SNR vs LP: tabelka

Behlur_Olderys · 17 Maja 2018

Cześć,

Po wszystkich dzisiejszych dyskusjach postanowiłem przelać na papier moje wyliczenia (z pewnością nie jako pierwszy to policzyłem) dla poparcia różnych rozważań nt. astrofotografii z uwzględnieniem LP.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1lQoaUxHCCPBpbL61FK_ohl10kVaEBX-p85PkJ_FvaoA/edit?usp=drivesdk

Jest to tabelka wyliczonych wartości teoretycznego SNR biorąc pod uwagę jedynie szum fotonowy pochodzący od sygnału astronomicznego (fotografowanego obiektu) oraz od LP (Light Pollution - zanieczyszczenie światłem).

UWAGA:

Nie ma tutaj wpływu szumu termicznego ani szumu odczytu!

Na kolumnach mamy zarejestrowane ADU obiektu, a na wierszach - stosunek LP do sygnału (L/S).

Dodatkowo zawarłem dwa wykresy:

1. zależność SNR od ADU obiektu dla kilku wartości L/S - czyli jak palenie dłuższych klatek (bądź ich stackowanie) polepsza SNR dla trzech przykładowych wartości stosunku LP do jasności fotografowanego obiektu.

2. Zależność SNR od stosunku L/S, czyli jak zwiększenie zaświetlenia nieba pogarsza nam SNR dla kilku przykładowych poziomów sygnału.

Dodatkowo kolorami oznaczone są sytuacje (orientacyjnie) kiedy LP jest na tyle duże, że nie można przy założonej jasności rejestrowanego obiektu i danej głębi bitowej obrazu zrobić pojedynczej klatki bez prześwietlenia, co nakłada limit na fizyczną długość pojedynczej klatki (ale nie na ich ilość).

Przykład użycia tej tabeli:

Jestem w mieście gdzie Canonem (14bit) robię klatki po 60s ( dłuższe już by się prześwietliły) Obiektu zarejestrowałem 1000ADU (po ściągnięciu LP w pixinsight DBE) a reszta 10000 to LP, więc L/S = 10. Mam SNR jednego zdjęcia = ok. 10. Powiedzmy, że satysfakcjonujący dla mnie SNR to 100, więc muszę przy takich założeniach wypalić 100 takich klatek.

100 minut to całkiem sensowny czas na jeden obiekt.

Teraz chcę pojechać pod ciemniejsze niebo, powiedzmy w miejsce, gdzie niebo jest ok. 20x ciemniejsze. (W Gorcach jest 40x ciemniejsze a w Bieszczadach nawet 400x). L/S będzie teraz 20x mniejsze: 0.5. Teraz to obiekt limituje mi długość palenia klatki: mogę nawet uciągnąć 600s, ale bez przesady, montaż pociągnie mi tylko 300s, co da mi 5000 ADU samego obiektu i 2500ADU LP. SNR jednej klatki wynosi teraz... ponad 50! (57 dokładnie)

Wystarczą 4 takie fotki (20min łącznie) żeby przebić 100 klatek (100min) z miasta. To warto focić pod ciemnym niebem czy nie?

Edytowane 17 Maja 2018 przez Behlur_Olderys

18 Maja 2018

Odkrywcze niewątpliwie nie mogłem się powstrzymać Mateusz cenna tabelka poza wszystkim

Adam_Jesion · 18 Maja 2018

Wygląda na to, że matematyka potwierdza rzeczywistość Cud.

Dawno nie było tak pouczających tematów na forach. Jak za starych dobrych czasów.

Pav1007 · 18 Maja 2018

Czyli nadal działa starożytna prawda "żaden filtr nie da Ci tego, co ciemne niebo" :-) (nawet się zrymowało) :-)

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

Godzinę temu, Pav1007 napisał:

Czyli nadal działa starożytna prawda "żaden filtr nie da Ci tego, co ciemne niebo" :-) (nawet się zrymowało) :-)

Filtrów tutaj jeszcze nikt nie brał pod uwagę Wydaje mi się, że narrowband wymaga osobnej dyskusji

ZbyT · 18 Maja 2018

19 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Filtrów tutaj jeszcze nikt nie brał pod uwagę Wydaje mi się, że narrowband wymaga osobnej dyskusji

raczej nie

w narrowband obowiązują dokładnie te same prawa co w pełnym paśmie. Jedynie LP w poszczególnych pasmach może mieć różny poziom ale zasadniczo to nic nie zmienia

pozdrawiam

Krzychoo226 · 18 Maja 2018

Jedyne co się zmienia w narrowband to stosunek sygnału obiektu do sygnału LP, dlatego tak dobrze wodór wychodzi w mieście w stosunku do szerszych filtrów.

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

28 minut temu, ZbyT napisał:

raczej nie

w narrowband obowiązują dokładnie te same prawa co w pełnym paśmie. Jedynie LP w poszczególnych pasmach może mieć różny poziom ale zasadniczo to nic nie zmienia

pozdrawiam

O to mi chodzi. Nie dysponuję danymi nt. analizy spektralnej Light Pollution (może ktoś, coś podrzuci?) O ile zasady matematyczne są te same, to trudno mówić o tym, na ile wyjazd z miasta poprawia SNR np. dla OIII a ile dla Ha, a przecież to jest naprawdę istotne.

Edytowane 18 Maja 2018 przez Behlur_Olderys

Adam_Jesion · 18 Maja 2018

9 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Nie dysponuję danymi nt. analizy spektralnej Light Pollution

https://www.nature.com/articles/srep42329

Adam_Jesion · 18 Maja 2018

Wniosek na szybko - filtry anty-LP mogą tu bardzo pomóc i będą oznaczać mniej potencjalnych klatek (większy SNR). Dla narrowband są zbędne, dla broadbandów konieczne.

Adam_Jesion · 18 Maja 2018

To chyba będzie lepsze: http://www.flagstaffdarkskies.org/for-wonks/lamp-spectrum-light-pollution/

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

Tutaj http://www.eso.org/~fpatat/science/skybright/zenit/zenit_paper.htm

ciekawy wykres: ciemne niebo (niebieska linia) vs miejsce z dużym LP (czerwone) w analizie spektralnej. W niektórych pasmach LP w ogóle nie bierze udziału!

Edytowane 18 Maja 2018 przez Behlur_Olderys

Marek_N · 18 Maja 2018

11 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Cześć,

Obiektu zarejestrowałem 1000ADU (po ściągnięciu LP w pixinsight DBE) a reszta 10000 to LP, więc L/S = 10. Mam SNR jednego zdjęcia = ok. 10.

Skoro łaczny sygnał LP + S to 11'000 a sam sygnal z obiektu to 1'000 to SNR będzie 1,1

24 minuty temu, Adam_Jesion napisał:

https://www.nature.com/articles/srep42329

Pisząc na temat Redhancera wgłebilem się troche w tematyke charakterystyki świecenia lamp ulicznych. Wykresy z tego artykułu (z dokładniej z NOAA) nie mają wiele wspolnego z rzeczywistością. Pomiar prostym spektrometrem fotograficznym daje takie wyniki:

redhancer_lampy.jpg.aaa1aa40d4c4c54fcb02ff78fa784bf2.jpg

1. Jak widać większość lamp wyladowczych najmocniejszy pik ma dla "dubletu" sodowego lub jego bliskich okolic.

2. Lampy wyładowcze o wyższym wspólczynniku CRI (rtęciówki, metahalogenki) mają kilka mocnych pików w całym spektrum.

3. Charakterystyka lamp wyładowczych zmienia sią wraz z cieśnieniem wewnątrz bańki.

Powołanie się na "jakieś tam" pomiary zupełnie innych lamp i wyciągniecie z tego wniosku, że swiatło pochodzi z niskoprężnych sodówek nie jest zbyt wiele warte. Szczególnie że wspominają że jest bardzo mocny wpływ niebieskiego światla (mierzony na 443nm).

No i pomiary robione tylko dla trzech częstotliwości: 589 nm dublet sodowy - to jest oczywiste. Ale 530 nm i 443 nm? Chyba kostką losowali te częstotliwości. Skoro to nie są piki żadnego rodzaju lamp to jasne że wyniki będą niższe od np. światla zielonego dla 546 nm i niebieskiego dla 436 nm.

Charakterystyka spektralna tła nieba na przedmieściach Hong-Kong'u wygląda tak:

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

1 minutę temu, Marek_N napisał:

Skoro łaczny sygnał LP + S to 11'000 a sam sygnal z obiektu to 1'000 to SNR będzie 1,1

SNR = S / sqrt (S + LP) = 1000 / sqrt (11000) = 9.53

Tak ja to liczę, Ty chyba inaczej

Marek_N · 18 Maja 2018

1 godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

ciekawy wykres: ciemne niebo (niebieska linia) vs miejsce z dużym LP (czerwone) w analizie spektralnej. W niektórych pasmach LP w ogóle nie bierze udziału!

W fizyce wynik jest ważny ale jeszcze ważniejsza jest jego interpretacja

Nie patrz na piki, patrz na powierzchnie pod wykresem. Wniosek z tego taki, że "z dala od cywilizacji" wpływ sztucznych źródel światła na (nie)naturalne świecenie nieba jest mały. Ale samo LP istnieje w calym zakresie i użycie wąskiego filtra (np. H-alfa 7nm) przy rejestracji ultra słabych obiektów wciąż ma duże znaczenie.

lp_1.jpg.c576d8820ab113ed62c718c6cb587391.jpg

Edytowane 18 Maja 2018 przez Marek_N

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

1 godzinę temu, Marek_N napisał:

W fizyce wynik jest ważny ale jeszcze ważniejsza jest jego interpretacja

Nie patrz na piki, patrz na powierzchnie pod wykresem. Wniosek z tego taki, że "z dala od cywilizacji" wpływ sztucznych źródel światła na (nie)naturalne świecenie nieba jest mały. Ale samo LP istnieje w calym zakresie i użycie wąskiego filtra (np. H-alfa 7nm) przy rejestracji ultra słabych obiektów wciąż ma duże znaczenie.

Tak, oczywiście, rozumiem to. Wniosek, o który mi chodziło to:

Skoro dla niektórych zakresów długości fal czerwony i niebieski wykres są na podobnym poziomie, to znaczy że zarówno w mieście jak i w ciemnej miejscówce dla tej konkretnej długości fali zanieczyszczenie światłem jest takie same.

To znaczy, że - przynajmniej dla niektórych zakresów długości fal - nie będzie dużej różnicy między zdjęciem robionym z wąskopasmowym filtrem w mieście a w Bieszczadach.

Chyba nie mówię tutaj żadnych kontrowersji - to jest powód, dla którego narrowband z miasta daje lepsze wyniki, niż zwykła, szerokopasmowa fotografia.

Pozdrawiam

Marek_N · 18 Maja 2018

50 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Skoro dla niektórych zakresów długości fal czerwony i niebieski wykres są na podobnym poziomie, to znaczy że zarówno w mieście jak i w ciemnej miejscówce dla tej konkretnej długości fali zanieczyszczenie światłem jest takie same.

Mhm, fajne wnioski biorąc pod uwage że oś rzędnych jest opisana jako Relative Intensity [w jakiejś bezwymiarowej jednostce]

No nic, widać taka uroda "piątkowych" dyskusji naukowych

Behlur_Olderys · 18 Maja 2018

Godzinę temu, Marek_N napisał:

Mhm, fajne wnioski biorąc pod uwage że oś rzędnych jest opisana jako Relative Intensity [w jakiejś bezwymiarowej jednostce]

No nic, widać taka uroda "piątkowych" dyskusji naukowych

Nie widzę dwóch osobnych osi dla wykresu czerwonego i niebieskiego, jeśli nawet są to jednostki umowne, to te same, więc nie wiem, o co chodzi.

Edited:

Chyba że skala jest taka, że mi się wydaje, że wykresy leżą blisko siebie, a tak naprawdę są oddzielone o dziesięć rzędów wielkości.... No na pewno tego nie wiem, ale zakładam, że jednak "relative" oznacza względem poziomu 1.

Edytowane 18 Maja 2018 przez Behlur_Olderys

HAMAL · 19 Maja 2018

W dniu 18.05.2018 o 00:50, Behlur_Olderys napisał:

Po wszystkich dzisiejszych dyskusjach postanowiłem

Podziwiam i szanuję Umysł Ścisły

Ja nic nie widzę matematycznie, nawet wzorów na szczęście mam dużą intuicję techniczną, nią się zawsze kieruję

Dobra robota !

Piotrek Guzik · 1 Lipca 2018

W dniu 18.05.2018 o 00:50, Behlur_Olderys napisał:

Teraz chcę pojechać pod ciemniejsze niebo, powiedzmy w miejsce, gdzie niebo jest ok. 20x ciemniejsze. (W Gorcach jest 40x ciemniejsze a w Bieszczadach nawet 400x).

Oj, coś tu jest nie tak... W Bieszczadach niebo nie jest aż tak ciemne w porównaniu do Gorców. Z tego co napisałeś, wynikałoby że w Bieszczadach niebo jest 10x ciemniejsze niż w Gorcach, a tymczasem niebo w Bieszczadach nie jest nawet 2-kortnie ciemniejsze niż w Gorcach...

W Bieszczadach jest 10x mniej LP niż w Gorcach, tyle że nawet w Gorcach LP to mniej niż połowa jasności nieba. Resztę stanowi naturalne świecenie nieba (airglow, czyli świecenie atmosfery, światło zodiakalne, czyli pył rozproszony w Układzie Słonecznym i światło odległych galaktyk) - które i w Gorcach i w Bieszczadach jest takie samo.

Behlur_Olderys · 1 Lipca 2018

9 minut temu, Piotrek Guzik napisał:

Oj, coś tu jest nie tak... W Bieszczadach niebo nie jest aż tak ciemne w porównaniu do Gorców. Z tego co napisałeś, wynikałoby że w Bieszczadach niebo jest 10x ciemniejsze niż w Gorcach, a tymczasem niebo w Bieszczadach nie jest nawet 2-kortnie ciemniejsze niż w Gorcach...

W Bieszczadach jest 10x mniej LP niż w Gorcach, tyle że nawet w Gorcach LP to mniej niż połowa jasności nieba. Resztę stanowi naturalne świecenie nieba (airglow, czyli świecenie atmosfery, światło zodiakalne, czyli pył rozproszony w Układzie Słonecznym i światło odległych galaktyk) - które i w Gorcach i w Bieszczadach jest takie samo.

Sugerowałem się mapką lightpollutionmap.info zalinkowaną na forum, z której wynika, że ratio w okolicach Turbacza to ok 0.5, a w okolicach Ustrzyk Górnych bliżej 0.05. oczywiście nie upieram się, te przykłady bardziej miały obrazować wpływ LP na SNR, a nie rzeczywisty rozkład zaświetlenia w Polsce

Piotrek Guzik · 1 Lipca 2018

8 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Sugerowałem się mapką lightpollutionmap.info zalinkowaną na forum, z której wynika, że ratio w okolicach Turbacza to ok 0.5, a w okolicach Ustrzyk Górnych bliżej 0.05. oczywiście nie upieram się, te przykłady bardziej miały obrazować wpływ LP na SNR, a nie rzeczywisty rozkład zaświetlenia w Polsce

Mapka lightpollutionmap.info jest jak najbardziej ok. Tyle, że "ratio" to współczynnik mówiący, jak jasne jest LP (zaświetlenie sztucznym światłem) w porównaniu do naturalnej jasności nieba. Innymi słowy, w Gorcach mamy jasność 1,5x większą niż naturalnie ciemne niebo, w Bieszczadach natomiast jest 1,05x jaśniej niż pod naturalnie ciemnym niebem.

To zresztą też jest pewne uproszczenie, bo po pierwsze, te jasności dotyczą zenitu, a po drugie naturalna jasność nieba zmienia się z nocy na noc (za sprawą zmiennego airglow), a amplituda tych zmian naturalnej jasności nieba jest całkiem duża. W najjaśniejsze (po względem airglow) noce w Bieszczadach jest wyraźnie jaśniej niż w najciemniejsze (pod względem airglow) noce w Gorcach.

Behlur_Olderys · 1 Lipca 2018

1 godzinę temu, Piotrek Guzik napisał:

Mapka lightpollutionmap.info jest jak najbardziej ok. Tyle, że "ratio" to współczynnik mówiący, jak jasne jest LP (zaświetlenie sztucznym światłem) w porównaniu do naturalnej jasności nieba. Innymi słowy, w Gorcach mamy jasność 1,5x większą niż naturalnie ciemne niebo, w Bieszczadach natomiast jest 1,05x jaśniej niż pod naturalnie ciemnym niebem.

To zresztą też jest pewne uproszczenie, bo po pierwsze, te jasności dotyczą zenitu, a po drugie naturalna jasność nieba zmienia się z nocy na noc (za sprawą zmiennego airglow), a amplituda tych zmian naturalnej jasności nieba jest całkiem duża. W najjaśniejsze (po względem airglow) noce w Bieszczadach jest wyraźnie jaśniej niż w najciemniejsze (pod względem airglow) noce w Gorcach.

No to dobrze rozumowałem. Jeśli jasność nieba (czyli "gołe niebo" + LP) jest 1.5x większa niż naturalna (czyli samo "gołe niebo") to znaczy LP = 0.5x naturalna jasność w Gorcach, 0.05x naturalna jasność w Bieszczadach. Czyli 10x mniejsze LP w Bieszczadach, QED

Darek_B · 1 Lipca 2018

Ale 1.5x nie jest dziesięć razy większe od 1.05x

Jak weźmiemy tylko fragment tej wartości czyli samo LP to tak ale w wartościach całkowitych już nie.

Piotrek Guzik · 1 Lipca 2018

7 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

No to dobrze rozumowałem. Jeśli jasność nieba (czyli "gołe niebo" + LP) jest 1.5x większa niż naturalna (czyli samo "gołe niebo") to znaczy LP = 0.5x naturalna jasność w Gorcach, 0.05x naturalna jasność w Bieszczadach. Czyli 10x mniejsze LP w Bieszczadach, QED

Ale z tego, co Ty pisałeś, wynikało że w Bieszczadach niebo jest 10x ciemniejsze niż w Gorcach, a tak nie jest. Bo przecież jak robisz zdjęcie, albo obserwujesz niebo, to w tle masz nie tylko LP, ale i naturalne świecenie nieba. W Bieszczadach niebo jest tylko około 1,5x ciemniejsze niż w Gorcach.