Υπολογισμός χρόνου έκθεσης αστροφωτογραφίας

Καλησπέρα και χρόνια πολλά!

Μετά από την σωστή παρότρυνση ενός μέλους αξίζει να αναφέρω τον τρόπο υπολογισμού του χρόνου έκθεσης μιας αστροφωτογραφίας.

Το για πολλούς αναπάντητο ερώτημα ποιός είναι ο σωστός χρόνος έκθεσης; έχει συγκεκριμένη απάντηση, η οποία βασίζεται σε μαθηματικές σχέσεις. Φυσικά υπάρχει φυσική από πίσω αλλά θα αναφέρω μόνο αυτό που μας ενδιαφέρει. Δηλαδή πώς υπολογίζουμε τον χρόνο έκθεσης, πρακτικά.

Πρέπει να αναφέρω, ότι ο χρόνος έκθεσης που θα βγάλει κάποιος αναφέρεται αποκλειστικά στον συγκεκριμένο εξοπλισμό. Μπορούν βέβαια να γίνουν προσεγγίσεις, αλλά το καθεαυτό αποτέλεσμα περιλαμβάνει παραμέτρους ξεχωριστούς για τον κάθε εξοπλισμό και τόπο παρατήρησης.

Οι παράμετροι είναι οι εξής:

1) Η φωτεινότητα του ουρανού (SkyFlux) δηλαδή τοποθεσία παρατήρησης

2) Η εστιακή απόσταση του τηλεσκοπίου

3) Ο εστιακός λόγος του τηλεσκοπίου (ή συνδυασμός εστιακής-διαμέτρου)

4) Η ccd κάμερα (readout noise, gain)

5) Το μέγεθος των pixels ή το bin mode

6) Το φίλτρο (εύρος, μήκη κύματος)που γίνεται η φωτογράφιση

Συνεπώς είναι φανερό ότι το τελικό αποτέλεσμα είναι καθαρά ατομικό για κάθε παρατηρητή.

Μάλιστα είναι ατομικό και για κάθε φίλτρο, αφού σε διαφορετικές συχνότητες και εύρος αλλάζει η ροή ακτινοβολίας.

Η διαδικασία έχει ως εξής :

Β1) Μια ασέληνη νύχτα, στρέφουμε το σύστημα φωτογράφισης σε μια περιοχή κοντά στο ζενίθ όπου δεν υπάρχει πυκνή παρουσία αστέρων ή κάποιου άλλου αντικειμένου.

Β2) Παίρνουμε μερικές εκθέσεις (γύρω στις 7-10 είναι καλές) συγκεκριμένης διάρκειας (πχ. 10 λεπτών)

Β3) Παίρνουμε calibration frames (darks, flats, bias)

Εναλλακτικά των βημάτων Β1-Β3, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κάποια calibrated frames στόχου από το αρχείο μας (κοντά στο ζενιθ), πλανητικού νεφελώματος ή γαλαξία, και όχι διάχυτου νεφελώματος και να επιλέξουμε περιοχές υποβάθρου μακριά από το αντικείμενο - δεν συνίσταται σε μικρά πεδία όπου το αντικείμενο μπορεί να καλύπτει την μεγαλύτερη περιοχή της φωτογραφίας-

Β4) Κάνουμε calibration των frames και χρησιμοποιούμε τα calibrated frames στο εξής.

B5) Διαλέγουμε 2-3 περιοχές ( με την χρήση Ctrl+I / Area στο MaximDl, έχοντας επιλέξει ένα πλαίσιο) υποβάθρου της κάθε φωτογραφίας και παίρνουμε τον μέσο όρο (mean ή median value) των περιοχών αυτών. Φτιάχνουμε τον μέσο όρο ADU για κάθε φωτογραφία.

Β6) Φτιάχνουμε τον τελικό μέσο όρο όλων των frames, προσέχοντας να μην περιλάβουμε κάποιο frame όπου ένα περαστικό νέφος μπορεί να αλλοίωσε τις τιμές. Με κοινή λογική απορρίπτουμε τις τιμές που απέχουν πολύ από τον μέσο όρο. Ονομάζουμε την τελική τιμή ως ADU.

Β7) Παίρνουμε την τιμή του gain και του readout noise της κάμεράς μας από τα στοιχεία του κατασκευαστή.

Β8 ) Βρίσκουμε την τιμή του SkyFlux, δηλαδή της ροής ακτινοβολίας του ουρανού στο φίλτρο που μας ενδιαφέρει σύμφωνα με την παρακάτω σχέση:

Αν χρησιμοποιήσαμε για calibration το MaximDl:

Αν χρησιμοποιήσαμε για calibration το CCDStack:

όπου:

Ε: η ροή του υποβάθρου

ADU: η μέση τιμή των ADU που βρήκαμε παραπάνω

g : το gain της κάμερας

t : ο χρόνος έκθεσης που χρησιμοποιήσαμε

Β9) Αφού έχουμε βρει αυτό το νούμερο το οποίο εκφράζεται σε e/min/pixel το εισάγουμε στην παρακάτω σχέση:

όπου:

Τ: ο χρόνος έκθεσης που ζητάμε σε λεπτά

Ε: η ροή του υποβάθρου

R : το readout noise της κάμερας

Το αποτέλεσμα αυτό είναι ο ιδανικός χρόνος έκθεσης θεωρώντας ότι ανεχόμαστε 5% αύξηση στον θόρυβο εξαιτίας του readnoise της κάμερας. (Δεν αναφέρω την πιο λεπτομερή σχέση με μεταβλητή το ποσοστό ανοχής, για απλούστευση, δεδομένου ότι η βελτίωση του SNR είναι ελάχιστη για μικρότερη ανοχή)

Ανάλυση αποτελέσματος

Εάν ο χρόνος έκθεσης που θα προκύψει είναι αρκετά μεγάλος, τότε συμφέρει να πάρουμε εκθέσεις διάρκειας T/2, ώστε να έχουμε μεγαλύτερο αριθμό frames προς επεξεργασία.

Bin

Η επιλογή του bin έχει να κάνει με το sampling και το seeing. Εάν το seeing μας είναι κοντά στο 2'', και στοχεύουμε σε ανάλυση 0.7 as/p , και το bin1x1 μας δίνει 0.3 as/p, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσουμε bin2x2 και να έχουμε ανάλυση 0.7 as/p. Βέβαια αυτό συμβαίνει σε πολύ μεγάλες εστιακές αποστάσεις (3000mm).

Διαφορετικά σε περιπτώσεις που το seeing δεν είναι καλό, πχ. 4''. τότε 4/3=1.3. Άρα θα πρέπει να στοχεύσουμε σε ανάλυση 1.3 as/p, χρησιμοποιώντας πιθανότατα bin2x2.

Για τους υπολογισμούς προτείνω το πρόγραμμα ccdcalculator ( http://www.newastro.com/book_new/camera_app.php )

Ιφικράτη πολύ ωραίο θέμα, τα έχουμε ξαναπεί όμως

http://www.astrovox.gr/forum/viewtopic.php?t=10265&highlight=

και νομίζω τελικά ο καθένας μας μέσα από την εμπειρία του

καταλήγει σε κάποιους πρακτικούς χρόνους για κάθε συνδυασμό

του εξοπλισμού του.

Ηλία, εδώ αναφέρω τον υπολογισμό του βέλτιστου χρόνου έκθεσης για την αστροφωτογραφία , όχι απλά τον υπολογισμό του Skyflux για την εκτίμηση της φωτορύπανσης !

Είναι τελείως διαφορετικά ! Η μέτρηση του SkyFlux απαιτεί αναγκαστικά κάποιο είδος βαθμονόμησης ώστε να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα (με συγκεκριμένους αστέρες για παράδειγμα).

Εδώ αναφερόμαστε στο πώς υπολογίζεται ο βέλτιστος χρόνος subframe ώστε η συμβολή του readout noise να είναι 5%, όχι τυχαίος αριθμός, αλλά βασισμένος στις καμπύλες του SNR σε σχέση με τη συμβολή του readout noise. Και ο υπολογισμός αυτός αφορά κάθε ξεχωριστό παρατηρητή .

Έτσι, λαμβάνοντας μικρότερη έκθεση αφήνουμε περισσότερο readout noise στην φωτογραφία, άρα γίνεται περισσότερο θορυβώδης! Άλλες φορές λαμβάνοντας μεγαλύτερη έκθεση, απλά χάνουμε χρόνο!

Συνεπώς άσχετα αν κάποιος υπολογίζει τον χρόνο ''πρακτικά'' (μη ακριβές), τα νούμερα και τα μαθηματικά καθορίζουν την επιστήμη της ccd απεικόνησης θέλουμε δεν θέλουμε...

Δες το παρακάτω διάγραμμα από τον Steve Cannistra.

Ιφικράτη,

αν διαβάσεις την απάντηση μου στο παλιό σου θέμα λέω ακριβώς τα ίδια.

Ιφικράτη,

 

αν διαβάσεις την απάντηση μου στο παλιό σου θέμα λέω ακριβώς τα ίδια.

Ηλία το έχω δει ότι το είχες αναφέρει και συ. Ήταν όμως μια παρένθεση και εκτός του βασικού θέματος.

Το θέμα εκείνο είχε σκοπό να μετρήσουμε την φωτορύπανση, όχι τον χρόνο του subframe.

Και λόγω τίτλου ακόμα κανείς δε θα το άνοιγε για να δει πως θα μετρήσει τον βέλτιστο χρόνο έκθεσης.

Έτσι έκανα αυτό το θέμα, που είναι πιο αναλυτικό προκειμένου να μπορεί κάποιος να καταλάβει πώς θα το κάνει από την αρχή.

Δεν καταλαβαίνω όμως ποιος ο λόγος να το συζητάμε αυτό. Δωρεάν είναι το forum. Κάνω ένα συγκεκριμένο θέμα που δεν έχει ξαναγίνει για το πώς να υπολογίσει κάποιος τον χρόνο έκθεσης.. και μου απαντάς ''το χω ξαναπει σε μια παράγραφο ενός άλλου θέματος πέρσυ''.

Και εκτός αυτού, ενώ εξηγώ αναλυτικότατα, τόσες γραμμές κείμενο για το πως το υπολογίζουμε επακριβώς με μαθηματικά μου απαντάς ''ναι αλλά εμείς το κάνουμε πρακτικά''. Ειλικρινά δεν το καταλαβαίνω.

...Ήταν όμως μια παρένθεση και εκτός του βασικού θέματος.

...

Και λόγω τίτλου ακόμα κανείς δε θα το άνοιγε για να δει πως θα μετρήσει τον βέλτιστο χρόνο έκθεσης.

Το ότι ήταν μια "παρένθεση" δεν σημαίνει πως κάποιος δεν μπορεί να το βρει, η αναζήτηση δεν κοιτάζει μόνο το θέμα, τεσπα, αρχικά είπες πως ήταν τελείως διαφορετικό, μετά είπες πως το έχεις δει πως έχει αναφερθεί ξανά αλλά ήταν παρένθεση.

Ειλικρινά δεν το καταλαβαίνω.

Όποιος κατάλαβε, κατάλαβε.

Δεν κατάλαβα, τα πνευματικά σου κλέψαμε που έκανα μια αναλυτική περιγραφή ??????

Αν είναι δυνατόν !!! Πληρώνεις εφορία για τα thread μου ???

Όχι! κάνεις λάθος! Επειδή ανέφερες κάτι off-tοpic τότε (την φωτορύπανση ήθελα να μετρήσουμε), δεν σημαίνει ότι θα μας απαγορεύσεις να το εξηγήσουμε αναλυτικά !

Όσο για το ότι εσύ το υπολογίζεις πρακτικά...

Εσύ υπολόγισε τον χρόνο έκθεσης ΟΠΩΣ ΘΕΣ !!! αλλά μη μου **** το θέμα !!!

...Ήταν όμως μια παρένθεση και εκτός του βασικού θέματος.

...

Και λόγω τίτλου ακόμα κανείς δε θα το άνοιγε για να δει πως θα μετρήσει τον βέλτιστο χρόνο έκθεσης.

 

 

Το ότι ήταν μια "παρένθεση" δεν σημαίνει πως κάποιος δεν μπορεί να το βρει, η αναζήτηση δεν κοιτάζει μόνο το θέμα, τεσπα, αρχικά είπες πως ήταν τελείως διαφορετικό, μετά είπες πως το έχεις δει πως έχει αναφερθεί ξανά αλλά ήταν παρένθεση.

 

Ειλικρινά δεν το καταλαβαίνω.

Όποιος κατάλαβε, κατάλαβε.

Φιλέ Ηλία ο Ιφικράτης έχει δίκιο γιατί του χαλάς το post???...Άλλωστε εσύ είσαι part-time αστροφωτογράφος άσε τα δύσκολα λοιπόν στους full-time αστροφωτογράφους του forum και όποτε βρεθείς από την γειτονιά πέρνα να πιούμε καμιά μπύρα(Γρηγορης,Θεμης και κ.λ.που) ώστε να το συζητήσουμε αναλυτικότερα το θέμα....Ιφικράτη άσε θα τον χαστουκίσω εγώ αλύπητα για το ατόπημα στο οποίο υπέπεσε...

@Ιφικρατη, σε συνεχεια των παραπανω οδηγιων σου, σχετικα με τον βελτιστο χρονο εκθεσης ηθελα να σε ρωτησω αφου πιστευω οτι εχει εφαρμοσει τις διαδικασιες αυτες και εχεις βγαλει ενα αποτελεσμα για το δικο σου setup, εαν εχεις υπολογισει και τον χρονο με τον τροπο που περιγραφει εδω http://starizona.com/acb/ccd/calc_ideal.aspx

Εχει μεγαλες διαφορες?