Наивные вопросы про спектроскопию

[Дмитрий Маколкин]

Но усреднять пиксели в пределах каждого столбцп будет корректнее.

Согласен, это было бы хорошо! Проблема в том, что изображение звезды (в нулевом порядке), а вместе с ним и соответствующая мгновенная полоска спектра (толщиной в один пиксел) "гуляет" во всех направлениях (ошибки ведения монтировки, атмосфера и пр.), в результате чего спектральные линии получаются случайно волнистыми. Я уже думал над тем, какой алгоритм применить, но пока чёткого решения не придумал. Но подумаю ещё..

А, растягивание спектра поперек дисперсии делается суточным движением? Или как? Тогда остается просто нарезать спектр на полосы пиксельной ширины и складывать с одновременным выравниванием вдоль направления дисперсии. Примерно так же, как это делается в планетной обработке.

[Михаил Марычев]

А, растягивание спектра поперек дисперсии делается суточным движением? Или как? Тогда остается просто нарезать спектр на полосы пиксельной ширины и складывать с одновременным выравниванием вдоль направления дисперсии. Примерно так же, как это делается в планетной обработке.

Да, растягивание получается именно так. На своей монтировке SW Star Adventurer для регистрации спектров звезд я просто ставлю скорость ведения 0.5 или 2 по отношению к звездной. Можно и просто остановить ведение. Очевидно, выбор множителя зависит от склонения объекта съёмки, от яркости объекта, и фоновой засветки неба, при заданной экспозиции и ISO. Насчет нарезки спектра на горизонтальные однопиксельные полоски и их последующего совмещения - такая мысль просится сама, вопрос только, сможет ли "типовой лунно-планетный софт" складывать такие данные, или придётся писать отдельную программу (или plug-in).

[krussh]

Но усреднять пиксели в пределах каждого столбцп будет корректнее. Вот только кто бы такой плагин написал?

Собственно так и надо делать - суммирование пикселей поперек дисперсии. Это позволяет поднять С/Ш для экстрагированного спектра.
Самый простой способ для этого - maxim_dl инструмент horizontal box в окне line profile.
Visual Spec еще лучше. Естественно все это есть в IRAF и Midas, etc.

Для тех, кто не боится Python - есть полный пакет для обработки спектров (математика, экстракция, калибровка по длинам волн). Делал для школьников, поэтому все предельно просто и интуитивно понятно.

[Zvezda]

Эх, Стар Аналайзер крутая штука. Но не по карману с нынешним-то курсом ( Результат прекрасный просто

[Грехов Михаил]

А так ли он вам нужен? Если у вас самоцель-получение спектров метеоров?

Метеор-явление скоротечное и не всегда яркое. Посему нам выгодно максимально увеличить чувствительность системы. И так при их фотографировании не всегда получаются прямо выжженые пикселы на всей траектории. Дифракционная решетка все-же имеет ряд порядков. - это раз. и центральный яркий максимум(белый) - два. И получается так, что лишь незначительная часть света будет использована для полезного спектра. А нам это надо?

Это звезды и светят и светят.... и их свет можно копить и минутами и часами.

Объективная призма в этой связи куда лучше. Итоговый КПД будет куда выше дифрешетки.   

[krussh]

И получается так, что лишь незначительная часть света будет использована для полезного спектра.

~70%

[Грехов Михаил]

Неужели 70? Если от дифрешетки скажем будет 2-3 порядка да в обе стороны - это уже никак не более 25%? (интересует то только один и в одну сторону). Даже если весь свет пойдет на дифракцию....

[krussh]

Неужели 70? Если от дифрешетки скажем будет 2-3 порядка да в обе стороны - это уже никак не более 25%? (интересует то только один и в одну сторону). Даже если весь свет пойдет на дифракцию....

решетка чуть сложнее, чем учат в школе)
есть решетки с профилированным штрихом и максимум в нужном порядке (почти все, в том числе и StarAnalizer)
есть эшелле-решетки, которые работают в 50-100 порядке (пореже)
есть VPHG решетки с эффективностью почти 100% (объемные фазовые голографические решетки)
есть даже гризмы - помесь решетки и призмы.

https://en.wikipedia.org/wiki/Blazed_grating
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=1123
http://www.edmundoptics.com/optics/gratings/transmission-gratings/2934/

[Zvezda]

Дифракционная решетка все-же имеет ряд порядков. - это раз.

Могу сказать, что мои попытки делать широкоугольные спектры с сд-диском провалились. В самом деле не хватает света. Поэтому призма. Но у меня еще вопрос. Нашла тут из учколлектора спектроскоп однотрубный, внутри обнаружила призму Амичи, небольшую. У меня завалялся Индустар старенький, с небольшим диаметром объектива. Светосила там как везде на такого рода объективах. Попробую призму Амичи поставить перед таким объективом. Должно получиться попроще - призма-то прямая. Странно, что никто так не делает. Наверное, есть засада. Но я попробую

[krussh]

Могу сказать, что мои попытки делать широкоугольные спектры с сд-диском провалились. В самом деле не хватает света.

даже с расческой было бы лучше)
нужно определиться с требуемым спектральным разрешением, размером приемника и полем зрения. из этого можно считать фокус объектива и выбирать призму или решетку.

Странно, что никто так не делает.

вот для этого гризмы с VPHG идеально подходит. только стоит прилично.

[Zvezda]

нужно определиться с требуемым спектральным разрешением, размером приемника и полем зрения

Пока речь идет только о широкоугольном сканировании неба с целью получения спектра метеоров. Все прочее - эксперименты, не более, попробовать, если это ничего не стоит.

[krussh]

Пока речь идет только о широкоугольном сканировании неба с целью получения спектра метеоров. Все прочее - эксперименты, не более, попробовать, если это ничего не стоит.

т.е. поле максимальное, приемник - то, что есть и разрешение - какое получится)
недорогие призмы можно посмотреть вот здесь:
https:///ссылка запрещена правилами форума//item/40-40-40MM-BK7-Glass-Equilateral-Prisms-Triangular-Prisms/32643510914.html?spm=2114.13010608.0.0.hRRp0I

есть опыт работы с Python? Я как раз дописываю утилиты для работы со спектрами для школьников. Программки позволяют делать математические операции с кадрами, проводить экстракцию спектра, строить дисперсионную функцию. Могу поделиться.

[Михаил Марычев]

Нашла тут из учколлектора спектроскоп однотрубный, внутри обнаружила призму Амичи, небольшую. У меня завалялся Индустар старенький, с небольшим диаметром объектива. Светосила там как везде на такого рода объективах. Попробую призму Амичи поставить перед таким объективом. Должно получиться попроще - призма-то прямая. Странно, что никто так не делает. Наверное, есть засада. Но я попробую

У меня тоже когда-то был такой маленький ручной однотрубный спектроскоп. Там внутри действительно призма Амичи, но у неё линейная апертура (поперечник) в районе 5-6 мм. Подозреваю, что светосила комбинации этой призмы даже с указанным объективом будет низкой, тем более, что рабочие грани призмы Амичи достаточно сильно наклонены к оси системы - за счет этого будут заметны френелевские потери при отражениях на этих гранях. На практике для оценки основных параметров имеет смысл получить с этой системой фото спектра какого-нибудь яркого компактного обычного источника. Сгодится спираль лампы накаливания, или можно взять фонарик с ярким белым светодиодом (на смартфоне такой тоже бывает). Если попробуете, будет интересно узнать результат.

[Михаил Марычев]

есть опыт работы с Python? Я как раз дописываю утилиты для работы со спектрами для школьников. Программки позволяют делать математические операции с кадрами, проводить экстракцию спектра, строить дисперсионную функцию. Могу поделиться.

Насколько понимаю, вопрос был обращен ко всем участвующим в обсуждении, поэтому отвечу. К сожалению, с Python я предметно не знаком. Но если Ваши утилиты для школьников, то они, полагаю, имеют графический интерфейс и ими удобно пользоваться. Если так, то любой пользователь сможет оценить их. Интересно было бы посмотреть!
Что касается меня, то для своих вычислений предпочитаю использовать Mathcad (конкретно версию Mathcad 2001 Professional). Конечно, я немного знаком с рядом программ для работы с оптическими спектрами (Isis, BASS, SpectroTools, Visual Spec), но мне последние года два стала интересной задача оценки эффективной температуры фотосфер звезд путём регистрации их спектров в видимом диапазоне, и их последующей аппроксимации кривой Планка. Конкретно этой задаче в указанных программах почти не уделяется внимания. В лучшем случае есть опция рисования поверх спектра звезды, откалиброванного по интенсивности, кривой Планка с задаваемой пользователем температурой, что в принципе даёт возможность "на глаз" грубо подогнать и оценить значение искомой температуры.
Мне захотелось подойти к этому с помощью более-менее автоматизированной процедуры, которая позволяла бы находить наиболее подходящую под эмпирический спектр кривую Планка с помощью стандартных методов аппроксимации зависимостей (метод наименьших квадратов).
Поскольку мне удобнее вычислять в Mathcad, то заодно там же мне удобно делать все необходимые первичные действия с изображением полоски спектра - считывание изображения, разделение цветовых каналов в отдельные матрицы чисел; "вырезание" полосок спектров и таких же по высоте полосок, содержащих только фон; суммирование яркостей пикселов в каждом столбце - "схлопывание" матрицы в одномерную зависимость интенсивности от горизонтального номера пиксела, как для полосок спектров, так и для полосок с фоном; вычитание фоновой составляющей из спектров; калибровка спектра по длинам волн, вычисление обратной линейной дисперсии (обычно по линиям серии Бальмера);  калибровка спектра по интенсивности с помощью предварительно оцененной спектральной функции чувствительности системы (передаточной функции, или instrumental response)), и после этого финишный этап - аппроксимация откалиброванного эмпирического спектра с помощью кривой Планка, и оценка соответствующей температуры (фотосферы звезды).
В качестве иллюстрации даю ссылку на распечатанный в формате pdf файл рабочего документа Mathcad, в котором показан пример выполнения вышеописанных действий:
https://yadi.sk/d/eLdXh9CQ37RSKv
Программа пока в разработке, в том числе нуждается в документировании (буду дописывать текстовые комментарии к выполняемым функциям прямо в теле рабочего документа Mathcad). Если кто заинтересуется, могу дать исходный рабочий файл "Spectroscopy.mcd" (для версии Mathcad 2001 Professional).
Студентам, слушающим курс атомной физики, я это дело показывал - удобно на таких живых примерах объяснять им вещи, связанные с законами излучения абсолютно черного тела. Ещё я по этой теме делал маленький доклад на Слете любителей астрономии 5-6 сентября 2015 г. в Спортивно-оздоровительном лагере "Заря" (организатор - ННГУ им. Н.И. Лобачевского), и на конференции «Актуальные проблемы астрономии и астрономического образования 2016» (8-9 ноября 2016 г., ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород). В рассмотренной задаче есть масса нюансов, но думаю, что она всё-таки может рассматриваться как хороший вариант познавательной астрофизической учебно-исследовательской работы для школьников или студентов.

[krussh]

Большое дело! Но Mathcad платный. Надо посмотреть, есть ли у нас подписка в университете.

[Михаил Марычев]

Большое дело! Но Mathcad платный. Надо посмотреть, есть ли у нас подписка в университете.

Согласен, платный. Каюсь, но я использую пиратскую версию. Извиняют меня два обстоятельства - во-первых, применяю эту великолепную программу сугубо в образовательных целях, во-вторых, имеет место "срок давности" - использую старую версию Mathcad 2001 с 2000 года (он появился именно тогда), при том, что с тех пор разработана куча новых версий, и кроме этого, Mathcad был передан в компанию PTC, в которую влилась Mathsoft (изначальный разработчик).
Если вернуться к сути дела - рабочие алгоритмы читабельны и понятны настолько, что их можно запрограммировать в чём угодно.
Кстати, на сайте PTC можно попробовать скачать версию PTC Mathcad Express - это официальная бесплатная облегченная по сравнению с PTC Mathcad Prime 3.1 версия; возможно, её функциональности хватит.

[Михаил Марычев]

Кстати, на сайте PTC можно попробовать скачать версию PTC Mathcad Express - это официальная бесплатная облегченная по сравнению с PTC Mathcad Prime 3.1 версия; возможно, её функциональности хватит.

Попробовал. К сожалению, функции чтения данных из графических файлов в этой версии недоступны, также как и возможности делать программные вставки.

[Хрущев]

Михаил, а каким фокусом делали? Хороший результат

135 мм. Основная аппаратура такая: камера Sony NEX-5 (матрица 4592 × 3056 пикс.), объектив - MC Юпитер-37А (3.5/135), на фронтальной линзе объектива закреплён Star Analyser 200-F (трансмиссионная дифракционная решётка 200 штрихов на мм., в оправе, с максимумом блеска в одном из двух дифракционных максимумов первого порядка). Обратная линейная дисперсия около 1.92 ангстрем на пиксел.

Михаил, скажите а в чем отличие этой решётки от star analyser 100?

[Михаил Марычев]

Михаил, скажите а в чем отличие этой решётки от star analyser 100?

Отличие дифракционных решёток в этих моделях одно - плотность штрихов, то есть их число на единицу длины. У Star Analyser 100  - 100 штрихов на мм, у Star Analyser 200-F - 200 штрихов на мм. Понятно, что для получения той же линейной дисперсии, как для SA200, в случае с менее "плотной" решёткой SA100 придётся использовать объектив с вдвое большим фокусным расстоянием. Это скорее минус чем плюс, учитывая небольшой диаметр обеих решёток, при том, что спектральная разрешающая способность для SA100 будет в любом случае ниже. Выбор зависит от решаемой задачи, от наличия тех или иных объективов, от размера фото- или видеоматрицы. Последнее обстоятельство может оказаться решающим - если матрица маленькая, то со SA200 и спектр и изображение объекта в нулевом дифракционном порядке могут не поместиться одновременно на кадре, что затруднит поиск и идентификацию объекта съёмки, а также калибровку спектра по длинам волн. В случае небольшой диагонали матрицы фотокамеры можно будет использовать SA100 и, возможно, получится подобрать более короткофокусный объектив и охватить большее поле зрения (засветка от фона неба на кадре будет больше, но зато этот вариант лучше подойдёт для регистрации спектров метеоров).
Конструктивное отличие изделий в целом тоже одно - высота кольца оправы решёток. У Star Analyser 200-F оно более низкое (так называемый low profile design, высота кольца около 5 мм (без учета его резьбовой части)), что даёт возможность использования SA200 в случаях, когда важен минимальный вертикальный габарит, например, для колеса фильтров (кажется, буква F в названии модели намекает именно на это (Filter wheel)).

[Хрущев]

Спасибо за разъяснение! Вы используете са 200 перед объективом 135 мм и кропнутой зеркалкой, скажите, а с телескопом ведь тоже можно эту решетку использовать? В данном случае она устанавливается перед матрицей? А как быть со спектрами, чтобы поместился нулевой порядок нужно пододвигать решетку к матрице? Возможно это на обычных зеркалках или уже зеркало будет мешать? Фокус 1500 f/10.