Uwzględnianie fluktuacji atmosfery bez optyki aktywnej.

[atnerun]

Witam,
Podczas moich obserwacji planet czasem najpierw obserwuję obraz silnie rozogniskowany (podobnie jak podczas testu kolimacji na gwiazdę), sprawdzam jak spokojna jest atmosfera.
Zacząłem się zastanawiać czy ta informacja o stanie atmosfery nie mogła by być wykorzystana podczas komputerowej obróbki zdjęć?
Zarys pomysłu jest taki żeby rozdzielić obraz i robić ostre zdjęcie planety i jednocześnie ten rozogniskowany z widocznymi fluktuacjami atmosfery. A następnie programowo "wygładzać" obraz planety wykorzystując informację o tym jak zaburzona jest atmosfera.
Podejrzewam że zapomniałem o czymś ważnym bo jakby to by było takie proste to byśmy już podobne metody wykorzystywali.

 

[lkosz]

To w ogóle robi się w dziedzinie cyfrowej? Mi to trochę wygląda na analogowe przetwarzanie sygnału, bo tu nie tyle chodzi o moc obliczeniową, ale o opóźnienia. FPGA i DSP mogą mieć je za duże, o laptopach nie wspominając...

[ZbyT]

58 minut temu, dobrychemik napisał:

Mamy tylu zdolnych ludzi zajmujących się modyfikacjami sprzętu i tabuny informatyków/programistów. Czy nie dałoby się stworzyć polskiego projektu i realizacji amatorskiej optyki adaptacyjnej? Mikromechanika tanieje, moc obliczeniowa laptopów rośnie, zdolni ludzie tracą czas na robienie rozmytych seeingiem fotek amelikana i M31... Ludzie, zróbcie coś poważniejszego, na czym przy okazji będziecie mogli zarobić.

 

jakieś 2 tygodnie temu rozmawiałem z gościem, który jako programista uczestniczył w tworzeniu AO do teleskopu dla jakiejś uczelni z Irlandii. Jako czujnika czoła fali używali zwykłej kamery. Oprócz problemów czysto programistycznych głównym problemem jest deformowalne lustro z dużą ilością siłowników oraz krótkie czasy ekspozycji aby nadążyć za zmianami seeingu. Trudność w znalezieniu odpowiednio jasnej gwiazdy powoduje, że trzeba laserami tworzyć sztuczną gwiazdę wysoko w atmosferze ... dla jednego teleskopu gdzieś na końcu świata to nie problem ale setki laserów stale świecących w niebo w Polsce może być uciążliwe dla ruchu lotniczego ... że o astrofotografach nie wspomnę 

 

pozdrawiam

[WielkiAtraktor]

Ostatnio zainteresowałem się tym bliżej (m.in. czytam książkę Principles of Adaptive Optics, polecam), to się wypowiem.

 

10 godzin temu, lkosz napisał:

bo tu nie tyle chodzi o moc obliczeniową, ale o opóźnienia. FPGA i DSP mogą mieć je za duże, o laptopach nie wspominając...

Wydaje mi się (ten zwrot należy zaaplikować do wszystkiego, co niżej ;)), że to nie jest aż taki problem. Owszem, jak detekcję czoła fali zrobimy sami, używając kamerki z macierzą lensletów (takie macierze już od kilkuset €), i z tego będziemy liczyli odpowiednie offsety dla siłowników na przeciętnym laptopie, to może i nie wyrobimy się z tym 500-1000 razy na sekundę. Ale niektóre korekcje uda się zrobić na czas (jeśli tzw. czas koherencji atmosfery był akurat chwilowo dłuższy), i powiedzmy dostaniemy 10%-20% idealnie skorygowanych klatek podczas avikowania — to już byłby wielki postęp (w sytuacjach, gdy seeing jest tak paskudny, że bez korekcji wszystko rozmyte).

 

Można znaleźć w Sieci kilka artykułów, gdzie zespoły eksperymentowały z „prostymi” zestawami (i np. podpinali do SCT 11") i coś tam działało, więc kto wie, może i doczekamy się rozwiązania komercyjnego.

 

Ale uwaga — takie SCAO (single-conjugate adaptive optics), z jednym czujnikiem czoła fali i jednym lustrem deformowalnym — daje skorygowane pole kilka sekund kątowych na krzyż. Nada się na małą Wenus, małego Marsa, Urana, Neptuna, ale DS-owcy o całej M31 z punktowymi gwiazdkami i ostrymi kłaczkami niech zapomną.

[MateuszW]

18 minut temu, WielkiAtraktor napisał:

Ale uwaga — takie SCAO (single-conjugate adaptive optics), z jednym czujnikiem czoła fali i jednym lustrem deformowalnym — daje skorygowane pole kilka sekund kątowych na krzyż. Nada się na małą Wenus, małego Marsa, Urana, Neptuna, ale DS-owcy o całej M31 z punktowymi gwiazdkami i ostrymi kłaczkami niech zapomną.

Właśnie, to też jest bardzo istotne - to jest metoda na korygowanie bardzo małych pól widzenia. Na VLT od jakiegoś czasu zupgradeowali sprzęt i uzyskują oszałamiające pole 1 arcmin. Na ELT mają zamiar uzyskać 2 arcmin. To rozwiązanie do focenia planet, maleńkich DSów, oraz gwiazd (fotometria i inne nudne sprawy  ). W naszym przypadku, jeśli uzyskamy pojedyncze sekundy, to nawet na planety będzie słabo... No może księżyce Jowisza będzie można focić. 

 

No i te wymagania co do gwiazdy pomiarowej - uzyskanie jakiegokolwiek obrazu gwiazdy przy exp 1/100 - 1/1000 to będzie cud. A z laserem to jw (a laser też podnosi koszt, trzeba to potem odfiltrować, tracimy część widma).

Edytowane 12 Sierpnia 2021 przez MateuszW

[Behlur_Olderys]

10 godzin temu, ZbyT napisał:

Jako czujnika czoła fali używali zwykłej kamery.

Rozumiem że przed tą zwykłą kamerą stała macierz mikrosoczewek, bo bez tego to nie wiem, jak miałoby to działać. 

 

 

11 godzin temu, dobrychemik napisał:

Mamy tylu zdolnych ludzi zajmujących się modyfikacjami sprzętu i tabuny informatyków/programistów. Czy nie dałoby się stworzyć polskiego projektu i realizacji amatorskiej optyki adaptacyjnej? Mikromechanika tanieje, moc obliczeniowa laptopów rośnie, zdolni ludzie tracą czas na robienie rozmytych seeingiem fotek amelikana i M31... Ludzie, zróbcie coś poważniejszego, na czym przy okazji będziecie mogli zarobić.

 

Ludzie, zróbcie coś

Ostatnio widziałem projekt uczelniany, mieli poważne problemy z *jednym* aktuatorem piezoelektrycznym służącym jako chopper - nie wracał dokładnie do poprzedniej pozycji. Liczba takich problemów razy 100 a potem jeszcze do kwadratu, i mówimy o czasie, za który nam nikt nie zapłaci. A efekt? Bez metrowego lustra efekt będzie - moim zdaniem - niewarty niczego.

 

BTW:

Właśnie dużo taniej i lepsze efekty naukowe można uzyskać idąc w podczerwień czy to bliską czy termiczną, a jednak nikt tego nie robi?

Do bliskiej potrzeba tylko dużego RC-ka i kamery za 10k zł. Dla kogoś, kto ma skolimowany działający zestaw z RC-kiem to tylko kwestia wymiany kamery, a jednak nikomu się nie chce tego robić.

Dla dalekiej podczerwieni to kwestia dobrej kamery (od biedy można wypożyczyć FLIR Tau czy coś), jednego choppera i trochę lepszego montażu, nieco więcej zachodu i zabawy w mechatronika, ale i tak dwa rzędy wielkości łatwiej, niż AO. Tego też nikt nie robi nie tylko w Polsce.

AO to moim zdaniem piramida kosztów i czasu, a efekty - hm... I tak lepsze osiągnie się po prostu stawiając swój teleskop w Chile, a takie rzeczy ludzie przecież robią już od dawna.

 

 

 

11 godzin temu, MateuszW napisał:

Ile to już razy rozmyślałem nad tym  Niestety, gotowe deformowalne lustra oraz detektory czoła fali są wciąż tak samo strasznie drogie... Jeśli ktoś potrafi zbudować takie lustro z pojedynczych siłowników za powiedzmy 10k, to zapraszam na PW  Jedyne co wydaje się obecnie realne cenowo do stworzenia to rozwiązanie analogiczne do AO SBIGa - to urządzenie pozwala na szybkie korekty położenia całego kadru, więc jest to właściwie taki szybki guiding, który jednak nadąża za seeingiem - pozwala to na usunięcie głównego składnika seeingu oraz idealne guidowanie montażu - w efekcie ostrość zauważalnie rośnie. Niestety to tylko namiastka AO.

AO od SBIGa to to samo, co Lucky Imaging, w sensie: jest to korekcja tip&tilt. Lucky Imaging robi to softowo, bo ma krótkie klatki, a działające tip&tilt robi to online, przez co można jechać dłuższe klatki. A czemu nikt nie ma AO od SBIGa, czemu nikt się tym nie chwali? Przecież to tańsze niż chałupnicze AO...

 

Notabene: do wszystkiego, na czym działa Lucky Imaging dodawanie AO mija się z celem. 

Przypominam, że dla 500nm zakres poprawy seeingu dla AO to kilka sekund łuku.

A zatem mówimy o jakichś ciemnych, małych planetarkach albo galaktyczkach, może Neptun. Biorąc pod uwagę mnóstwo innych celów, to tak naprawdę sztuka dla sztuki.

 

 

 

 

Mój post brzmi bardzo krytycznie, chociaż uważam, że generalnie idea jest jak najbardziej pociągająca i realna.

Tylko to nie zadanie dla amatorów jak ja, którzy w wolnym czasie pomiędzy pracą a dziećmi dłubią sobie w EQ3-2 używając sprzętu za kilkadziesiąt złotych z Ali.

To jest zadanie dla grupy osób na pełny etat, kilka miesięcy, pracy mechanicznej, elektronicznej, programistycznej, realizacja optyki, kupno komponentów, opracowanie jakiegoś planu i teorii, zgranie w czasie, ułożenie pracy w sensowny sposób. Czas to pieniądz, więc chyba trzeba poczekać na polskiego Elona Muska

 

 

 

 

PS

Jeszcze żeby nie było aż tak krytycznie:

Najważniejsze mody dystorsji obrazu (Zernike modes) to po kolei:

- tip & tilt

- defocus

- astygmatyzm

- koma

 

SBIG robi tip&tilt, choć dosyć wolno (10Hz, przydałoby się 50Hz, ale już niech będzie)

Defocus można załatwić podobnie przy użyciu czegoś na kształt szybkiego autofocusa. Czyli trzeba byłoby mieć taki focuser, żeby można było ostrość zmieniać kilkadziesiąt razy na sekundę. To już jest dużo bardziej realne, niż pełnoprawny AO na deformowalnym lustrze.

Jeśli ktoś chciałby się zająć na poważnie AO to proponowałbym zacząć od tego i przede wszystkim zaprezentowanie realnego zysku w warunkach amatorskich przy stosowaniu takiej korekcji w porównaniu do braku tejże...

 

 

[ZbyT]

8 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Rozumiem że przed tą zwykłą kamerą stała macierz mikrosoczewek, bo bez tego to nie wiem, jak miałoby to działać.

 

niestety nie miałem możliwości porozmawiać o szczegółach. Po pierwsze byłem zaskoczony, że gdzieś w maleńkiej wiosce na zadupiu galaktyki spotkałem człowieka zajmującego się optyką adaptatywną, a po drugie prowadziłem właśnie pokaz nieba i musiałem ogarnąć 2 teleskopy i kilkanaście zainteresowanych obserwacjami osób

 

pozdrawiam

[MateuszW]

45 minut temu, WielkiAtraktor napisał:

macierzą lensletów (takie macierze już od kilkuset €)

Daj link do sklepu

[Herbert West]

Brawo dla ludzi, którzy "w szopach" eksperymentują z AO bądź podobnymi rozwiązaniami :-) SBIG coś w tym temacie ma ale wydaje mi się, że gra nie jest zbyt warta świeczki, porównując możliwe efekty do nakładu środków i czasu. Mówię oczywiście o amatorskiej astrofotografii. 

 

Edit: lepiej wydać fortunę na świetny mount, teleskop czy kamerę a czas przeznaczyć na obróbkę albo wyprawę w wysokie góry, jeżeli ktoś szuka konkretnych efektów.

Edytowane 12 Sierpnia 2021 przez Herbert West

[Behlur_Olderys]

27 minut temu, MateuszW napisał:

Daj link do sklepu

 

https://www.thorlabs.com/NewGroupPage9_PF.cfm?ObjectGroup_ID=2861

 

Taka macierz + kamera + beamsplitter to już przepis na działający czujnik czoła fali. 

Trzeba tylko mieć właśnie duże lustro, żeby było dość światła i żeby efekt był zauważalny, bo na 200mm lustrze to moim zdaniem byłoby widać leciutkie falowanie

 

 

 

PS

jeszcze (piezoelectric 3axis stage, max częstotliwość >100Hz) to z Thorlabs, kombinerki w rękę i voila, proste AO mamy gotowe:
https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=MAX311D#ad-image-0

 

[Behlur_Olderys]

Przepraszam za post pod postem, ale coś jest nowego na Thorlabs i muszę się podzielić:

 

https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=14638

 

Siatka 10x10mm dosyć sporych mikrosoczewek (1 x 1.4 mm). Jakieś 60-70 mikrosoczewek.

Na sensorze w rodzaju ASI120mm zmieści się kilkanaście, ale moim zdaniem to już wystarczy, żeby idea detektora czoła fali była zrealizowana.

Zmierzymy na pewno kilka podstawowych modów.

 

 

Oczywiście lepiej mieć większą matrycę.

Jedną z przeszkód mechanicznych jest krótka ogniskowa - 4.7mm. Trzeba by wybebeszyć kamerkę trochę.

Ale cena, cena, cena! Najtańsza opcja - bez coatingu, bez oprawy - to 30 EURO!!!

Właściwie kupiłbym teraz dla zabawy, gdybym miał więcej czasu

 

To gdzie jest haczyk?

 

Niestety, nawet ta biedna konfiguracja powoduje że dla sensownej detekcji frontu fali potrzebne jest źródło, które z docelową częstotliwością (przynajmniej te 10Hz jak w SBIG AO, choć osobiście uważam, że przyzwoite minimum to 30Hz) będzie dawało światło tak silne, że zarejestruje je nasza kamerka i to już po podziale na kilkanaście części (tyle, ile mamy mikrosoczewek).

 

Załóżmy więc 12 mikrosoczewek i 10Hz - totalne minimum. Zatem tak, jakby realnie pełną aperturą rejestrować na matrycy jedną gwiazdę z czasem naświetlania ok. 8ms. 

Teraz czy jest taka gwiazdka w polu widzenia?

 

Notabene, jeszcze mi przyszło do głowy: Laser do sztucznej gwiazdy nie jest takim głupim rozwiązaniem, jeśli byłby to laser np. w podczerwieni, poza 700nm raczej nikomu by nie przeszkadzał. Ale i laserowe gwiazdy mają swoje problemy... Puszka Pandory

[MateuszW]

4 minuty temu, Behlur_Olderys napisał:

jeśli byłby to laser np. w podczerwieni, poza 700nm raczej nikomu by nie przeszkadzał. Ale i laserowe gwiazdy mają swoje problemy...

A czy nie byłoby problemem to, że podczerwień inaczej (mniej) jest zaburzana przez atmosferę i pomiar nie będzie odpowiadał zaburzeniom interesującego nas widma?

[Behlur_Olderys]

5 minut temu, MateuszW napisał:

A czy nie byłoby problemem to, że podczerwień inaczej (mniej) jest zaburzana przez atmosferę i pomiar nie będzie odpowiadał zaburzeniom interesującego nas widma?

 

Hahaha no oczywiście, choć stawiałbym że będzie to jakaś liniowa zależność w takim otoczeniu (500nm a 700nm to nie aż tak daleko).

W końcu zielony laser dałby Ci informację o 500nm ale użyteczną i dla 400nm i dla 600nm, prawda? 

 

Inna sprawa to że najlepiej byłoby też w ogóle obserwować w IR, żeby wyeliminować w dużej mierze LP, zmniejszyć skalę czasową seeingu i zwiększyć kąt izoplanarny (czyli obszar w jakim AO "zadziała").

 

To kolejny argument za tym, że więcej można ugrać dużym lustrem z kamerką w SWIR, niż bawiąc się w domowe AO.

 

[MateuszW]

53 minuty temu, Behlur_Olderys napisał:

To kolejny argument za tym, że więcej można ugrać dużym lustrem z kamerką w SWIR, niż bawiąc się w domowe AO.

 

Mam dwa kontrarguemnty przeciw IR - nie zroisz w tym RGB (chyba że jakieś fałszywe), ani HST  To obszar na inne zdjęcia, niż są przyzwyczajeni "astrofotografowie estetyczni".

[WielkiAtraktor]

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

Siatka 10x10mm dosyć sporych mikrosoczewek (1 x 1.4 mm). Jakieś 60-70 mikrosoczewek.

Na sensorze w rodzaju ASI120mm zmieści się kilkanaście, ale moim zdaniem to już wystarczy, żeby idea detektora czoła fali była zrealizowana.

Zmierzymy na pewno kilka podstawowych modów.

 

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

To gdzie jest haczyk?

 

Niestety, nawet ta biedna konfiguracja powoduje że dla sensownej detekcji frontu fali potrzebne jest źródło, które z docelową częstotliwością (przynajmniej te 10Hz jak w SBIG AO, choć osobiście uważam, że przyzwoite minimum to 30Hz) będzie dawało światło tak silne, że zarejestruje je nasza kamerka i to już po podziale na kilkanaście części (tyle, ile mamy mikrosoczewek).

 

Otóż to. Zapaliłem się nawet do pomysłu, żeby kupić same mikrosoczewki, lusterko półprzepuszczalne i zrealizować sam czujnik. Wyznaczenie Zernike'ów z przesunięć gwiazdki testowej nie jest skomplikowane; jednocześnie rejestrowałbym gwiazdę kamerą główną, i post factum porównał jej zniekształcony obraz z idealnym Airy'm przepuszczonym przez PSF zsyntezowaną ze wskazań czujnika.

 

Ale jak zacząłem liczyć, to jakoś mało światła wychodziło... nawet dla skromnego czujnika 10x10 czy 7x7, żeby jedna subaperturka była w stanie wykryć ruch gwiazdki o 1-2", dla teleskopu 200-300 mm i kamerek z typową wielkością pikseli wychodziły strasznie ciemne światłosiły.

[Behlur_Olderys]

1 godzinę temu, WielkiAtraktor napisał:

Ale jak zacząłem liczyć, to jakoś mało światła wychodziło... nawet dla skromnego czujnika 10x10 czy 7x7, żeby jedna subaperturka była w stanie wykryć ruch gwiazdki o 1-2", dla teleskopu 200-300 mm i kamerek z typową wielkością pikseli wychodziły strasznie ciemne światłosiły.

 

A jak to liczyłeś? Proszę powiedz - ja się w sumie nad tym nie zastanawiałem. Jest jakiś wzór? Zakładam, że wielkości obrazów gwiazd na matrycy za sensorem Hartmanna są dużo większe, niż piksele, więc wchodzi w grę bardzo dokładne liczenie środka ciężkości takiego "placka" na poziomie subpikselowym, pewnie z dokładnością 0.1px tak jak to jest w guiderach...

Epsilony w Lutni to jakieś mag 4. Nagrywałem je kiedyś aparatem - zwykłym DSLR na 25FPS - z Maka 127, latem. Były gdzieś w 1/4 histogramu od lewej.

To tak, jakbym nagrywał je 10FPS z obrazem rozwalonym na 2.5 soczewki. Chciałbym mieć przynajmniej 12 soczewek, więc 5x więcej, zatem obraz będzie 5x słabszy. 

Wydaje się więc, że przy zastosowaniu dobrej, chłodzonej kamerki CMOS z dużym gainem i lustra w rodzaju 300mm czujnik Hartmanna powinien spokojnie dać radę rejestrować gwiazdki w rodzaju 4-5mag.

 

Najlepiej byłoby wziąć dane z jakiegoś realnego teleskopu. Ja przed chwilą czytałem o 18 microlensach dla 3.5 teleskopu dającego do wykorzystania gwiazdki 13mag przy 300Hz.
(https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1607/1607.05575.pdf - może coś źle zrozumiałem?)

W takim razie teleskop 12x mniejszy (144x mniejsza apertura ale i 30x wolniej sczytujący) powinien w podobnej konfiguracji (18microlens) dać radę z gwiazdkami nawet 10 mag.

 

Jak to ugryźć?

 

 

[WielkiAtraktor]

(Nie miałem dostępu do notatek z racji wyjazdu, stąd opóźnienie). Czytałem artykuł Adaptive Optics at the Big Bear Solar Observatory: Instrument Description and First Observations, gdzie opisano testy systemu AO dla starego 65-centymetrowego reflektora w BBSO. Nie podano, ile wynosiły przesunięcia obrazu w poszczególnych subaperturach czujnika czoła fali, jedynie uśrednione przesunięcie (tip/tilt) globalne o wartości 1"-3" przy wyłączonej AO i ok. 0,5" przy włączonej. Każda ich subapertura miała pole widzenia 26"x26".

 

Mając na względzie powyższe, rozważyłem zastosowanie w czujniku kamery o dość dużym pikselu (6,9 µm, BFS-U3-04S2M-CS), z teleskopem o D = 200 mm i macierzą mikrosoczewek 10x10. Jeśli to ww. 0,5" przesunięcia średnie ma być też wykrywane w ramach każdej subapertury, przyjmijmy wymaganą skalę obrazu 0,25"/pix. Zatem kamera czujnika powinna dostawać obraz o efektywnej ogniskowej:

 

EFL = 6,9 · 10^-6 / (2 · 0,25 / 3600 · π / 180) = 2,84 m

 

Ale subapertury mają tylko po 200/10 = 20 mm średnicy, czyli światłosiła na poszczególnych kawałkach sensora czujnika jest ledwie f/142. Nie wiem, na ile jest to problem (może w istocie wystarczy znacznie mniejsza skala i liczenie przesunięcia za pomocą centroidu subpikselowo, jak pisałeś).

 

 

Ciekawy jest artykuł Integrated adaptive optics system for small telescopes. Autorzy złożyli układ AO przyjmujący światło ze standardowego wyciągu 1,25" i przetestowali z Newtonem 25 cm i SCT 14". Niestety, testów astrofotograficznych w warunkach złego seeingu (co najbardziej by mnie interesowało) nie przeprowadzono; jedynie to:

 

Cytat

In order to check how the system works on a larger telescope and collect more data on the aberrations affecting on-sky observations, we tested the system on a 36 cm Schmidt-Cassegrainian telescope with 4 m focus. We performed a series of wavefront measurements with Mars used as a guide star; the wavefront sensor operated at a frame rate of 45 Hz. The results are presented in Figures 4–6. As it is seen from Figure 4, only tip and tilt terms contributed into the aberrations considerably; the magnitudes of higher order aberrations were below the diffraction limit. [podkr. moje]
 

Wychodziłoby na to, że moje obawy o światłosiłę z małym teleskopem są chyba nieuzasadnione, skoro D = 25 cm i 45 subapertur (~7x7) działało im przyzwoicie.

 

Ciekawostka:

Cytat

We found that the AO allows for a very fine focus control, much finer than with the mechanical adjustments of the telescope. Since the FrontSurfer software allows for precise control of low-order Zernike terms, we found it to be a very efficient tool for subjective corrections for the static aberrations of the telescope and even of the observer’s eye - in a way similar to the described in [5].
 

Czyli dodając ręcznie pewne mody Zernike'a można a) super-dokładnie wyostrzyć obraz, lepiej niż fokuserem, b) dokorygować optykę teleskopu, c) skorygować wady optyczne oka obserwatora.

Edytowane 18 Sierpnia 2021 przez WielkiAtraktor

[Behlur_Olderys]

@WielkiAtraktorcieszę się że możemy podyskutować o takich rzeczach

 

Tutaj znalazłem dość ciekawy slideshow w temacie skali obrazu:

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.ucolick.org/~max/289/Lectures%202016/Lecture%207%20WFS/Lecture7_2016_v1.pdf&ved=2ahUKEwiu4ZvGl7vyAhXahf0HHYiGC2wQFnoECAYQAQ&usg=AOvVaw1SzukdsjG8qZAwcZ2tOSEL

 

Ogólnie zasada jest taka, że stosuje się przed czujnikiem Hartmanna soczewkę kolimującą, a więc de facto działa to jak matryca umieszczona za barlowem, w każdym razie przed lensletami mamy aperturę zmniejszoną kilkukrotnie tak, żeby spełnione były pewne warunki:

 

1. Najważniejszy: fragment apertury obsługiwany przez jeden lenslet musi mieć wielkość zblizoną do r0 dla danej długości fali. r0 wylicza się odwracając kryterium rozdzielczości (dowolne) podstawiając za rozdzielczość aktualny seeing.

 

Przypomnienie:

Mierzysz seeing, zamieniasz na radiany (1" = 4.8 mikroradianów), i przez ten wynik dzielisz np. 500nm (zielony). Dla seeingu 2" mamy 9.6mikroradianów, 500nm to 0.5um, więc 0.5/9.6 = 0.05m czyli r0 wynosi 50mm. Innymi słowy przy seeingu 2" zwiększanie apertury powyżej 50mm (r0), przy długoczasowej fotografii, nie będzie poprawiało rozdzielczości. 

 

Zatem rozsądne jest założenie, że jeśli masz mikrosoczewki o średnicy 200um to powinieneś operować powiększeniem około 50mm/0.2mm = 250x. 

 

2. W związku z tym wykorzystanych mikrosoczewek powinno być mniej więcej tyle, ile wychodzi Ci subapertur o średnicy r0. Np. dla teleskopu D=200mm to będzie max 16 subapertur. Czyli powinno spokojnie wystarczyć matryca 4x4 lenslety. 

 

 

3. Końcowy obraz na sensorze powinien być najlepiej taki, żeby jedna gwiazda mieściła się na jednym, może dwóch pikselach - żeby uzyskać maksymalny strumień światła. Apertura dla jednej gwiazdy będzie równa r0 wg założenia 1, skala per piksel powinna być rzędu takiego, jak seeing: jeśli mamy seeing 2" to można zakładać że nieczęsto będziemy mieli do czynienia z przesunięciami większymi niż 2". Zatem skala najlepiej gdyby była w rodzaju 2"/px.

Przesunięcie wyliczymy porównując intensywności na czterech sąsiadujących pikselach. To bardzo dobra interpolacja subpikselowa, o dokładności decyduje w dużej mierze jasność gwiazdy i sumaryczny szum.

 

Może być większa, ale oversampling będzie nam przyciemniał obraz niekoniecznie zwiększając dokładność pomiaru, bo przecież mniej światła to mniejsze SNR więc większy błąd pomiaru przesunięcia.

 

4. Skoro znamy mniej więcej skalę (2"/px), znamy mniej więcej nasze piksele - powiedzmy 6um - i znamy (sub) apertury (50mm) to możemy policzyć potrzebne powiększenie, o ile znamy ogniskową samych lensletów. 

Ich ogniskowa pomnożona przez wartość powiększenia układu teleskop-kolimator będzie ogniskową która powinna dać nam skalę na sensorze:

 

 

2"/px przy 6um px to ogniskowa około 600mm. 

 

Lenslety mamy np. o ogniskowej 5mm. 

Wychodzi nam więc powiększenie ok. 120x. Więc np. ogniskowa 1200mm i 10mm kolimator - de facto okular. 

 

Wydaje się, że ostateczna światłosiła to po prostu średnica subapertury podzielona przez wypadkową ogniskową, więc np. 50mm/600mm = f/12, całkiem spoko.

 

To takie moje obliczenia na serwetce. Ale wydaje się że trafiam w rząd wielkości. 

 

Najważniejsze pytanie wciąż jest otwarte:

 

Jak słabą gwiazdę można złapać teoretycznym teleskopem D=50mm z czasem naświetlania 100ms? 

 

Stawiam na jakieś 6-7mag. 

Być może w Bieszczadach kamerką z minimalnym szumem odczytu doszłoby do 8mag użytecznych dla AO. 

 

PS

trochę dziwne że w zasadzie jasność tej gwiazdy zależy tylko od r0 i od czasu naświetlania. Pewnie czegoś nie wziąłem pod uwagę...

 

 

 

 

[WielkiAtraktor]

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

2. W związku z tym wykorzystanych mikrosoczewek powinno być mniej więcej tyle, ile wychodzi Ci subapertur o średnicy r0. Np. dla teleskopu D=200mm to będzie max 16 subapertur. Czyli powinno spokojnie wystarczyć matryca 4x4 lenslety. 

Ba, biorąc pod uwagę, że przy stabilnym, bezchmurnym wyżu mój refraktor 90 mm do Słońca daje zazwyczaj b. dobre wyniki (jeśli zastosować lucky imaging), mógłbym pewnie przyjąć nawet r₀ = 90 mm. Czyli dla D = 200 mm tylko 3x3 mikrosoczewki.

 

Ale zastanawia mnie, czy na pewno przy pomiarze 3x3 lub 4x4 da się wystarczająco dobrze zrekonstruować czoło fali. Do tego kwestia obstrukcji; np. mój RC8 ma jej 46%, czyli środkowe/a subapertury/a była/yby mocno zwinietowane/a (albo kompletnie zasłonięta w przypadku 3x3). Ciekawe, na ile utrudnia to pracę czujnika. Można by to jakoś łagodzić, np. użyć Newtona/Maksutowa/D-K z malutkim wtórnym czy czegoś pozaosiowego, ew. wielkiego refraktora.

[Behlur_Olderys]

29 minut temu, WielkiAtraktor napisał:

Ale zastanawia mnie, czy na pewno przy pomiarze 3x3 lub 4x4 da się wystarczająco dobrze zrekonstruować czoło fali.

 

Sam chyba odpowiedziałeś sobie cytując:

 

As it is seen from Figure 4, only tip and tilt terms contributed into the aberrations considerably

 

Tip i tilt to mody Zernike 1-go rzędu. Wydaje się, że do ich poprawnej rekonstrukcji wystarczą 3-4 punkty pomiarowe. A o resztę nie ma się co martwić w przypadku małych apertur....

 

Moim zdaniem amatorska platforma tip&tilt która dałaby mierzalne efekty z teleskopem 200-300mm to byłby spory skok dla amatorskiego AO, i podstawa do jakichkolwiek dalszych działań.

 

 

Notabene zdziwiło mnie w tym artykule że goście nie mieli guidingu w teleskopie, skoro łapali tip&tilt od błędu ustawienia na biegun czy też PE montażu? Coś mi tu pachnie amatorszczyzną

[WielkiAtraktor]

20 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Tip i tilt to mody Zernike 1-go rzędu. Wydaje się, że do ich poprawnej rekonstrukcji wystarczą 3-4 punkty pomiarowe. A o resztę nie ma się co martwić w przypadku małych apertur....

 

Moim zdaniem amatorska platforma tip&tilt która dałaby mierzalne efekty z teleskopem 200-300mm to byłby spory skok dla amatorskiego AO, i podstawa do jakichkolwiek dalszych działań.

No nie, veto! Tip/tilt rekompensujemy programem stackującym, to już z głowy (tj. jeśli mowa o astrofoto US, nie o jakiejś spektroskopii słabych gwiazd czy coś). Mnie AO interesuje dla sytuacji, gdy „trzeba się martwić resztą” (modami wyższych rzędów), dokładnie jak pokazałem na tym krótkim wideo we wcześniejszym poście. Czyli seeing jest tak zły, że każde czoło fali z każdego kierunku w polu widzenia w każdej chwili jest pogięte (r₀ ≪ D), czyli nie ma w ogóle ostrych klatek/fragmentów do wybrania i zestackowania, czyli lucky imaging jest bezsilny.

 

A mając AO mógłbym spokojnie kupić np. Dobsona 14" i mieć pewność, że jak jest bezchmurnie, mogę łapać małego Marsa czy Neptuna (albo środek tarczy Jowisza) i niezależnie od seeingu będę miał jakieś skorygowane ostre klatki do stackowania.

Edytowane 18 Sierpnia 2021 przez WielkiAtraktor

[MateuszW]

24 minuty temu, Behlur_Olderys napisał:

Tip i tilt to mody Zernike 1-go rzędu. Wydaje się, że do ich poprawnej rekonstrukcji wystarczą 3-4 punkty pomiarowe. A o resztę nie ma się co martwić w przypadku małych apertur....

Chwila... jeśli chcemy tylko przesuwać całe pole widzenia, to po co nam jakikolwiek detektor czoła fali? Wystarczy zwykły guider, którym zmierzymy pozycję gwiazdy, czyli to, co właśnie korygujemy. No i to właśnie robi AO sbiga - zwykła kamera steruje lusterkiem, które pozwala precyzyjnie i szybko robić tip i tilt. Oczywiście gdy śledzimy jakiś punkt pola widzenia, to cała reszta nam się rozjeżdża, ale to jak w każdym AO.

[Behlur_Olderys]

42 minuty temu, MateuszW napisał:

Wystarczy zwykły guider, którym zmierzymy pozycję gwiazdy, czyli to, co właśnie korygujemy. No i to właśnie robi AO sbiga - zwykła kamera steruje lusterkiem, które pozwala precyzyjnie i szybko robić tip i tilt.

 

Tylko przypominam jedną rzecz. Gdy mówimy o guiderze czy AO sbiga to tip&tilt jest globalnie mierzony i globalnie korygowany. Świetnie nadaje się to do korekcji drgań montażu, ale seeing działa lokalnie. Kąt izoplanatyczny dla fali 500nm to kilka sekund łuku z tego co pamiętam. A to znaczy że gdy jedynym czynnikiem jest seeing, to nawet na Jowiszu czy Marsie może być tak, że korekcja zaburzenia tip&tilt wprowadzona przez atmosferę na przeciwległych krawędziach planety będzie niezgodna. Na tak korygowanym obrazie tylko gwiazda na której robi się pomiar będzie miała lepsze parametry. 

Chodzi mi tylko o to, że nawet korygując 10 pierwszych modów Zernike nie spowodujemy magicznie, że wolny od aberracji będzie cały kadr. 

 

Lucky imaging to co innego, bo przy łucie szczęścia trafi nam się statystycznie lepszy kadr przez ułamek sekundy: kąt izoplanatyczny jest taki mały tylko przy założeniu, że naświetlamy przez kilka minut.

 

@WielkiAtraktor, @MateuszW

Na pewnie to wiecie Także ogólnie zgadzamy się. 

 

natomiast moim zdaniem przydałby się projekt amatorskiej platformy tip&tilt pracującej w closed loop z prawdziwym detektorem czoła fali, choćby z poczwórnej fotodiody lawinowej za beamsplitterem, bo ten sbigowy to jak sam producent mówi, służy do globalnej redukcji wibracji bazując na gwieździe do guidingu, a nie do kompensacji seeingu.

 

 

Prawdopodobnie połączenie AO z Lucky Imaging rzeczywiście (zresztą są fajne artykuły na ten temat) poprawiłoby szansę na znalezienie "dobrej" klatki. Bo szansa złapania klatki z jedną czy dwoma dużymi wadami na pewno jest większa niż szansa na klatkę zupełnie bez wad.

 

Ale dla mnie "prawdziwe AO" to tylko długie czasy naświetlania

 

 

 

 

 

 

[MateuszW]

7 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

Na tak korygowanym obrazie tylko gwiazda na której robi się pomiar będzie miała lepsze parametry. 

No tak, ale to jest coś czego nie przeskoczymy żadną teoretycznie osiągalną dla nas techniką. Tak więc, czy jeśli chcemy jedynie regulować przesunięcie obrazu, to nie wystarczy guider dostający obraz z lustra półprzepuszczalnego i wybór gwiazdy tuż obok / w interesującym nas miejscu?

Czy dobrze rozumiem, że w takim rozwiązaniu problemem jest to, że nawet gdy wybierzemy gwiazdę 1' od interesującego miejsca, to korekcja będzie już niezgodna i nie da się wybrać wystarczająco bliskiej gwiazdy? Natomiast czujnik czoła fali nawet z małą ilością soczewek pozwoli nam na podstawie pomiaru gwiazdy "obok" wyliczyć zniekształcenie w interesującym nas miejscu?

[Behlur_Olderys]

2 godziny temu, MateuszW napisał:

Natomiast czujnik czoła fali nawet z małą ilością soczewek pozwoli nam na podstawie pomiaru gwiazdy "obok" wyliczyć zniekształcenie w interesującym nas miejscu?

 

Niestety, wszystkie mody zniekształcenia fali są mierzone na tej konkretnej gwieździe, w jej bezpośrednim otoczeniu zarówno przestrzennym jak i czasowym. Zakres tego kawałka czasoprzestrzeni w którym AO "działa" zależy głównie od długości fali i prędkości poruszania się mas powietrza na wysokości, na której powstają turbulencje.

 

Tak jest przynajmniej w jednomodowym AO.

 

Gdy mierzymy więcej niż jedną gwiazdę wtedy można spróbkować turbulencje w kilku miejscach, zmierzyć wysokość na jakiej zachodzą turbulencje i opracować lepszy ich model. To tzw. tomografia atmosfery. Dzięki temu można uzyskiwać większe kawałki nieba wolne od zaburzeń kosztem dodatkowych sensorów czoła fali i luster deformowalnych - po jednym na gwiazdę.

[Behlur_Olderys]

Mała aktualizacja po ponownej (który to już raz!) lekturze doskonałego tekstu o AO:

http://www.ctio.noao.edu/~atokovin/tutorial/part1/turb.html

Wg podanych tam wzorów i założeń można policzyć jak duża jest apertura teleskopu, dla którego korekcja tip&tilt wystarczy żeby obraz był lokalnie niezaburzony przy danym seeingu.

 

Innymi słowy:

Korekcja samego tip&tilt powoduje "odcięcie" 87% wszystkich aberracji. To dużo i mało jednocześnie

 

Jeśli seeing mamy 2" (taki dość normalny w Polsce) to r0 wynosi 55mm. Czyli większa apertura niż 55mm nie zwiększy rozdzielczości powyżej 2". 

 

Wg wzorów po zastosowaniu korekcji tip&tilt użyteczna apertura zwiększa się do 192mm. Dla seeingu 1.5" jest to już jakieś 240mm a dość wyjątkowy jak na Polskę seeing na poziomie 1" pozwoliłby teoretycznie na stosowanie lustra ok. 350mm. 

Oczywiście te wszystkie wartości podawane są tylko jeśli mielibyśmy układ korygujący tip&tilt. Warto zauważyć, że wymaga to albo beamsplittera przed ogniskiem (a więc wycięcie np. 50% światła na dzień dobry) albo zastosowanie drugiej osobnej tuby tylko do tego celu (pytanie co się bardziej opłaca...) Tylko że pojawia się paradoks:

Jeśli potrafimy zmierzyć przesunięcie gwiazdy tak, żeby wysterować tip&tilt, ale nie naprawiamy dalszych modów zniekształcenia fali (astygmatyzmu, komu itd) to nie potrzebujemy w ogóle korekcji bo przesunięcie można zrobić sobie offline, w ramach lucky imagingu, alignując środek ciężkości gwiazdy w dowolnym sofcie.

 

No i dla fali w zakresie optycznym mówimy o skorygowanym kącie w rodzaju 2.1"-4.2" (dla seeingu odpowiednio 2"-1").

 

 

W podczerwieni typu SWIR (1.5-2um) robi ten kąt niewiele większy, w granicach 4-5x. 

 

Pytanie jest taki: ile jest interesujących typowego astroamatora obiektów o tak małych wymiarach i dostatecznej liczbie teoretycznych szczegółów, żeby tego typu AO miało sens? 

 

Planety? Globule w M31? Ultra małe planetarki? W najlepszym wypadku mówimy o teleskopie 350mm przy seeingu 1". Można założyć, że chcemy zrobić jakąś ultra małą planetarkę wielkości 8". Limit rozdzielczości dyfrakcyjnej to jakieś 0.3", przydałaby się skala ok. 0.15"/px. Dajmy kamerką 3um, potrzebujemy więc jakieś 3.6m ogniskowej. F/10 więc układ dość ciemny...

 

 

 

Ostatecznie dostajemy obraz planetarki o rozmiarze jakieś 50x50 pikseli. 

Czy warto? Ludzie wolą obrazy 20Mpix a nie takie mikrusy

 

A przecież i tak łatwiej i lepiej zrobić wtedy zwykły lucky imaging.