Modelowanie działania filtrów - poziom ekspercki

[dobrychemik]

Pewnie już większość z Was zetknęła się z moimi pomiarami filtrów i symulacjami ich skuteczności. Chciałbym przejść na zdecydowanie wyższy poziom symulacji i potrzebuję do tego pomocy.

 

Zacznę od podsumowania tego, co robię obecnie:

1. Mierzę normalne widma transmisyjne dla wiązki padającej prostopadle na filtr. To najprostszy rodzaj pomiarów, pozwalający na szybkie rozpoznanie co jest wart dany filtr.

2. Mierzę serię widm dla wiązki światła padającej pod różnymi kątami na filtr. Dzięki temu jestem w stanie wyznaczyć efektywny współczynnik refrakcji filtra, a on z kolei umożliwia mi symulowanie skuteczności filtra w połączeniu z optyką o różnej światłosile (symulator potrzebuje informacje o aperturze, ogniskowej i wielkości przeszkody centralnej).

3. Całość liczę w specjalnie do tego przygotowanych arkuszach kalkulacyjnych Excela.

 

To już wystarczy, by móc sensownie dobierać odpowiednie filtry do konkretnego teleskopu. Ale chciałbym więcej:

 

1. Obecnie symulacja dotyczy światła padającego na cały obiektyw, ale tylko tego dającego obraz w centrum kadru. Chciałbym, aby program liczył widma w funkcji odległości od centrum kadru (parametr: wielkość matrycy). Im dalej od centrum, tym większy bajzel z powodu blueshiftu, bo mamy coraz większy zakres kątów padania wiązki na filtr.

2. Program powinien umieć wczytać widma czułości kamery mono/kolor w zależności od długości fali i uwzględniać je w symulacji skuteczności filtra.

3. Program powinien umieć wczytać widmo LP, by móc oceniać skuteczność filtrów pod kiepskim niebem. 

4. Dodatkowo fajnie jakby program mógł wczytać FLAT i wykorzystać go do symulacji brzegowych partii kadru.

 

Blueshift powoduje, że różne partie obrazu otrzymują światło inaczej filtrowane - zarówno światło od obiektu, jak i LP ulegają modyfikacji. Im dalej od centrum obrazu tym te zmiany są większe.

 

Chciałbym nawiązać z współpracę z jakimś programistą gotowym poświęcić trochę czasu na stworzenie odpowiedniego narzędzia dającego wymienione wyżej możliwości.

Edytowane 15 Maja 2021 przez dobrychemik
literówka

[Behlur_Olderys]

Mam już trochę gotowego kodu wczytującego widma gwiazd, sensorów i filtrów:

https://github.com/BehlurOlderys/colors

To aplikacja mająca oryginalnie symulować kolory gwiazd. 

Widma podaje się w plikach .csv czyli najprostszym formacie a'la Excel. 

 

Rozumiem, że ostateczny wynik jaki Cię interesuje to jakiś rodzaj wykresu?

 

 

 

[dobrychemik]

5 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Rozumiem, że ostateczny wynik jaki Cię interesuje to jakiś rodzaj wykresu?

 

Ostateczny wynik może wyglądać na różne sposoby. Najważniejszy jest podpunkt 1, a tu wynikiem byłaby seria widm, np. co kilka milimetrów matrycy.

Mając pozostałe podpunkty można się nawet pokusić o wykres zależności wzrostu kontrastu od odległości od centrum. A gdyby jeszcze mieć przykładowe widma różnego typu obiektów to byłaby dodatkowa możliwość symulowania wzrostu kontrastu dla różnych filtrów w różnych tubach w różnych częściach kadru... Możliwości co nie miara...

 

Co do symulowania kolorów. Swego czasu miałem zamiar zrobić symulator koloru na podstawie widma. Niestety nie jest to takie proste, bo wymaga po drodze kalibracji z uwagi na nieznane przekłamania wprowadzane przez monitory. Odpuściłem.

[stratoglider]

1. To raczej nie rozmiar matrycy powinien być brany pod uwagę, a pole widzenia łapane na niebie. Czyli rozmiar matrycy podzielony przez ogniskową obiektywu. Dla filtra ma znaczenie kąt, a nie odległość. To jest tak, jakbyś symulował widmo filtra po przejściu przez obiektyw o danej światłosile, ale dodatkowo filtr byłby przechylony o pewien kąt. Ja zrobiłem coś takiego w swoich symulacjach, przetestowałem i działało dobrze, więc mógłbym pomóc. Kąty te są zwykle małe, więc ich wpływ będzie niewielki. W pierwszym przybliżeniu, który da dość dobre wyniki a minimalny nakład pracy - będzie to dodanie wartości przekątnej matrycy do średnicy obiektywu - wyjdzie nieco szersza światłosiła, i ten wynik przyjąć dla rogu matrycy.

Jeśli chodzi Ci o uwzględnienie winietowania, to sądzę że to już będzie bardzo trudne i żmudne z uwagi na ilość danych wymiarowych z wnętrza obiektywu i przejściówek (?)

 

3. To zadanie jest raczej niewykonalne, gdyż na rzeczywiste LP składa się splot różnych rodzajów lamp - rtęciówki, sodówki, ledy, żarówy, reklamy, bilbordy hmm i każde ma inne natężenie i inne widmo ,...

 

Edytowane 15 Maja 2021 przez stratoglider

[dobrychemik]

21 minut temu, stratoglider napisał:

1. To raczej nie rozmiar matrycy powinien być brany pod uwagę, a pole widzenia łapane na niebie. Czyli rozmiar matrycy podzielony przez ogniskową obiektywu. Dla filtra ma znaczenie kąt, a nie odległość. To jest tak, jakbyś symulował widmo filtra po przejściu przez obiektyw o danej światłosile, ale dodatkowo filtr byłby przechylony o pewien kąt. Ja zrobiłem coś takiego w swoich symulacjach, przetestowałem i działało dobrze, więc mógłbym pomóc. Kąty te są zwykle małe, więc ich wpływ będzie niewielki. W pierwszym przybliżeniu, który da dość dobre wyniki a minimalny nakład pracy - będzie to dodanie wartości przekątnej matrycy do średnicy obiektywu - wyjdzie nieco szersza światłosiła, i ten wynik przyjąć dla rogu matrycy.

Jeśli chodzi Ci o uwzględnienie winietowania, to sądzę że to już będzie bardzo trudne i żmudne z uwagi na ilość danych wymiarowych z wnętrza obiektywu i przejściówek (?)

 

3. To zadanie jest raczej niewykonalne, gdyż na rzeczywiste LP składa się splot różnych rodzajów lamp - rtęciówki, sodówki, ledy, żarówy, reklamy, bilbordy hmm i każde ma inne natężenie i inne widmo ,...

 

 

Tak czy siak wielkość matrycy jest istotna, niezależnie od tego czy sobie ją podzielę przez ogniskową czy nie. Światło nie padające na matrycę nas nie interesuje, a padające na nią tak, więc trzeba wiedzieć gdzie się ona kończy.

 

Pomysł z przybliżeniem, o którym piszesz, jest całkiem fajny. Muszę na jakimś konkretnym przykładzie sprawdzić na ile jest on dobry. Obawiam się, że będzie ono dobrze działało tam, gdzie blueshift i tak jest niewielki. Za to Samyang F/2 podpięty do FF może być zbyt wymagający... Tak tylko zgaduję. Dzięki za pomysł.

 

Modelowanie z udziałem LP nie stanowi problemu, bo nasz kolega @bajastro już mierzył widmo LP i udostępniał.

Edytowane 15 Maja 2021 przez dobrychemik

[Behlur_Olderys]

12 minut temu, stratoglider napisał:

3. To zadanie jest raczej niewykonalne, gdyż na rzeczywiste LP składa się splot różnych rodzajów lamp - rtęciówki, sodówki, ledy, żarówy, reklamy, bilbordy hmm i każde ma inne natężenie i inne widmo ,...

 

Wprost przeciwnie. Mierzysz widmo a potem je wczytujesz, i masz wzięte pod uwagę wszystko

Takie pomiary zdaje się robił już @bajastro:

Ale do sedna.

@dobrychemik , uprzedzając fakty: tego typu rzeczy nie da się - moim zdaniem - łatwo dograć na forum. Dużo czasu spędzam w pracy na rozmowach z ludźmi od wymagań i z innymi członkami zespołu na temat czego tak naprawdę oczekujemy od software'u. Samo kodowanie to może 50% czasu, reszta to zawiłości komunikacyjne. 

 

Podstawowa sprawa to czy masz ogarniętą całą fizykę? Potrzebujesz jeszcze jakichś symulacji wprost fizycznych? 
A może znasz już wszystkie wzory i tylko potrzebujesz programu, który będzie to wydajnie liczył i elegancko prezentował?

[dobrychemik]

WYDAJE mi się, że podstawy fizyczne i ideę mam ogarniętą. Problem stanowi już sama implementacja w sprawnie działający program. 

[stratoglider]

OK, wytłumaczę się trochę z tego co miałem na myśli opisując w punkcie 3.

Wiem, że "Mierzysz widmo a potem je wczytujesz, i masz wzięte pod uwagę wszystko ".

Ale co jeśli nie zmierzę ? Bo większość z nas nie zmierzy. Jeśli ktoś przeprowadzi symulację wzrostu kontrastu dla pewnego miejsca w którym zmierzył LP, to nie będzie to miarodajne dla innego miejsca, w którym LP nie było mierzone. I nie chodzi mi tutaj tylko o ILOŚĆ LP, że będzie np słabsze LP więc filtry będą działać odpowiednio słabiej, tylko o to, że WIDMO, że "KOLOR" tego LP też będzie inny.

[dobrychemik]

23 minuty temu, stratoglider napisał:

OK, wytłumaczę się trochę z tego co miałem na myśli opisując w punkcie 3.

Wiem, że "Mierzysz widmo a potem je wczytujesz, i masz wzięte pod uwagę wszystko ".

Ale co jeśli nie zmierzę ? Bo większość z nas nie zmierzy. Jeśli ktoś przeprowadzi symulację wzrostu kontrastu dla pewnego miejsca w którym zmierzył LP, to nie będzie to miarodajne dla innego miejsca, w którym LP nie było mierzone. I nie chodzi mi tutaj tylko o ILOŚĆ LP, że będzie np słabsze LP więc filtry będą działać odpowiednio słabiej, tylko o to, że WIDMO, że "KOLOR" tego LP też będzie inny.

 

Idealnie byłoby mieć zmierzone LP dla różnych miast, ale na razie można zacząć od tego co mamy. Im większe miasto, tym chyba mniejsze ryzyko, że będzie odbiegać od średniej. Oczywiście dużo zależy od lokalnej specyfiki i polityki wymiany lamp sodowych na ledy. Przydałoby się mieć chociaż kilka widm LP dla różnych miast, by mieć pojęcie o różnicach.

[Behlur_Olderys]

Godzinę temu, dobrychemik napisał:

WYDAJE mi się, że podstawy fizyczne i ideę mam ogarniętą. Problem stanowi już sama implementacja w sprawnie działający program. 

 

W takim razie kolejne pytania:

 

1. Kto jest głównym użytkownikiem programu? Ty-badacz? Czy każdy-laik?

 

2. Efekt działania: surowe dane (liczby)? Obrazek? Wykres? Animacja? Jakiś rodzaj raportu w pdf?

[apolkowski]

Pozostaje kwestia równomierność transmisji filtra. Patrząc na flaty swoich filtrów wiem, ze są spore różnice. Pytanie, co bardziej wpływa na efekt. Kąty czy ta równomierność.

[dobrychemik]

Godzinę temu, Behlur_Olderys napisał:

 

W takim razie kolejne pytania:

 

1. Kto jest głównym użytkownikiem programu? Ty-badacz? Czy każdy-laik?

 

2. Efekt działania: surowe dane (liczby)? Obrazek? Wykres? Animacja? Jakiś rodzaj raportu w pdf?

 

1. Obojętne, ale ponieważ mało użytkowników może sobie mierzyć widma filtrów, to i tak raczej wiele nie skorzystają z takiego programu. No chyba, że tylu osobom zrobię pomiary, że pula takich scharakteryzowanych filtrów będzie zauważalna.

2. Przede wszystkim liczby plus ewentualnie wykres. Liczby są najlepsze, bo można wkleić do excela i dalej robić z nimi co tylko się zapragnie.

[dobrychemik]

1 godzinę temu, apolkowski napisał:

Pozostaje kwestia równomierność transmisji filtra. Patrząc na flaty swoich filtrów wiem, ze są spore różnice. Pytanie, co bardziej wpływa na efekt. Kąty czy ta równomierność.

 

Przyznam, że ten problem do tej pory traktowałem po macoszemu. Kiedyś sprawdziłem jeden filtr w trzech miejscach - zgodność była bardzo dobra i odpuściłem dalsze próby. Może był to błąd? Przy najbliższej okazji przeskanuję dokładnie parę moich filtrów. Jeśli okażą się znacząco niejednorodne to będzie bardzo niedobrze.

[apolkowski]

Poniżej flaty z filtrów NB ZWO i referencyjnie L. 

Rozciągnięte automatycznie przez STF.

 

[dobrychemik]

Zaskoczyłeś mnie tymi flatami. Nie spodziewałem się czegoś takiego. Flat z filtrem wodorowym jest katastrofalny - spodziewalbym się tu nie tylko niejednorodności filtra, ale i jego krzywego ustawienia. Koniecznie muszę temu poświęcić czas przy spektrofotometrze.

[WielkiAtraktor]

15 godzin temu, apolkowski napisał:

Rozciągnięte automatycznie przez STF.

 

Może nie takie katastrofalne, gdy uwzględnić to rozciągnięcie? Dobrze byłoby sprawdzić zakresy jasności tych flatów.

[apolkowski]

2 godziny temu, WielkiAtraktor napisał:

 

Może nie takie katastrofalne, gdy uwzględnić to rozciągnięcie? Dobrze byłoby sprawdzić zakresy jasności tych flatów.

Jestem poza domem i mam dostęp do starszych flatów zrobionych dla tych samych filtrów.

Wyniki po procesie Statistics:

 

	L	Ha	O3	S2
mean	0,37621	0,38083	0,38867	0,35387
median	0,37623	0,38111	0,38941	0,35401
avgDev	0,01289	0,01387	0,01624	0,01260
MAD	0,01303	0,01375	0,01629	0,01267
minimum	0,31324	0,30445	0,31080	0,28736
maximum	0,44239	0,47730	0,48511	0,41798

[dobrychemik]

W dniu 15.05.2021 o 21:07, apolkowski napisał:

Pozostaje kwestia równomierność transmisji filtra. Patrząc na flaty swoich filtrów wiem, ze są spore różnice. Pytanie, co bardziej wpływa na efekt. Kąty czy ta równomierność.

 

Właśnie mierzę Optolonga L-eX 2.0" w pięciu różnych miejscach: na środku i w połowie promienia w czterech kierunkach. Oto co wyszło:

- transmitancje są identyczne

- szerokości pasm są identyczne

- minimalne różnice są jedynie w przesunięciu pasma tlenowego (ułamek nanometra); pasmo wodorowe siedzi nieporuszone za każdym razem.

 

Może kiedyś jeszcze zrobię próby na innych filtrach innych marek, ale na razie uznaję, że nie ma potrzeby skanowania powierzchni filtrów.

Edytowane 19 Maja 2021 przez dobrychemik