Вопрос по астрофотографам

[SIGMA]

Сразу скажу что опыта астрофото у меня, опыта визуала пока тоже (форумный астроном), зато есть шило в заднице много энтузиазму, времени, и желания изобретать велосипед.
Конкретнее - вопрос по погрешности угловой скорости. В идеальном случае, то есть на абсолютно жесткой, невесомой, без трения, в идеальном газе, без аббераций, и при чистом чистом небе, и тд, чтобы сделать хорошую фотографию, нужно (грубо говоря) навестись на звезду, включить фотоаппарат, и поворачивать телескоп вокруг оси R.A. со скоростью ω = 15". Само собой, что есть погрешности двигателя, редуктора, не точно может быть выставлен полюс, кошка прыгнула на телескоп, и тд. Хочу оценить с какой погрешностью можно выдавать эти 15".

Поле зрения ψ, угл.сек.". Наблюдем обьект, ведем его со скоростью ω = 15" в течении времени t, c. Соответственно на небе он прошел некоторый угол φ = ωt. И тут, через то самое время t, после окончания сьемки, бац, мы видим, что обьект от первоначального положения в поле зрения сместился, на величину Δφ, например 0,005ψ, в общем случае kψ (под этим всем бредом я имею ввиду, что если мы делали фото размером 1000х1000 пикселов на все поле зрения, то конечная картинка от начальной "сьехала" на 5 писелей, тоесть на 0,5% от величины поля зрения, тоесть звезда размером 5х5 пикселей на картинке будет уже 10х5 пикселов, короче характеризует отставание, или опережение, в долях поля зрения). Тогда, очевидно (следует из того что Δφ/φ = Δω/ω, время то одно и тоже), легко оценить относительную погрешность угловой скорости - ε = Δφ/φ = kψ/φ = kψ/ωt, а с ней и абсолютную - Δω = ωε = ωkψ/ωt = kψ/t. Как видно, чем дольше выдержка, тем больше требования к точности (меньше абсолютная погрешность), чем больше поле зрения, тем требования к точности меньше (оно и понятно, если снимаешь 1 градус, то погрешности в одну секунду не страшно, а если снимаешь 10секунд, то это уже аж 10%).



Для примера, возьмем вот эту картинку. На глазок, допустим что тут около одного градуса (это М5). То есть 3600". Допустим что при выдержка у нас 180сек. И коэффициент "размазывания" (а он будет характеризовать именно размазывание, тоесть картинка будет "отставать" от своего начального положения (или опрережать), тем самым давая след на фотопластине) k = 0.005, хотя на самом деле это чуть более чем дохрена для хорошей фотографии, (а вот при 0.001 уже почти не заметно, что картинку размазюкало).

Тогда:

Δω = kψ/t = 0,005*3600/180 = 0,1"
ε = Δω/ω ~ 7% .

Тоесть заключение - эти 7% (или около процента при k = 0.001) нужно раскидать на погрешности двигателя, редуктора, и выставления полюса.

Внимание вопрос - все ли верно? 

[SIGMA]

На самом деле, что то 15" в секунду это охренеть как очень мало, этож какое передаточное отношение редуктора надо иметь? Что вобще за двигатели используются в часовых механизмах?

[Piter_Korn]

Что вобще за двигатели...

В подавляющем большинстве - шаговые, в режиме микрошага.

[Грехов Михаил]

этож какое передаточное отношение редуктора надо иметь? Что вобще за двигатели используются в часовых механизмах?

Там вся фишка не в двигателях, а в редукторах. После шагового двигателя (который сам вращается с не очень большой скоростью контроллером) следует понижающий промредуктор, а затем червячная передача. При этом на ней частота вращения понижается во много десятков раз (80... 150... 300 запросто может быть) В зависимости от размера телескопа, монтировки. Ну а червячный венец сидит уже на валу.

В прошлом веке как правило применялись синхронные двигатели (стабилизированные врещениемэлектронным блоком с "кварцем") с планетарными редукторами и промредукторами, а затем тоже вращение передавалось на червячную передачу.

Короче для телескопа-астрографа червячная передача-проверенное "классическое" решение.

Затем прибавляются всякие вредные явления, которые могут ухудшать точность ведения. Среди них можно выделить:

1. Неточность установки полярной оси (всегда будет, невозможно установить совсем "в ноль")
2. Периодическая ошибка (из-за свойств самого редуктора механика то отстаёт от звезды, то опережает) со своим спектром. Основная гармоника на червячной передаче. Размах примерно в хороших монтировках 5-10 секунд)
3. Рефракция. Звёзды по небу перемещаются не математически и как бы поднимаются над горизонтом на довольно приличный угол (до 45 минут). И вместо захода звезда как бы стремиться ещё некоторое время оставаться выше - это свойство земной атмосферы. то есть реальное небо нельзя представлять математически точной сферой.
4. Деформации элементов монтировки (валы, их корпуса всё гнётся... хоть на малый угол, но заметно)
5. Вибрации (от ветра, ходьбы рядом с телескопом и т.п.). 

Все эти помехи значительно позволяет исправить система автогидирования - параллельно основному тракту телескопа устраивается вспомогательный, работающий в режиме обратной связи с восприятием звезды на свою ПЗС-матрицу. Порой даже пристраивают отдельный телескопчик вспомогательный - автогид. Сигнал с этой ПЗС ежесекундно снимается, поступает в компьютер и анализируется специальной программой отклонение с точностью до 0.1 пиксела. Компьютер рассчитывает поправку и передает её электронике монтировки по USB например, чтобы та автоматически по обоим осям отслеживала звезду (подкрутив или недокрутив червячную шестерню). И так каждую секунду.

Всё это позволяет вести монтировку с пророй с высочайшей точностью (до 0.5" дуги). Этой точности хватает, чтобы без смаза запечатлеть объект на довольно крупном телескопе.  Дальнейшее повышение точности бессмысленно, ибо такое качество изображения дадут не все телескопы. Многое что размывает атмосфера. Для наших условий изображение уже хорошее, если размытие не более 2" дуги.

[SIGMA]

Всем спасибо, стало понятнее.

В подавляющем большинстве - шаговые, в режиме микрошага.

И сколько у такого двигателя шаг? Про микрошаги не слышал, знаю что обычно шаговые двигатели работают примерно по 1,8˚±5%

Для наших условий изображение уже хорошее, если размытие не более 2" дуги.

"В ваших условиях" обычно какие поля зрения подлежат сьемке? Градус и более? Ведь, если снимать 10", то 2" вобще не даст никакого изображения.


Еще вопрос, а не проще вместо 5-ти фото по 180 секунд делать 1000 фото по секунде? Или есть существенная разница?

[Грехов Михаил]

И сколько у такого двигателя шаг? Про микрошаги не слышал, знаю что обычно шаговые двигатели работают примерно по 1,8˚±5%

Вот примерно такие (200 шагов на оборот) и ставят+ микрошаговый режим, который позволяте сделать работу двигателя более плавной.

"В ваших условиях" обычно какие поля зрения подлежат сьемке? Градус и более? Ведь, если снимать 10", то 2" вобще не даст никакого изображения.

А что вы собрались снимать 10" полем? Диск Сатурна-уже 20", Юпитера - 35...45", Урана и Нептуна в районе 3-5". Это очень малое поле даже для планетной фотографии. Там поля примерно в 2-3 раза больше планеты. То есть 2-3' дуги
А планетное фото-совсем другой случай. Там съёмку ведут совсем по-другому. По сути дела делают видеозапись изображения планеты и потом складывают и усредняют кадры, отбирая лучшие. При этом выдержка на отдельном кадре может быть уже доли секунды.

Еще вопрос, а не проще вместо 5-ти фото по 180 секунд делать 1000 фото по секунде? Или есть существенная разница?

Да, есть. На односекундной выдержке не получить хорошей проработке объекта. и на такой фото соотношение сигнал/шум будет катастрофически малым и ничего не вытянуть. Поэтому 5 по 180 лучше.

[Fantom]

Про микрошаги не слышал, знаю что обычно шаговые двигатели работают примерно по 1,8˚±5%

Информации в инете полно, например тут (первое попавшееся в гугле) http://darxton.ru/articles/cnc-drive/mikroshag-shagovyj-dvigatel/

ато есть шило в заднице много энтузиазму, времени, и желания изобретать велосипед...."В ваших условиях" обычно какие поля зрения подлежат сьемке? Градус и более? Ведь, если снимать 10", то 2" вобще не даст никакого изображения.

Есть время и желание для чего?
Если хотите заняться астрофото, то зачем так глубоко лезть в теорию, если изобрести велосипед новую монтировку (устройство ведения телескопа) то видимо стоит ознакомиться с тем что уже есть в серийном изготовлении и в свободной продаже.  Кроме того если говорить о реальных системах которые используют ЛА то их разрешение редко превышает 1"/pix (не по планетам, а по дипскаю) , что приблизительно соответствует разрешению атмосферы. Давайте говорить о реальном железе и реальных возможностях.

[SIGMA]

Если хотите заняться астрофото, то зачем так глубоко лезть в теорию

Да вы знаете, можно купить самый большой крутой телескоп с go-to, комплект дорогущих окуляров за сотни евро, тыкать кнопки и куда то смотреть, что то видеть. Зачем понимать как там все устроено, телескоп думает за меня.

[dont_panic]

Да вы знаете, можно купить самый большой крутой телескоп с go-to, комплект дорогущих окуляров за сотни евро, тыкать кнопки и куда то смотреть, что то видеть. Зачем понимать как там все устроено, телескоп думает за меня.

Так точно! Наконец-то можно сосредоточиться на красотах вселенной, на том, ради чего все это

[Fantom]

Да вы знаете, можно купить самый большой крутой телескоп с go-to, комплект дорогущих окуляров за сотни евро, тыкать кнопки и куда то смотреть, что то видеть. Зачем понимать как там все устроено, телескоп думает за меня.

Ни коим образом не против знания теории и даже за.  Однако хотел поинтересоваться все таки реальной стороной дела. Что планируете снимать и каким инструментом.

[SIGMA]

Да ничего я не планирую снимать. Рано мне еще пока Просто интересно как работает. "Двигатель крутит монтировку" - это не ответ, поэтому хочется ряд подробностей. В конце концов кому то нравиться конструировать, кому то эксплуатировать.

[Fantom]

Понятно. google.com вам в помощь, там все это есть в подробностях.

[SIGMA]

Ну, на самом деле далеко не так. Многие важные вещи спрятаны в книгах, гуглом они не индексируются. Нужна была, одна время, литература по термоанимометрам и вобще методам измерения характеристик турбулентности в потоке жидкости, фиг там, есть странцы с упоминаниями, проиндексированные библиотекой нефтегаза, зато вот сами книги полностью сложно найти даже в специализированных колхозах по этой теме. Поэтому я обычно пользуюсь проверенным методом - иду в университет на соотв. кафедру и нахожу там самого бородатого профессора Обычно они с радостью делятся знаниями.

[Грехов Михаил]

Так почитайте Сикорука Л.Л. "Телескопы для любителей астрономии"  и "Любительская астрофотография". Там азы теории и практики... для начала понимания хватит. А потом можно переосмыслить всё это на современный лад компьютерных технологий и ПЗС. Можете почитать Олега Милантьева от А до Я:

http://oleg.milantiev.com/material/?id=607