesunięć. Wiadomo, część klatek zawsze będzie gorsza, no bo wybieramy % klatek.

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

tak jak do gry w go? prawie na pewno nie. po prostu ktoś musi wpaść na pomysł żeby to podłączyć do sieci neuronowej i pewnie okaże się że działa, tak jak wszystko inne co podłączano.

do takich rzeczy wystarczają techniki bardzo odległe od "prawdziwej" inteligencji (jeżeli rozumiemy przez to intelekt porównywalny z ludzkim)

a z innej beczki.

jakim cudem to może być "lucky imaging", przecież dla seeingu 10 sekund to już niemal wieczność?

Ad 1 - pełna zgoda. Ja nazywam AI wszystko, co ma w sobie analizę kognitywną. Zastosowanie ML/DL w astro ma duży potencjał, ale za stary już jestem, żeby się tego uczyć i robić samemu

Ad 2 - tu też się zgadza, że lucky imaging powinien być krótszy, ale jak widać, nawet przy 10 s. można dramatycznie poprawić efekty (vs 100, czy 300). Seeing to przecież nie jest jednorodny "szum", nakładają się na niego różne częstotliwości. Jedne fluktuacje są szybkie (dziesiąt razy na sekundę), inne wolniejsze.

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

A fizyczne ograniczenia matrycy? Duży zapas mają jeszcze matryce, przy zwiększaniu S/N? Bo inne fizyczne problemy można rozwiązać, np. zwiększać w.n.p.m. zbierania fotonów. Fajny byłby wykres pokazujący jak wraz z zwiekszaniem się w.n.p.m i polepszającym się seeingu, wzrasta potencjalna długość ekspozycji klatki oraz procent udanych klatek.

No tu musisz użyć sporego "oversamplingu" - tzn. zestaw detektor <> optyka musi dawać bardzo gęstą rozdzielczość kątową (tak jak do planet). Tu zasada 2 piksele na jednostkę seeingu już nie zadziała. Ograniczeniem będzie oczywiście zdolność rozdzielcza teleskopu, dlatego wielkie lustra będą "w cenie".

Adam_Jesion · 17 Listopada 2016

Ad 1 - pełna zgoda. Ja nazywam AI wszystko, co ma w sobie analizę kognitywną. Zastosowanie ML/DL w astro ma duży potencjał, ale za stary już jestem, żeby się tego uczyć i robić samemu

Ad 2 - tu też się zgadza, że lucky imaging powinien być krótszy, ale jak widać, nawet przy 10 s. można dramatycznie poprawić efekty (vs 100, czy 300). Seeing to przecież nie jest jednorodny "szum", nakładają się na niego różne częstotliwości. Jedne fluktuacje są szybkie (dziesiąt razy na sekundę), inne wolniejsze.

Podeprę przykładem z natury. U mnie, w dobrych warunkach mogłem przy 5 sekundach uzyskać gwiazdkę 0,9" (tak zawsze kontroluję, czy mam dobrze ostrość ustawioną - na 5s właśnie). Przy tych samych warunkach, wydłużenie ekspozycji do 30 sekund robiło już 1,7", a pełna ekspozycja typu 300 sekund zbliżała się do 2" (mierzone gwiazdy to zbliżony poziom saturacji).

WielkiAtraktor · 17 Listopada 2016

Adam, w jaki sposób można wykonać selekcję klatek nadających się do "lucky imaging"? Na jakiej podstawie określany jest % klatek w DSS, AS!2 czy Registaxie?

W Stackistry jakość obrazu (lub fragmentu) A to suma różnic bezwględnych między pikselami A oraz rozmytej wersji A:

q = Σ |A − A_rozm|

czyli, innymi słowy, całkowita jasność „komponentu wysokich częstotliwości”. Jeśli A już „na dzień dobry” jest rozmyty, to te różnice są małe, zatem jakość wyjdzie niska. Jeśli A ma dużo ostrych szczegółów, ciągle pozostaną one po odjęciu wersji rozmytej i suma wyjdzie wyższa.

To podejście skutecznie sortuje klatki względem rozmycia, więc przypuszczam, że AS!2/Registax używają podobnego. Acz pamiętajmy, że to wszystko dla obiektów rozciągłych. Być może jakość obrazu gwiazdy można oszacować inaczej (dokładniej i/lub szybciej).

Darek_B · 17 Listopada 2016

Póki co, zanim powstanie prawdziwa AI, najlepszy do takiej analizy jest ludzki mózg

Masz rację ,opiszę moją metodę :

Jak sobie przypominam kiedyś zrobiłem kilkadziesiąt klatek Księżyca w rawach i jpgach, szukając najwyraźniejszego ujęcia, najlepszej ostrości po prostu wybrałem kilka największych jpgów i te rzeczywiście miały najwięcej informacji tj. były najostrzejsze, więc i seeing w tych krótkich ujęciach (1:100-1:200 sekundy) był najlepszy.

Do obróbki miałem wiec tylko 3-4 rawy.

MateuszW · 18 Listopada 2016

W Stackistry jakość obrazu (lub fragmentu) A to suma różnic bezwględnych między pikselami A oraz rozmytej wersji A:

q = Σ |A − A_rozm|

czyli, innymi słowy, całkowita jasność „komponentu wysokich częstotliwości”. Jeśli A już „na dzień dobry” jest rozmyty, to te różnice są małe, zatem jakość wyjdzie niska. Jeśli A ma dużo ostrych szczegółów, ciągle pozostaną one po odjęciu wersji rozmytej i suma wyjdzie wyższa.

To podejście skutecznie sortuje klatki względem rozmycia, więc przypuszczam, że AS!2/Registax używają podobnego. Acz pamiętajmy, że to wszystko dla obiektów rozciągłych. Być może jakość obrazu gwiazdy można oszacować inaczej (dokładniej i/lub szybciej).

Fajna metoda! Registax ma chyba kilka algorytmów do wyboru, przy czym nie wiem, na czym polegają. Ale one się odnoszą jakoś do porównywania z klatką referencyjną, a u Ciebie jest to pomiar "bezwzględny". Twoja metoda wydaje się mało czuła na wpływ zmian jasności obrazu (cienkie chmury) - to dobrze. Autostakkert zbyt faworyzuje ten czynnik i ciemniejsze klatki (a wciąż ostre) uznaje za najgorsze.

Jak sobie przypominam kiedyś zrobiłem kilkadziesiąt klatek Księżyca w rawach i jpgach, szukając najwyraźniejszego ujęcia, najlepszej ostrości po prostu wybrałem kilka największych jpgów i te rzeczywiście miały najwięcej informacji tj. były najostrzejsze, więc i seeing w tych krótkich ujęciach (1:100-1:200 sekundy) był najlepszy.

Do obróbki miałem wiec tylko 3-4 rawy.

To jest ciekawa metoda W tym wypadku za ocenę zdjęć odpowiada algorytm kompresji jpeg. Trzeba by przeanalizować jego działanie lub zrobić trochę porównań z metodami "klasycznymi". Ja wiem tyle, że tam na jakieś sinusy fourierem rozkłada Jeśli to by było miarodajne, to mielibyśmy ciekawą metodę - program kompresuje (tymczasowo) klatkę do jpg i szereguje je po rozmiarze. Kompresja jpg jest raczej szybka.

Krzychoo226 · 18 Listopada 2016

EMCCD to raczej przestarzały sprzęt. Obecnie CMOSy górują nad nimi w techniką "lucky imaging" i wielokrotnie już pokazały swoją klasę w tej części astrofotografii.

Bardzo chciałbym zobaczyć cmosa który robi coś takiego: http://astropolis.pl/topic/49591-nowe-kierunki-w-astrofotografii/

To dobra technologia, ma przed sobą ogromna przyszłość, ale nie przeginajmy.

HAMAL · 18 Listopada 2016

Bardzo chciałbym zobaczyć cmosa który robi coś takiego: http://astropolis.pl/topic/49591-nowe-kierunki-w-astrofotografii/

To dobra technologia, ma przed sobą ogromna przyszłość, ale nie przeginajmy.

Problem w tym, że Autor dawno nie zaglądał na forum bo w 12 poście tego tematu było (wywaliłem z ftp bo słabe) moje zdjęcie z CCD Atik Titan 2x lepsze

Ale skoro tak "bardzo chcesz zobaczyć" to mogę po robocie je dla Ciebie przywrócić

A skoro stary Atik Titan CCD go rozjechał, to pomyśl co zrobi z nim ASI CMOS która kładzie CCD

Edytowane 18 Listopada 2016 przez HAMAL

qbanos · 18 Listopada 2016

Problem w tym, że Autor dawno nie zaglądał na forum bo w 12 poście tego tematu było (wywaliłem z ftp bo słabe) moje zdjęcie z CCD Atik Titan 2x lepsze

Cóż za skromność. Wszystko co robisz jest najlepsze, największe. Zupełnie jak w "Kochaj albo rzuć"