Активная, Адаптивная Оптика и автогидирование

[Павел Бахтинов]

Цитата П. Бахтинова:

...тем самым в значительной степени компенсировать отставание ПЗС в быстродействии.

Насколько я понимаю, требования к быстродействию автогида не такие "драконовские" как в случае с Адаптивной оптикой.

Да, конечно. Но я-то как раз намекал на то, что даже в системах, подобных АО-7, практическое отставание ПЗС от ФЭУ не так велико, как это кажется на первый взгляд...

Я пеосмотрел фотодиод, рекомендованный Павлом:
http://www.hpk.co.jp/eng/products/ssd/pdf/s4402_kapd1002e02.pdf
По моему идеально подходит для двухкоординатного автогида. Устройство получится предельно простым и на доступных радиокомпонентах, предельно компактным, без высоковольтного питания...

Вообще-то, этот фотодиод - с лавинным умножением фототока, и высокое напряжение ему все-таки нужно (хотя и не такое высокое, как для ФЭУ, всего 150-200В). В то же время, по моей грубой прикидке, подобные фотодиоды (как с лавинным умножением, так и без него) не подойдут для адаптивной оптики (подобной АО-7), т.к. их шумы в необходимой для нее относительно широкой полосе частот слишком велики. А вот для "обычных" (узкополосных) автогидов подобные фотодиоды, возможно, оказались бы приемлемым вариантом.

[Павел Бахтинов]

А ведь устройство на базе ФЭУ вполне доступно для самостоятельного изготовления, в отличие от распространившихся на Западе автогидов на ПЗС-матрице.

Вот тут неплохо было бы узнать текущее мнение автора по этому поводу, поскольку писалось это давно. Павел?

Согласен, для повторения конструкция с ПЗС может оказаться даже проще, чем с ФЭУ. В этом плане недостатки варианта с ФЭУ не столько в том, что он аналоговый, сколько в наличии множества конструктивных "тонкостей": экранирование, изоляция, влаго- и светозащита, необходимость какой-то оптической схемы светоделения и т.п. То ли дело с ПЗС - сунул веб-камеру вместо окуляра, и все .
Все это так, но ведь прототип конструкции на ПЗС так пока никем и не опубликован... Понятно, речь именно об автономной (безкомпьютерной) схеме. Что касается варианта с использованием компьютера, то гидирование веб-камерой, сейчас уже, можно сказать, рутина...

[Денис Никитин]

Павел, можно Вас попросить подробнее описать, как-то упомянутый Вами, алгоритм поиска центра тяжести изображения. Я писал, что это отнимает много времени, основываясь на описании алгоритма из книги “Astronomical Image Processing”. Но у Вас, похоже, есть другая идея? В книге это выглядит примерно следующим образом – сначала в рассматриваемой области находится среднее значение яркости всех пикселей, затем находятся пиксели, яркость которых, превышает найденное среднее значение. После этого найденные яркие пиксели проверяются следующим образом – берется один пиксель, и проверяются его соседи, если как минимум трое соседей имеют яркость выше среднего, подразумевается, что этот пиксель принадлежит изображению звезды, если нет – значит, этот пиксель есть шум. Таким образом, находятся координаты пикселей, составляющих изображение звезды. И только на основании этого находится центр тяжести.

[Александр Л.]

      А если для автогида в качестве фотодатчика использовать видеокамеру? Только не в её непосредственном качестве, а в качестве интегрального светоприемника. Построение автогида с аналоговой обработкой сигнала в этом случае будет сводиться к решению задачи аналогового интегрирования разрывных функций. Известные мне методы аналогового интегрирования чрезвычайно громоздки (с использованием линий задержки).
Может быть кто-то знает более простые методы?
       Задача имеет частное решение для однокоординатного автогида. Подобная система будет сравнивать видеосигналы двух соседних видеострок. Схема такого устройства будет чрезвычайно проста, в случае если интегрирование будет производится для одного полукадра.

[Александр Л.]

    Одним из недостатков автогида на ФЭУ считается наличие высоковольтного источника питания. На мой взгляд, получить серьезный электрический удар от подобного источника маловероятно из-за его чрезвычайно малой мощности. Однако, для уменьшения подобного риска  логично разместить источник непосредственно у ФЭУ, исключив тем самым высоковольтный кабель. Может быть у разработчиков автогидов есть подобный опыт?  Вопрос скорее к Pluto, поскольку исходя из внешнего вида автогида - http://www.astronomer.ru/data/images/3/000308-2.jpg можно сделать предположение о таком размещении. Описание самого автогида находится здесь -  http://www.astronomer.ru/library.php?action=2&sub=2&gid=48 .
     И еще один вопрос – исходя из каких соображений выбирается диаметр светового пятна от звезды на ФЭУ ?

[Александр Л.]

   Идея использования фотодиодов для гида, мне предполагается малоперспективной, хотя бы потому, что купить их в России быстрее всего нельзя.

     Был не прав. Класс приборов, на которые дал ссылку Павел Бахтинов, называется лавинные фотодиоды. Лавинные фотодиоды Hamamаtsu продаются в Москве - http://www.yeint.ru/cgi-bin/gds.cgi?ph . Правда точно таких фотодиодов нет. На вскидку подходит фотодиод S2386-18к стоимостью 16 у.е - http://www.hpk.co.jp/Eng/products/ssd/pdf/s2386_series_kspd1035e02.pdf. Интересующиеся могут подобрать фотодиод из продающихся. Характеристики можно посмотреть здесь - http://www.hpk.co.jp/Eng/products/ssdpro.htm . Отечественные лавинные фотодиоды выпускает Московский НИИ Полюс - http://www.polyus.msk.ru/RU/phdiodru.html , смотрите заголовок - германиевые лавинные фотодиоды.

[anovikov]

Мне сильно кажется, что это обсуждение вытекает уже в область любительской электроники, а не астроприборостроения. Автогидирование вебкамерой реализуется вполтыка, я это сам делал чисто ради забавы буквально за день. Решил посмотреть, что получится если автогидировать DS-70EC видеокамерой. Гидирования толком не получилось (т.к. огромные люфты в приводе), но идти за звездой в состоянии отключенного часового ведения он мог с ошибкой где-то в районе 1-2 минут дуги, в основном в виде сильных скачков. Естественно, ни для каких практических применений это было непригодно, но сама по себе схема работоспособна и легко реализуется.

Мне кажется сильно сомнительным, чтобы автогид по схеме Бахтинова обошелся менее чем в ~200 баксов, которые стоит разбитый P1-P2 ноутбук и простецкая вебкамера...

[lorka]

Важно знать, обеспечат ли эти фотодиоды требуемую чувствительность. Особенно учитывая то, что на каждую из площадок будет попадать меньше 1/4 изображения звезды (с учетом слепых промежутков)

1. Для формирования сигнала в схеме Бахтинова-Пустыгина используется половина света звезды. Фишка в том, что в четырехсекторном диоде для одной координаты тоже используется половина света звезды (от двух секторов). Так что в этом смысле мы ничего не теряем.
2. В случае с четырехсекторным диодом (либо пирамида + 4 диода) мы работаем по принципу сравнения сигналов от двух датчиков (секторов). Не вдаваясь в подробности скажу, что в этом случае чувствительность автогида становится намного выше чем в схеме Бахтинова-Пустыгина. Именно по этому по аналогичному принципу работают и радиотелескопы, и высокочувствительные болометры...
Таким образом, хотя диоды и могут уступать ФЭУ по чувствительности, но принцип получения сигнала рассогласования от двух противополоожных секторов позволяет получить чувствительность гида вообще гораздо выше чем в схеме Бахтинова-Пустыгина.
И точность гидирования выше (по нескольким причинам).
Собственно по этому в професиональной практике и применяется схема "пирамида+4 фотодатчика" (либо "призма+2 фотодатчика" если гидировать только по одной координате).
Интересно, что сигналы от двух противоположных секторов подаются на один усилитель (прямой и инвертивный входы). По этому схема принципиально не усложняется.

В принципе, с точки зрения любителя, при повторении допустим некоторой существующей и оправдавшей себя конструкции, все равно, что строить – ПЗС автогид, или автогид на ФЭУ.

Абсолютно согласен. По этому я и предложил кому нибудь выставить в Интернете работающую схему автогида на ПЗС (сам я это дело не потяну).

По моему схему с ПЗС проще настроить, чем сложную чисто аналоговую схему.

Какраз наоборот. Аналоговая схема намного проще. Я не представляю, что можно придумать еще проще.

Мне кажется сильно сомнительным, чтобы автогид по схеме Бахтинова обошелся менее чем в ~200 баксов, которые стоит разбитый P1-P2 ноутбук и простецкая вебкамера...

1. Говоря о чувствительности фотодиодов мы забываем о чувствительности ПЗС. Мне кажется сильно сомнительным, чтобы простецкая вебкамера обеспечила такую же чувствительность, что и автогид Бахтинова-Пустыгина.

2. Зато он работает без компьютера. Я считаю, что хороший ПЗС-автогид должен быть автономным (обходиться без компьютера, который в полевых условиях надо "кормить").
Цитата П. Бахтинова:

Понятно, речь именно об автономной (безкомпьютерной) схеме. Что касается варианта с использованием компьютера, то гидирование веб-камерой, сейчас уже, можно сказать, рутина...

Да именно.

PS. Вопрос Pluto. Я правильно понимаю, что вы и есть Борис Пустыгин - автор автогида на ФЭУ?

[Pluto]

2Александр Л:
Я не считаю наличие высоковольтного напряжения серьезным недостатком. Конечно, необходимы меры по тщательной изоляции, но это не требует особых затрат.

>>… логично разместить источник непосредственно у ФЭУ, исключив тем самым высоковольтный кабель. … поскольку исходя из внешнего вида автогида …- можно сделать предположение о таком размещении.

Нет, у меня блок высоковольтного питания и схема управления расположены в отдельной коробке (той, что висит на треноге). На ФЭУ расположен только предусилитель.
В принципе, Ваша идея неплохая, но блок питания и трансформатор должны быть достаточно компактными.

>> И еще один вопрос – исходя из каких соображений выбирается диаметр светового пятна от звезды на ФЭУ ?

В случае фотометра выгодно размазать пучок света на весь фотокатод, чтобы избежать неравномерности чувствительности разных участков фотокатода. Для автогида размер пятна не очень важен (если нет локальных дефектов на фотокатоде).

>>Мне кажется сильно сомнительным, чтобы автогид по схеме Бахтинова обошелся менее чем в ~200 баксов, которые стоит разбитый P1-P2 ноутбук и простецкая вебкамера...

Не буду отвечать за Павла, но посчитайте сами – ФЭУ стоит несколько сотен рублей (по информации Александра Л.), электронная схема (говорю о своей), по стоимости деталей, –копеечная. Так что если не учитывать стоимость разработки (т.е. своего труда), то получается значительно дешевле 200 у.е.

>>Для формирования сигнала в схеме Бахтинова-Пустыгина используется половина света звезды.

Не совсем так. Можно использовать бОльшую часть света звезды, т.е. делить изображение в соотношении, например, 4/5.

>> Фишка в том, что в четырехсекторном диоде для одной координаты тоже используется половина света звезды (от двух секторов). Так что в этом смысле мы ничего не теряем.

Каждый элемент четырехсекторного диода (ФЭУ) самостоятельный приемник, который должен уверенно выделять свет звезды на фоне шума, так что заметного увеличения чувствительности не получится.

По моим представлениям, при построении двухкоординатного гида (не важно, на ФЭУ,ПЗС или диодах) главная трудность это привод оси склонения. В отличие от часовой оси он должен быть реверсивным и реагировать на очень медленные смещения звезды. Тут много подводных камней.

>> Вопрос Pluto. Я правильно понимаю, что вы и есть Борис Пустыгин - автор автогида на ФЭУ?

Да.

[Павел Бахтинов]

Павел, можно Вас попросить подробнее описать, как-то упомянутый Вами, алгоритм поиска центра тяжести изображения. Я писал, что это отнимает много времени, основываясь на описании алгоритма из книги “Astronomical Image Processing”....
... берется один пиксель, и проверяются его соседи, если как минимум трое соседей имеют яркость выше среднего, подразумевается, что этот пиксель принадлежит изображению звезды, если нет – значит, этот пиксель есть шум...

По-моему, здесь перемешано описание алгоритма нахождения центра тяжести и алгоритма медианной фильтрации (вообще-то трудно воспринять идею в пересказе, лучше бы взглянуть на первоисточник - может, обсудим подробности по мылу?). Я имел в виду "тупое" численное интегрирование с умножением на весовую функцию (линейно зависимую от искомой координаты). Сам на практике такого не проделывал, поэтому, возможно, что и не прав.


Александр Л:

А если для автогида в качестве фотодатчика использовать видеокамеру? Только не в её непосредственном качестве, а в качестве интегрального светоприемника. Построение автогида с аналоговой обработкой сигнала в этом случае будет сводиться к решению задачи аналогового интегрирования разрывных функций. Известные мне методы аналогового интегрирования чрезвычайно громоздки (с использованием линий задержки).
Может быть кто-то знает более простые методы?

Стробирование видеосигнала аналоговыми ключами (стробы хитрой формы могли бы вырабатываться микроконтроллером), с последующим интегрированием средних уровней по квадрантам на конденсаторах - пойдет?

Одним из недостатков автогида на ФЭУ считается наличие высоковольтного источника питания. На мой взгляд, получить серьезный электрический удар от подобного источника маловероятно из-за его чрезвычайно малой мощности.

Я бы даже сказал, что при грамотной конструкции высоковольтного преобразователя такой риск равен нулю. Правда, в случае пробоя (пусть и без последствий для наблюдателя) автогид все же окажется неработоспособным... Однако, проблема решается простыми средствами - где-то поставить резиновую влагозащитную прокладку, где-то предусмотреть достаточное расстояние между токоведущими частями...

anovikov:

Автогидирование вебкамерой реализуется вполтыка...
Мне кажется сильно сомнительным, чтобы автогид по схеме Бахтинова обошелся менее чем в ~200 баксов, которые стоит разбитый P1-P2 ноутбук и простецкая вебкамера...

Ну что вы... Здесь народ обсуждает вопросы почти что чистого искусства , а Вы все о баксах, да о баксах...

[lorka]

>>Для формирования сигнала в схеме Бахтинова-Пустыгина используется половина света звезды.

Не совсем так. Можно использовать бОльшую часть света звезды, т.е. делить изображение в соотношении, например, 4/5.

Как это не парадоксально, но это наооборот понизит чувствительность гида. Мы ведь говорим о чувствительности к изменениям светомого потока, вызванным уходом звезды от центра креста нитей. Эти изменения просто "утонут" в общем потоке света от звезды. Для повышения чувствительности гида следует (в вашей схеме) как раз использовать меньшую часть света звезды. Тогда можно увеличить кооффициент усиления ОУ, и изменеия потока от звезды станут более заметными.

Каждый элемент четырехсекторного диода (ФЭУ) самостоятельный приемник, который должен уверенно выделять свет звезды на фоне шума, так что заметного увеличения чувствительности не получится.

Не совсем так. Если вы подразумеваете под шумом 1. фон неба, 2. паразитную засветку, то на все сектора диода они приходят в равном количестве. Но ОУ усиливает разность сигналов от противоположных секторов, и все шумы автоматически вычитаются. На выходе получаем только усиленный полезный сигнал. В вашей же схеме автогида усилитель добросовестно усиливает все шумы и + половину света от звезды. Из всего этого труднее выделить полезный сигнал. Выйгрыш в чувствительности будет не просто заметным, а, как минимум, на порядок и даже больше.

По моим представлениям, при построении двухкоординатного гида (не важно, на ФЭУ,ПЗС или диодах) главная трудность это привод оси склонения. В отличие от часовой оси он должен быть реверсивным и реагировать на очень медленные смещения звезды. Тут много подводных камней.

Согласен. По поводу привода оси склонения у меня уже есть несколько вопросов к вам и Павлу Бахтинову.
Кстати, можно строить автогид и по одной координате если вместо пирамиды взять призму и убрать два фотодатчика.

[Pluto]

>>Как это не парадоксально, но это наоборот понизит чувствительность гида. Мы ведь говорим о чувствительности к изменениям светового потока, вызванным уходом звезды от центра креста нитей. Эти изменения просто "утонут" в общем потоке света от звезды. … Для повышения чувствительности гида следует (в вашей схеме) как раз использовать меньшую часть света звезды.


Тогда изменения могут утонуть в свете фона

Давайте, сразу разделим понятия чувствительности приемника и коэффициента усиления в контуре управления. Чувствительность определяется как отношение сигнал/шум, а коэффициент усиления в контуре как отношение изменения напряжения на выходе датчика к смещению звезды.

Наиболее оптимальный режим ( с точки зрения минимизации влияния флуктуаций яркости звезды и фона) это деление звезды пополам.
Давайте рассмотрим процесс слежения по слабой звезде, яркость которой ненамного превышает яркость фона неба. Действительно, если мы следим по малой части звезды (завышенная чувствительность), то малейшее увеличение яркости фона может заставить привод бросить звезду и двигаться только под сигналом от фона неба (опережение).
В случае, когда мы следим по большей части звезды (малая чувствительность), малое ослабление света звезды или фона также может вызвать потерю звезды (отставание).
Практика показала, что при слежении за достаточно яркими звездами пропорция может меняться в широких пределах.
В предыдущих сообщениях я уже описывал процесс “экспресс контроля” оптимальной чувствительности автогида (контроль напряжения от полностью открытой и полностью закрытой звезды).

>> Не совсем так. Если вы подразумеваете под шумом 1. фон неба, 2. паразитную засветку, то на все сектора диода они приходят в равном количестве. Но ОУ усиливает разность сигналов от противоположных секторов, и все шумы автоматически вычитаются.

Эффективное подавление получается только для синфазных сигналов, например для пульсаций питания и внешних наводок. Собственные шумы приемников и фон неба на разных приемниках (при недостаточной чувствительности) в общем случае таковыми не являются. Так что существенного выигрыша можно не получить. Для полного прояснения этого вопроса надо экспериментировать с конкретными фотоприемниками

Повторюсь. В моем случае не стояла задача выжать из ФЭУ предельную чувствительность. Имеющиеся параметры ФЭУ обеспечивают уверенное слежение по звездам, которые удобно контролировать визуально в 100мм телескоп. При достаточно большом поле зрения фотообъектива (Рубинар 500) проблем с поиском нужной гидирующей звезды не было.
Заметного увеличения чувствительности можно достигнуть простым увеличением напряжения питания ФЭУ (максимальное значение для ФЭУ 141 –2000В).

[Денис Никитин]

По-моему, здесь перемешано описание алгоритма нахождения центра тяжести и алгоритма медианной фильтрации

Ну да, так оно и есть. Просто у меня такое ощущение, что эти процедуры нельзя рассматривать отдельно друг от друга. Меня вообще довольно сильно волнует возможность избавиться от случайных шумов, то есть максимально надежно выделить те пиксели, которые составляют изображение звезды. Я бы даже сказал не совсем от шумов, а от случайных помех, вроде космических лучей. Сколько раз я наблюдал такую ситуацию при работе гида камеры ST-7, когда случайно влетевший в поле зрения автогида космик, вызывал некорректную работу гида.

(вообще-то трудно воспринять идею в пересказе, лучше бы взглянуть на первоисточник - может, обсудим подробности по мылу?).

Ага, уже сканирую, зашлю главу про центр тяжести мылом.

По моим представлениям, при построении двухкоординатного гида (не важно, на ФЭУ,ПЗС или диодах) главная трудность это привод оси склонения. В отличие от часовой оси он должен быть реверсивным и реагировать на очень медленные смещения звезды. Тут много подводных камней.

Это очень интересный вопрос. Например, в азимутальном телескопе двигатели обоих осей постоянно вращаются с какой- либо скоростью, зависящей от текущих азимутальных координат. При этом в течение небольшого промежутка времени можно принять, что скорость вращения двигателя остается постоянной и тогда гидирование осуществляется только изменением скорости вращения двигателя. В случае же экваториального телескопа мы не имеем значительного движения привода оси склонений. Если двигатель шаговый, медленная коррекция, например, в режиме полушага, наверное, вызовет определенные проблемы. Тут нужен реверсивный привод либо с большим передаточным числом, либо переход на микрошаги. Кстати вот еще идейка. Если что, простите за тупость. А что если сознательно ввести погрешность в установку полярной оси (в разумных пределах). Получить тем самым заметный дрейф по склонению, но зато при этом любые смещения звезды по склонению компенсировать только изменением скорости вращения двигателя, без реверса. Это неизбежно вызовет некоторое вращение поля зрения, поэтому я подчеркиваю, величину погрешности в установку полярной оси нужно выбирать в разумных пределах.  

[Александр Л.]

   Вопросы по автогиду на ФЭУ исчерпаны. Павел и Борис огромное спасибо за помощь.

Стробирование видеосигнала аналоговыми ключами (стробы хитрой формы могли бы вырабатываться микроконтроллером), с последующим интегрированием средних уровней по квадрантам на конденсаторах - пойдет?

    Хотелось бы обсудить некоторые вопросы, в основном схемотехнического характера, касающиеся  построения автогидов на ПЗС матрицах, точнее на видеокамерах. Слово схемотехника употреблено здесь в том смысле, что вопросы, касающиеся проблем устойчивости или алгоритмов программной обработки будут опущены.
    В обсуждении прозвучала мысль о простоте повторения аналоговых схем, вот с этого и начнем. Поясню более подробно свое предыдущее сообщение.
    Видеокамера как устройство для автогида хороша тем, что в ней уже существует некая привязка видеосигнала к координатам ПЗС микросхемы в виде строчных и кадровых импульсов.  Перед нами стоит задача нахождения центра звезды аналоговыми методами. Разобьем, как и в случае цифровой обработки некий квадрат из пикселей, в котором находится звезда,  на 4-е квадранта. Неким способом, лучше наверное цифровым автоматом , сформируем 4-е   последовательности стробирующих импульсов, каждая из которых соответствует пикселям своего квадранта. Стробы в каждой серии будут разнесены во времени на значительные временные промежутки, вплоть до полукадра . На выходе аналогового ключа, управляемого одной из серий импульсов мы увидим сигнал, средняя величина которого, есть интегральная яркость квадранта за один кадр . Вопрос, как найти эту величину аналоговыми методами обработки? Схема при этом должна быть простой. Павел, насчет конденсаторов я не понял.
     Наиболее простой в схемотехническом смысле однокоординатный автогид мне видится таким. Цифровым автоматом  ( может хватить и  счетчика если например взять 128-е строки в двух полукадрах) выделяется стробы соответствующие двум соседним видеострокам, причем полным строкам. По данным стробам 2-а амплитудных детектора выдают сигналы соответствующие яркостям частей звезды, запоминаются на схеме выборки-хранения и далее обрабатываются. Существует вероятность замены цифрового автомата на одновибраторы. Такое устройство, возможно ,будет проще, чем автогид с лавинными фотодиодами.

вообще-то трудно воспринять идею в пересказе, лучше бы взглянуть на первоисточник - может, обсудим подробности по мылу?

     Просьба к Teleglasmakery и Павлу Бахтинову не переходить на мыло при обсуждении столь интересных вопросов.

[Павел Бахтинов]

Меня вообще довольно сильно волнует возможность избавиться от случайных шумов, то есть максимально надежно выделить те пиксели, которые составляют изображение звезды. Я бы даже сказал не совсем от шумов, а от случайных помех, вроде космических лучей. Сколько раз я наблюдал такую ситуацию при работе гида камеры ST-7, когда случайно влетевший в поле зрения автогида космик, вызывал некорректную работу гида.

Значит, у товарищей из Санта-Барбары тоже есть недоработки . Мне кажется, с подобными "артефактными" помехами (в отличие, например, от шумов фотоприемника) лучше бороться не на этапе обработки изображения, а уже после нахождения "центра тяжести". Т.е. мы получаем ряд координат центра звезды для нескольких последовательных кадров, и уже этот ряд подвергаем фильтрации (например, тем же медианным фильтром, или каким-то более сложным алгоритмом). Времени это займет явно меньше, а результат, учитывая небольшую вероятность появления таких артефактов в непосредственной близости от ведущей звезды, может оказаться не хуже.

Кстати вот еще идейка... А что если сознательно ввести погрешность в установку полярной оси (в разумных пределах). Получить тем самым заметный дрейф по склонению, но зато при этом любые смещения звезды по склонению компенсировать только изменением скорости вращения двигателя, без реверса.

Идейка вполне разумная... но все же, она скорее из серии "голь на выдумку хитра". Вот если разработчикам не удастся построить автогид, корректно справляющийся с управлением по склонению, то тогда его пользователи смогут в полной мере испробовать подобные хитрости во время наблюдений .
Главная трудность в реализации слежения по склонению - наличие люфта промежуточного редуктора (предполагается, что люфт главной червячной пары уже выбран разбалансом монтировки), и соответствующая "мертвая зона" в характеристике привода. Можно, конечно, бороться с люфтом "в лоб", механическими или программными средствами. Если же мы этого не хотим (например, для того, чтобы наш автогид стыковался с любой более-менее подходящей монтировкой, а не только со специально подготовленной), то единственный, на мой взгляд, выход - сильно ограничить максимальную развиваемую приводом склонения скорость гидирования, с тем, чтобы за время реакции системы выбег привода не превысил заданную величину допустимой погрешности. С учетом того, что быстрых помех по склонению в экваториале, как правило, не бывает, такого решения может оказаться достаточно.


Александр Л.:

Разобьем, как и в случае цифровой обработки некий квадрат из пикселей, в котором находится звезда,  на 4-е квадранта. Неким способом, лучше наверное цифровым автоматом , сформируем 4-е  последовательности стробирующих импульсов, каждая из которых соответствует пикселям своего квадранта. (...) На выходе аналогового ключа, управляемого одной из серий импульсов мы увидим сигнал, средняя величина которого, есть интегральная яркость квадранта за один кадр .

Нечто подобное я и имел в виду. Так почему бы не подать этот сигнал с ключа на аналоговый интегратор (в простейшем случае - даже на RC-цепочку) и не найти таким образом искомую среднюю за кадр яркость? Разумеется, в промежутках между стробами ключ должен не замыкаться куда-то на "землю", а переходить в высокоимпедансное состояние, чтобы заряд емкости интегратора мог меняться только во время действия стробов.

Просьба к Teleglasmakery и Павлу Бахтинову не переходить на мыло при обсуждении столь интересных вопросов

Не беспокойтесь, важная информация мимо форума не пройдет . Речь шла только о том, чтобы предварительно самим разобраться.

[Александр Л.]

Нечто подобное я и имел в виду. Так почему бы не подать этот сигнал с ключа на аналоговый интегратор (в простейшем случае - даже на RC-цепочку) и не найти таким образом искомую среднюю за кадр яркость? Разумеется, в промежутках между стробами ключ должен не замыкаться куда-то на "землю", а переходить в высокоимпедансное состояние, чтобы заряд емкости интегратора мог меняться только во время действия стробов.
 

      Да, так должно получиться. Впрочем, пока я ждал вашего ответа, мне пришла в голову мысль о том, что в случае аналоговой обработки не имеет смысла делать квадрант размерами более одного пикселя. В случае использования ПЗС 1/3 дюйма – типовой для камер видеонаблюдения , размеры квадрата в котором находится звезда будет составлять 14х14 мкм (пиксель 7х7 мкм), и дальнейшее увеличение размеров квадрата будет уменьшать отношение сигнал/шум, поскольку размер дифракционного максимума  гида будет меньше. Поэтому можно обойтись 4-мя амплитудными детекторами и 4-мя схемами  выборки-хранения. Для увеличения полосы захвата  и ведения можно увеличить квадрант до 2х2 пикселя и построить интегратор по предложенному вами принципу.
         Автогиды с аналоговой обработкой сигнала, построенные на видеокамерах, можно собрать ориентировочно на 5-10 микросхемах, большинство из которых аналоговые.
        Теперь об еще одной идее, построения автогида теперь с цифровой обработкой. Идея эта основана на ряде допущений и в ее полной работоспособности я не уверен. Автогид тоже строится на видеокамере.
         Однокристалка широкого применения не способна не только обрабатывать изображение с видеокамеры на лету, но и укладывать информацию о яркости пикселей в память. Поэтому возникла мысль о снижении «быстродействия» камеры путем замены в ней кварца задающего генератора, одновременно и чувствительность возрастет. Полной уверенности в работоспособности камеры, после такой переделки нет, поскольку схема может содержать динамические элементы в цепях ближнего обрамления ПЗС матрицы и АРУ тоже  работать не будет. Т.Е. существует вероятность дополнительной переделки. Вероятнее всего АРУ придется заменить на ручную регулировку. Если выбрать в качестве величины кадровой развертки частоту в 1 ГЦ, то диапазон выдержек камеры будет находиться в пределах 0.01 сек до 1 сек, а однокристалка широкого применения с легкость сможет записывать «видеоданные» в память, обрабатывая их в момент обратного хода луча ~ 20 мс.
          А как увидеть изображение с этой камеры? Вот здесь меня посетила идея в работоспособности которой я не уверен. Применить для монитора графический монохромный ЖКИ. Малые габариты, низкая стоимость, и потребляемый ток в несколько десятков миллиампер, возможность рисовать на экране разные прицелы, zoom. Заманчиво, но только два цвета – черный и зеленый. Как будут выглядеть звезды на таком мониторе?
           Далее требования к ресурсам процессора можно снизить исключив из алгоритма обработку амплитуды сигнала, заменив АЦП компаратором. В этом случае данные для обработки можно брать из видеопамяти монитора. Получается компактное устройство, состоящее фактически из 2-х деталей монитора и однокристалки, с током потребления менее 200 ма вместе с камерой.
             Более всего меня интересуют два момента:
1 – Как будут выглядеть звезды на таком монохромном мониторе?
2-   Допустимо ли исключать из анализа амплитуду яркости звезды?

[Павел Бахтинов]

...мне пришла в голову мысль о том, что в случае аналоговой обработки не имеет смысла делать квадрант размерами более одного пикселя.

Думаю, этого слишком мало. Любой случайный толчок, соринка в редукторе, даже просто турбулентное смещение звезды могут привести к необратимому срыву слежения. ИМХО, разумный размер рабочей области - 10-15 пикселей. Отношением сигнал/шум тут придется в некоторой степени пожертвовать...

...возникла мысль о снижении «быстродействия» камеры путем замены в ней кварца задающего генератора, одновременно и чувствительность возрастет. Полной уверенности в работоспособности камеры, после такой переделки нет...

Мне кажется, вероятность того, что камера после этого окажется работоспособной, невелика. Кроме того, с точки зрения повторяемости схемы другими любителями, наиболее интересным было бы вообще отказаться от переделки камер, используя в качестве входного только стандартный телевизионный сигнал.

Применить для монитора графический монохромный ЖКИ.
...
Заманчиво, но только два цвета – черный и зеленый. Как будут выглядеть звезды на таком мониторе?

Не понял вопроса. Как черные пятна на зеленом фоне (или наоборот) .

Далее требования к ресурсам процессора можно снизить исключив из алгоритма обработку амплитуды сигнала, заменив АЦП компаратором. (...)
Допустимо ли исключать из анализа амплитуду яркости звезды?

При не сильно зашумленном сигнале и правильно выбранном пороге следящая система работать будет. Но, по возможности, лучше бы этого не делать. Прежде всего, при введении в тракт такой сильной нелинейности (компаратор), резко уменьшаются возможности повышения отношения сигнал/шум путем накопления сигнала за несколько кадров.

[lorka]

Решил подбросить дровишек на угасающий костерок нашей темы.

Вопрос П. Бахтинову и Pluto:

1. Некоторые особенности фотоэлектрических гидов вынуждают нас искусственно увеличивать диаметр изображения ведущей звезды. Однако это приводит к снижению точности гидирования и чувствительности гида (причем в одинаковой степени как в схеме Бахтинова-Пустыгина так и в схеме со светоделительной пирамидой).
Вы случайно не проводили количественного анализа этого дела? Мне важно знать насколько я могу увеличить звезду, чтобы это не сказалось на качестве получаемых снимков.

2. Для этого применить расфокусировку, сферическую аберрацию или хроматическую аберрацию. А что лучше?

3. Необходимость гидирования по оси склонений вызвано только неточной установкой полярной оси, или есть еще какие то причины, о которых я не знаю? Если есть, то какую долю от общего "ухода" звезды от центра креста нитей они могут дать (при точности установки полярной оси "обычной" в любительской практике)?

[Pluto]

>>Некоторые особенности фотоэлектрических гидов вынуждают нас искусственно увеличивать диаметр изображения ведущей звезды. Однако это приводит к снижению точности гидирования и чувствительности гида (причем в одинаковой степени как в схеме Бахтинова-Пустыгина так и в схеме со светоделительной пирамидой).

Это НЕ приводит к снижению чувствительности и точности (если расфокусировка в разумных пределах). Рабочая область фотокатода достаточно велика (2-3см), поэтому весь свет от звезды, даже сильно расфокусированной, попадает на него (в отличии от ПЗС, где расфокусировка действительно снижает чувствительность).
Точность тоже не уменьшается, т.к. расфокусировка (в моей схеме) служит для выбора оптимального коэффициента усиления в контуре, т.е. служит как раз для повышения точности.

>>Вы случайно не проводили количественного анализа этого дела? Мне важно знать насколько я могу увеличить звезду, чтобы это не сказалось на качестве получаемых снимков.

Случайно проводил, даже построил математическую модель привода (численное интегрирование уравнений движения), которая неплохо отражала реальную работу автогида.
Оптимальное значение дефокусировки, для моего случая  приведено в статье.
Не очень понятна фраза про качество получаемых снимков, гид и фотокамера это разные оптические системы.

>>Для этого применить расфокусировку, сферическую аберрацию или хроматическую аберрацию. А что лучше?

Расфокусировка лучше, т.к. легко изменяется в необходимых пределах.

>>Необходимость гидирования по оси склонений вызвано только неточной установкой полярной оси, или есть еще какие то причины, о которых я не знаю?

В принципе, наибольший вклад вносит именно неточная установка полярной оси. Но возможны и другие причины – рефракция, гнутие трубы и монтировки…

[Александр Л.]

Применить для монитора графический монохромный ЖКИ.
...
Заманчиво, но только два цвета – черный и зеленый. Как будут выглядеть звезды на таком мониторе?

Не понял вопроса. Как черные пятна на зеленом фоне (или наоборот) .

    Можно конечно и синеньким по черному или красненьким   , но суть вопроса не в этом. Быстрее всего, на таком мониторе все звезды будут иметь одинаковый размер (при нормальном объективе) и одинаковую яркость. Поскольку, кусок неба видимый в такой монитор, в общем случае, не Кассиопея и не Орион, то отождествление данного куска как и выбор звезды для гидирования вызовет определенные трудности. Вопрос, впрочем, не принципиален для этой темы.