Dowód teoretyczny - kolory gwiazd

[Behlur_Olderys]

Hej,

Korzystając z doskonałej publikacji:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/aa656d/pdf
i kodu źródłowego jej praktycznej części: programu PyHammer

https://github.com/BU-hammerTeam/PyHammer

Napisałem szybki programik do generowania teoretycznego koloru gwiazd przy astrofotografii za pomocą kamery o określonym wykresie QE i filtrów o znanej charakterystyce.

Jeśli ktoś chciałby się pobawić to zapraszam - źródło dostępne tutaj: 

https://github.com/BehlurOlderys/colors (uwaga: 200MB, dużo zajmują widma gwiazd...)

Można generować teoretyczny kolor gwiazdy na zdjęciu (gauss2d na czarnym tle) oraz sprawdzić, jak widmo "wchodzi" w dane filtry.

Na razie zrobiłem działające minimum, także jest tylko jedna kamerka i jeden zestaw filtrów, no ale typy widmowe są niemal wszystkie (bo skopiowane z PyHammera).

 

W miarę czasu będę (chyba...) dodawał nowe filtry i kamerki. Format to plik .csv z dwoma kolumnami: lambda (długość fali) i zeta(procentowa sprawność filtru czy kamery). Po ściągnięciu kodu każdy kto potrafi obsługiwać excela może sam sobie dodać ulubiony filtr czy kamerkę

Ogólnie wszystko po linii najmniejszego oporu, jakieś 200 linii kodu...

 

Licencja MIT jakby co

 

 

Screeny z ekranu głównego:

 

A tu ostateczny efekt - dla typowych filtrów RGB jak będzie widać różne gwiazdy. Domyślam się, że kolory nie są może 100% zobowiązujące, ale fakt, że nie pokazuje się tu kolor zielony czy fiolet świadczy na moją korzyść

 

Patrząc z drugiej strony - zakładając poprawność programu i widm, to poniższy screen jest dowodem, że typowymi filtrami RGB nie sposób zrobić zdjęcia, na którym gwiazdy będą zielone
Za to innymi filtrami - owszem, paleta barw jest dużo ciekawsza!  Spróbuję wygenerować wkrótce nowy zestaw, z filtrami które mnie interesują pod bardziej czerwone gwiazdy - przypominam, że 88% wszystkich gwiazd to typy K i M...

 

 

Jeśli brakuje jakiegoś typu gwiazdy, to proszę zgłaszać do gości od publikacji, ja tylko rysuję

 

 

 

 

Każde uwagi mile widziane! Pozdrawiam! 

Edytowane 18 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[diver]

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

ale fakt, że nie pokazuje się tu kolor zielony czy fiolet świadczy na moją korzyść

Z pewnością!

 

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

przypominam, że 88% wszystkich gwiazd to typy K i M...

Zasadne przypomnienie. Jeżeli masz na myśli gwiazdy ciągu głównego, są to gwiazdy zazwyczaj słabe, więc trochę mało ich widać. Ale faktycznie w promieniu obserwacji powiedzmy 10 ps zauważymy ich pewnie procentowo tyle, ile napisałeś. Nie gołym okiem oczywiście.

 

Bartek, fantastyczny projekt! Chciałbym znaleźć trochę czasu, żeby pobawić się w te kolorowe odwzorowania. To nie jest sztuka dla sztuki, w końcu w wyniku naszych fotograficznych starań coś tam na matrycy dostajemy i zastanawiamy się (albo i nie ), czy kolory gwiazdek, które tam zastaliśmy jakoś przystają do rzeczywistości. A może bardziej do jakiegoś modelu kolorystycznego właśnie!?

 

Bartek, a dlaczego Twoje obrazki gwiazd wszystkie bez wyjątku są w środku białe?

 

[Behlur_Olderys]

32 minuty temu, diver napisał:

 

Bartek, a dlaczego Twoje obrazki gwiazd wszystkie bez wyjątku są w środku białe?

 

Bo taki wykonałem model gwiazdy: prześwietlona pośrodku gwiazda zawsze będzie biała  zgadza się to z moim doświadczeniem. 

 

Trudno inaczej sensownie wykonać taki obrazek. Przyjąłem schemat: malujemy Gaussa 2d z mapą kolorów: od czarnego (tło) do białego (prześwietlony środek) z przejściem przez właściwy kolor gwiazdy w środku. 

 

Taki obraz teoretycznie (choć w dużym pomniejszeniu) powinien pokazać się na zdjęciu, bo rozmazana seeingiem gwiazda ma profil właśnie gaussowski.

[Mareg]

Super pomysł, brawo !

 

9 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

(...) Przyjąłem schemat: malujemy Gaussa 2d z mapą kolorów: od czarnego (tło) do białego (prześwietlony środek) z przejściem przez właściwy kolor gwiazdy w środku. (...) 

Te białe środki od prześwietlenia to rzeczywiście dobrze oddają to co najczęściej wychodzi na zdjęciach na najjaśniejszych gwiazdach.
Natomiast ciemniejsze gwiazdy często nie są już tak prześwietlone i środki wtedy już nie są białe, przynajmniej nie aż tak.
Dla fanów mniej białych środków może mógłbyś rozważyć jakiś parametr, który regulowałby "białość środka" ?

To co przychodzi mi do głowy to np. może "mapa kolorów" mogłaby zatrzymywać się wcześniej, zależnie od parametru (powiedzmy "prześwietlenie") z zakresu 0 .. 1 ?
Dla ekstremalnych wartości byłoby 1 - tak jak teraz, 0 - mapa kolorów zatrzymuje się na właściwym kolorze gwiazdy.

 

[dobrychemik]

Kiedyś wziąłem się za coś podobnego: generator koloru. W moim przypadku celem było opracowanie programu generującego na monitorze kolor związku chemicznego i kolor jego fluorescencji na podstawie wymodelowanego widma UV/Vis. Oczywiście taki program musi być kalibrowany na danego użytkownika i dany monitor. Niestety w obliczu różnorodnych trudności odpuściłem

 

[szuu]

no ciekawy eksperyment!

czy tam jest założenie, że suma zarejestrowanych fotonów w elementach matrycy (z uwględnieniem filtrów i tak dalej) przekłada się wprost na jasność pikseli RGB na ekranie?

w kwestii "białości" środka, prawidłowym podejściem byłoby raczej uwzględnienie że kanały RGB się nasycają a nie po prostu rysowanie gradientu od białego do kolorowego.

[Tayson]

Fajne, ale czy tylko ja nie wiem jak to uruchomić na windzie?

Tu są zmierzone filtry baadera

 

 

[Behlur_Olderys]

2 godziny temu, Tayson napisał:

Fajne, ale czy tylko ja nie wiem jak to uruchomić na windzie?

 

Instrukcja obsługi obejmująca instalację pythona i pakietów w rodzaju matplotlib - jeszcze przede mną. To pewnie więcej pisania niż cały program, jak zwykle z dokumentacją...

 

Ogólnie instaluje się pythona i dodatkowe pakiety tak długo, aż plik colors.py da się odpalić jednym kliknięciem  Ale pewnie diabeł tkwi w szczegółach...

 

Cytat

Tu są zmierzone filtry baadera

 

Czy są pliki z wartościami czy tylko wykresy? Najwięcej roboty to zamiana wykresu na wartości, w drugą stronę jest bardzo prosto

 

BTW: pisałem to na Windowsie, pod PyCharmem + git bash

 

 

3 godziny temu, szuu napisał:

w kwestii "białości" środka, prawidłowym podejściem byłoby raczej uwzględnienie że kanały RGB się nasycają a nie po prostu rysowanie gradientu od białego do kolorowego.

 

No tak. Bug reported. Trafia do backlogu

https://www.monkeyuser.com/2017/bottom-of-the-backlog/

[ryszardo]

Oooo, fajne. Czy to znaczy, że będę sobie mógł podstawić moje czarno-białe fotografie gromad gwiazd i program mi to pomaluje prawidłowo? Dla mnie to chyba jedyna droga do kolorowych zdjęć, no i co za oszczędność czasu!    .

[Behlur_Olderys]

46 minut temu, ryszardo napisał:

Oooo, fajne. Czy to znaczy, że będę sobie mógł podstawić moje czarno-białe fotografie gromad gwiazd i program mi to pomaluje prawidłowo? Dla mnie to chyba jedyna droga do kolorowych zdjęć, no i co za oszczędność czasu!    .

No tak. Robisz zdjęcie, tagujesz gwiazdy typami i magiczna różdżka fotoszopa maluje Ci gwiazdki:)

 

Ale ja wolałbym w drugą stronę:

 

Mam dobrze skalibrowane, kolorowe zdjęcie, znam charakterystyki filtrów, kamery, czasy naświetlania. Wrzucam to do magicznego programu, który zgaduje typ widmowy gwiazdy na podstawie jej koloru! To by było spoko, prawda? Ale jeszcze przede mną długa droga. Light pollution też z pewnością pokoloruje wszystko na żółto... Zobaczymy

[ryszardo]

2 godziny temu, Behlur_Olderys napisał:

 

Ale ja wolałbym w drugą stronę:

 

Mam dobrze skalibrowane, kolorowe zdjęcie, znam charakterystyki filtrów, kamery, czasy naświetlania. Wrzucam to do magicznego programu, który zgaduje typ widmowy gwiazdy na podstawie jej koloru! To by było spoko, prawda? Ale jeszcze przede mną długa droga. Light pollution też z pewnością pokoloruje wszystko na żółto... Zobaczymy

Cały problem jest , zdaje się, w tym pojęciu "dobrze skalibrowane zdjęcie". Dlatego typy widmowe określa się z trzech kanałów monochromatycznych, każdy w odpowiednim paśmie fotometrycznym, W ten sposób omijamy problem " dobrze skalibrowanego zdjęcia" kolorowego. Ale...idea jest bardzo dobra, tylko poszedłbym w takim kierunku: mamy zdjęcie barwne ( z kamery OSC, albo syntezę zwykłych filtrów RGB). Program wyszukuje gwiazdy o dobrze rozpoznanym widmie, na tej podstawie "kalibruje" zdjęcie i określa typy widmowe pozostałych gwiazd.

 

[lulu]

Polecam pod rozwagę ten wątek:

W trakcie dyskusji część kolegów broniła tezy, że kolory kolejnych typów widmowych nie układają się wcale tak jak podpowiadałaby intuicja, ale że z powodu rozmaitych proporcji poszczególnych długości fal, gwiazdy najchłodniejsze wcale nie są najbardziej czerwone - przeciwnie, są żółte. Podsumowanie logiki zaprezentowanej w tabelce będącej przedmiotem tamtej dyskusji jest takie:

 

[Behlur_Olderys]

28 minut temu, lulu napisał:

 

W trakcie dyskusji część kolegów broniła tezy, że kolory kolejnych typów widmowych nie układają się wcale tak jak podpowiadałaby intuicja, ale że z powodu rozmaitych proporcji poszczególnych długości fal, gwiazdy najchłodniejsze wcale nie są najbardziej czerwone - przeciwnie, są żółte. Podsumowanie logiki zaprezentowanej w tabelce będącej przedmiotem tamtej dyskusji jest takie:

To jakieś teoretyczne rozważania - ja mam praktyczny rezultat. (hahaha - cóż za ironia losu...)  Nie wnikam w detale ludzkiej percepcji - charakterystyki kamer i filtrów oraz spektra gwiazd są wyznaczone ściśle, i podobnie - pragnę - ścisły rezultat prezentować (poza uwagą szuu ws. przejść tonalnych). Gdzie dany kolor leży w reprezentacji jakiegoś koła kolorów - mówiąc delikatnie, mało mnie interesuje

 

Tak naprawdę to najważniejsze jest porównanie zgrubsze diametralnie różnych filtrów. Wkrótce postaram się zamieścić ilustrację obrazującą o co mi chodzi  na razie mam dużo pracy w "prawdziwej" pracy

[lulu]

17 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

To jakieś teoretyczne rozważania.

W tamtej dyskusji chodziło o to, że to co jest emitowane z powierzchni gwiazdy nie jest na rozkładzie widmowym prostym słupkiem, którego położenie zależy po prostu od temperatury. Zwracano tam uwagę, że tak na prawdę jest to krzywa której maksimum przesuwa się wprawdzie od fioletów ku czerwieniom - jednak sumując to wszystko co się pod tą krzywą znajduje, czyli dodając również mniejsze emisje w pozostałych długościach fal, nie uzyskamy już takiego czytelnego przejścia fliolety-błękity-żółcie-oranże-czerwienie. Zwracano uwagę, że gwiazdy żółte praktycznie nie występują, a wniosek był taki, że kolejne typy widmowe wędrują przez pewien czas poprzez niewiele różniące się odcienie błękitu by przy typie G przeskoczyć od razu do oranży, które w dodatku przechodzą w coraz bardziej żółte odcienie wraz ze spadkiem temperatury. Za fenomen ten miałby odpowiadać właśnie skład promieniowania które do nas dociera - niezależnie od tego, w którym rejonie skali barwnej wypada maksimum krzywej takiej emisji.

 

Jak widzisz jest to jak najbardziej praktyczna i według jej zwolenników obserwacyjnie potwierdzona teza. Nie opowiadam się za jej prawdziwością. Zwracałem wówczas uwagę na paradoks "rozżółcania się" koloru późnych typów widmowych - ale jakoś nikogo to nie uderzyło wówczas. Moje odkrycie podsumowane zamieszczonym wyżej obrazkiem, pokazującym jakie kolory stoją w rzeczywistości za prezentowanymi w dyskutowanej wówczas tabelce odcieniami, nie doczekało się Nobla.

[Behlur_Olderys]

20 minut temu, lulu napisał:

Zwracano uwagę, że gwiazdy żółte praktycznie nie występują

Pamiętaj, że mówisz cały czas o subiektywnym odczuciu pojawiającym się, gdy na coś patrzysz, ułomnym ludzkim wzrokiem.

Po akcie samej rejestracji fotonów, co można jeszcze zamodelować krzywą odpowiedzi spektralnej ludzkiego oka, dokonują się różne dziwne rzeczy.

Przy fotografiach mamy do czynienia ze stackowaniem, wyciąganiem levelów, krzywych, różnymi zabiegami nieliniowymi. A kto wie, co mózg robi z danymi z oka???

Nie interesuje mnie to.

 

Moje narzędzie daje wynik absolutny. Nie trzeba go interpretować. Jest jak równanie fizyki kwantowej: odpowiednio je przekształcając dostaniemy odpowiedź na pytanie np. jaka jest szerokość pasma wzbronionego w jakimś nadprzewodniku. A interpretacja, że są jakieś funkcje falowe, koty Schroedingera, multiversa? Znaczą dla mnie tyle samo, co zgoda czy też jej brak co do istnienia żółtych jak banan gwiazd.

 

Innymi słowy, wydaje mi się, że w tamtym temacie dyskusja poszła mocno w jakąś estetykę. U mnie są twarde liczby, mój model można zweryfikować, można do czegoś użyć. To czy Betelgeza jest żółta czy czerwona nie zmienia faktu, że jej widmo różni się zarówno od Rigela jak i od Słońca. Z tego można też wywnioskować jej dużą masę, typ widmowy i etap ewolucji. Z koloru "żółty jak emotikona" to nic się nie dowiesz.

 

Zauważ, że jeśli dzięki mojemu ultra-prostemu programikowi będę w stanie z dużą dokładnością wyznaczyć nieznany typ widmowy jakiejś gwiazdy (choćby tylko sam typ bez numerku) to bez znaczenia, czy ta gwiazda będzie zielona czy fioletowa. Typ spektralny to realna informacja, nie to co kolor ledwo co rozdeptanej mirabelki na dwie godziny przed zachodem słońca (choć jest to piękny kolor, oczywiście....)

Edytowane 19 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[Behlur_Olderys]

10 godzin temu, szuu napisał:

no ciekawy eksperyment!

czy tam jest założenie, że suma zarejestrowanych fotonów w elementach matrycy (z uwględnieniem filtrów i tak dalej) przekłada się wprost na jasność pikseli RGB na ekranie?

w kwestii "białości" środka, prawidłowym podejściem byłoby raczej uwzględnienie że kanały RGB się nasycają a nie po prostu rysowanie gradientu od białego do kolorowego.

Wynik delikatnie się różni (obrazki dla Słońca - G5):

[poniżej z lewej: stare, z prawej: nowe]

 

 

Tutaj widzimy na realnym widoku gwiazdy: no, jest już różnica, ale subtelna, takie większe halo może...

[poniżej z lewej: stare, z prawej: nowe ]

 

A tutaj dodatkowo efekt saturacji:

 

PS

Generowanie całej mapy typów spektralnych jeszcze zajmuje dosyć sporo czasu, muszę to zautomatyzować bardziej, to wtedy zobaczymy coś ciekawszego

Edytowane 19 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[HAMAL]

5 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Moje narzędzie daje wynik absolutny

A kto zagwarantuje, że narzędzie nie jest ułomne?  

[Behlur_Olderys]

25 minut temu, HAMAL napisał:

A kto zagwarantuje, że narzędzie nie jest ułomne?  

Widzę że mylisz "absolutny" z "nieułomny". Liczby są absolutne, nawet jeśli są liczone wg ułomnych wzorów.

Edytowane 20 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[HAMAL]

Wadliwe wartości też mogą być absolutne 

 

[Behlur_Olderys]

34 minuty temu, HAMAL napisał:

Wadliwe wartości też mogą być absolutne 

 

Nie ma wadliwych wartości. Liczby to liczby. 

Model, który je liczy może być taki czy inny, to nie zmienia faktu, że wynikiem działań matematycznych są wartości absolutne, niepodlegające opiniom ani uznaniu, autorytetom ani estetyce. Nie można dyskutować, czy liczba 2 to przypadkiem nie 3.

 

Oczywiste jest, że mój model nie jest idealny:

• Charakterystyki filtrów czy kamer są obarczone błędem (wpisywałem je ręcznie tak "na oko" do excela). 
• Całkowicie pomijam przepuszczalność optyczną soczewek i luster, które na pewno znajdują się na drodze do sensora
• Ekstynkcja atmosferyczna? Dokładność obliczeń? 
• Wiele innych rzeczy, o których nie pomyślałem lub celowo z nich zrezygnowałem.

Absolut leży gdzieś indziej. Mój program to funkcja o kilku argumentach dyskretnych, która zwraca trzy liczby zmiennoprzecinkowe. Sposób działania jest 100% deterministyczny. Zwracane wartości RGB są absolutne. Można je wyświetlić na milion różnych sposobów, w zależności od monitora czy innego tam schematu kolorów, balansu bieli itp. Ale to bez znaczenia, bo to samo można zrobić ze zdjęciem astrofoto. Sama estetyka tego koloru, jego odbiór ma marginalne znaczenie. Ważne są wartości bezwzględne. Zbiór wartości RGB generowanych przez mój program może być porównywany z innymi na wykresie. Nie ma miejsca na typowo astrofotograficzne przekomarzanie się w stylu "trochę mniej, trochę więcej". Albo "minimalnie lepiej". Albo "kolosalna różnica". Tutaj możesz sobie wszystko policzyć i podać wynik, narysować wykres. Domyślam się, że to trochę boli estetyków, ale ja wolę taką dyskusję. Dyskusję o konkretach, nawet jeśli są obarczone błędem, niż dyskusję uznaniową w której każdy myśli, że ma rację, bo tak mu się wydaje np. że kolor jest za mało kremowy, mgławica jest zbyt płaska, a gwiazdki są nie takie, jak lubię.

Edytowane 20 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[HAMAL]

Rozumiem też, że jesteś absolutnie absolutnie pewny charakterystyk matryc podanych przez producentów i charakterystyk filtrów przez nich podanych? 

[Behlur_Olderys]

50 minut temu, HAMAL napisał:

Rozumiem też, że jesteś absolutnie absolutnie pewny charakterystyk matryc podanych przez producentów i charakterystyk filtrów przez nich podanych? 

 

Nie jestem pewien, czy cokolwiek rozumiesz, bo gdyby tak było, to byś się nie pytał o to po przeczytaniu poprzedniego posta. 

 

Edytowane 20 Maja 2020 przez Behlur_Olderys

[HAMAL]

Nie jesteś pewny wsadowych -rozumiem

ale jesteś pewny wyników - nie rozumiem

 

[Behlur_Olderys]

1 minutę temu, HAMAL napisał:

Nie jesteś pewny wsadowych -rozumiem

ale jesteś pewny wyników - nie rozumiem

 

Tak, bo wynik to rezultat dodawania i mnożenia. Jestem pewien, że mnożenie i dodawanie działa 

[HAMAL]

 

________________________________________________________gruba kreska  ____________________________________________________________________________

 

 

Przy okazji potwierdziłeś moją tezę z przywołanego wątku, gwiazd żółtych-żółtych też nie ma