Активная, Адаптивная Оптика и автогидирование

[lorka]

А если фоткается планета, как по планете детектировать изменения волнового фронта? Есть идеи?

Схема "4 ФЭУ + светоделительная пирамида", в принципе, одинаково хорошо справляется как с "точками" (звездами), так и протяженными объектами (даже неправильной формы и неравномерно освещенными). Она автоматически "нацеливается" на "центр яркости" объекта (который всегда находится внутри объекта, но с его "геометрическим" центром может не совпадать). Главное, чтобы соблюдались два требования:
1. При турбулентном "дрожании" объект или его часть никогда не должны выходить за пределы входных окон ни одного из ФЭУ или экранироваться диафрагмой.
2. При турбулентном "дрожании" в поле зрения ФЭУ не должны попадать посторонние источники.
Эти проблемы достаточно легко решаемы, если дифрагма ирисовая.

ПЗС-кам, думаю, это будет труднее.

Я это понимаю так - тот факт, что частота коррекции, требуемая адаптивной оптикой, составляет десятки герц и выше, объясняется тем, что с такой скоростью меняется наклон волнового фронта. Значит, даже за относительно короткое время планетной экспозиции волновой фронт успеет многократно переколбасить. Или я не прав?

Все зависит от экспозиции, с которой снимается планета.
Давайте посчитаем: при частоте дрожания 50 Гц планета за 0.02 сек. успевает сместиться в сторону и вернуться обратно  . Правда на такой частоте амплитуда дрожания несколько меньше, что тоже очень важно...
Ну, в общем, я не знаю  .
А какие экспозиции используются при "отбраковке и наложении"? Просветите кто нибудь.

[Александр Л.]

А какие экспозиции используются при "отбраковке и наложении"? Просветите кто-нибудь.

      По моей личной небольшой практике, чем меньше тем лучше. Использовал обычно 1/100, 1/250 сек, короче не получается – не хватает чувствительности и растут шумы.  На самом деле мало помогает эта самая короткая выдержка. На мой взгляд, при сложении кадров растет разрешение за счет роста сигнал/шум для слабоконтрастных деталей изображения, а разрешение для  высоконтрастных ( штриховых) деталей не растет. Просто сложение большого числа кадров настолько увеличивает сигнал/шум, что позволяет использовать глубокую нерезкую маску без ухудшения изображения. Хорошие снимки получаются только при малой турбуленции.

[lorka]

Просто сложение большого числа кадров настолько увеличивает сигнал/шум, что позволяет использовать глубокую нерезкую маску без ухудшения изображения.

В общем то я подозревал, что этот метод основан на другом принципе. Тем более, в профессиональной практике сложение большого числа кадров дает хороший эффект и для "больших" туманностей.
Впрочем, в определенной степени при "хорошей" атмосфере низкочастотная составляющая турбулентного дрожания для планет (не для "больших" туманностей) должна компенсироваться уже при выдержках 1/100, 1/250 сек. Но это только при условии, что все кадры удастся четко "центрировать". Я видел такие кадры, деталей не разобрать. Совершенно не представляю себе как это можно сделать. Может есть какая то "хитрая" программа?
Александр Л. расскажите поподробней как вы сводите снимки.

[Алексей Юдин]

В профессиональной практике сложение применяется по неколько другим соображениям, таким как ненасыщение приёмника, исключение неоптических помех(частицы высоких энергий и пр.), усреднение дефектов приёмника, рефракция, требование получения длительных экспозиций и вопросы, связанные с механикой. А турбуленцию оно не компенсирует, только С/Ш улучшает. А складывать можно не только сами снимки, но и их фурье-преобразования.

[lorka]

Чего, блин, только не придумают  .

[Александр Л.]

        Пользуюсь двумя способами.
1 – Ручное кадрирование при помощи k3ccdtools - http://www.pk3.org/Astro/index.htm?software.htm . Программа поддерживает обработку AVI роликов полученных с неподвижной монтировки. Поэтому для видеопоследовательности достаточно указать 2-е реперных точки – одну на первом, вторую на последнем  кадре. Далее программа сама просчитывает необходимый сдвиг промежуточных кадров.
2- Автоматическое сложение при помощи программы Registax http://aberrator.astronomy.net/registax/ . В этом случае на первом кадре видеопоследовательности ставится реперная точка, таким образом, чтобы в ее окрестности перепады контрастности были велики. Далее программа сама складывает кадры видеопоследовательности, находя соответствующие точки на других кадрах самостоятельно.
K3CCDTOOLS работает быстро, поэтому вторую реперную точку можно подвигать, поскольку координаты ее выводятся на монитор. Оба способа дают примерно одинаковый результат.

[lorka]

Ну похоже при удачном выборе реперной точки дрожание до определенной частоты тоже компенсируется. Причем, чем меньше выдержка, тем больше частота.
Александр Л., а вы можете здесь сейчас выложить один "типичный" кадр из видеопоследовательности, скажем, Юпитера или Марса?

[Александр Л.]

            С собой дисков с роликами не ношу. Дома можно чего-нибудь нарезать. Луны много, Марса не снимал, Юпитер есть, но качество плохое. Завтра чего-нибудь будет. Могу переслать и целый ролик на мыло, если перевести в MPEG, то будет 3-4 мб. Но вам, для обработки надо будет выполнить обратную операцию перевести из MPEG в неупакованный AVI.

[Александр Л.]

[Arkady Vodyanik]

Покажу и я свой материал. Снято 23 августа, через 80мм рефрактор. Кадры идут подряд (выдержка авто -2, примерно ~0.1с). Видно, и искажение формы диска и размытие, и изменение яркости от кадра к кадру.
Даже только полярная шапка имеет везде разные очертания. Внизу - стек из отобранных 20 кадров (из 44). Критерий отбора - примерно одинаковая форма диска:

[Александр Л.]

Нет, не на заказ. У меня зеркало вообще "бытовое" . Ну, не совсем "бытовое" (это зеркальце от приставки к фотоувеличителю, для проекции слайдов на стену), но оптическое качество его мне неизвестно.

      Павел, а не могли бы Вы назвать модель фотоувеличителя, припоминаю, что какая-то УПА была с такой приставкой, но номер модели не помню? Вы ведь брали зеркало из узкопленочного фотоувеличителя?

[Павел Бахтинов]

Совершенно верно, УПА-603.

[Александр Л.]

     В системе автогидирования  камера +notebook+ примочка +пульт телескопа notebook заменен на КПК - http://pocketguider.rajiva.de/ . С КПК используется плата видеозахвата, которая вставляется вместо flash карты - http://www.expansys.de/product.asp?code=LR159 . Соответственно для гида используется видеокамера высокой чувсвительности.
В качестве примочки используется некое устройство называемое MultiConnector - http://astronomie.rajiva.de/astronomie/selbstbauadapter_de.pdf . При помощи примочки КПК подсоединяется к практически любым монтировкам - http://astronomie.rajiva.de/astronomie/multiconnect.htm . Программу для КПК можно скачать здесь  в немецком и английском вариантах - http://astro.schmid-koenig.de/software/_softwareBlank.htm        . Похоже это пока единственный любительский проект такого типа. Поскольку обладаю рудиментарными знаниями в немецком (когда-то учил, но забыл), не могу гарантировать, что где-то не ошибся. Кроме того, остались невыясненными несколько вопросов.
1-   Можно ли скачать микропрограммы для примочки, схема есть.
2-   Как подсоединяется примочка к КПК.
Компьютерная система с КПК более интересна чем с notebookом , поскольку обладает меньшей потребляемой мощностью и габаритами.

[Денис Никитин]

1-   Можно ли скачать микропрограммы для примочки, схема есть.

Вообще-то предлагается купить готовую примочку. Но, вот эта фраза Die Platine mit den 2 Mikroprozessoren, zum Selbstbau, gibt es auch bei mir. означает, что для самостоятельной постройки, можно заказать у автора плату и два микропроцессора, по всей видимости уже с микропрограммой. Что в принципе нормально, в сети есть много проектов, где все разложено по полочкам, начиная от принципиальной схемы, и кончая детальными туториалами...нехватает одного какой-нибудь 50-100 байтной прошивки для микроконтроллера или ЕПРОМ. И скачать ее нельзя, только покупать у автора.  

[Александр Л.]

    Ну, и не грамма не огорчился, поскольку делать всё равно не собирался, а поместил сообщение просто для информации. Да и КПК у меня нет. Скоро, думаю, появится какой-нибудь открытый проект. Кстати, советую полазить по сети по теме КПК и автогид кому интересно. Случайно нарвавшись на этот немецкий сайт, немножко полазил по google, конструкции на продажу есть еще, а может и еще чего нибудь есть - искал ненапряжно. А система с КПК значительно более интересна чем с нобуком.

[Александр Л.]

   Не знаю чего там немцы намудрили на микропроцессорах. Мне так видится решение такой задачи. Так предполагаю, что в любом КПК есть sound blaster c выходом на наушники. Если не задаваться целью объять необъятное, а рассматривать лишь задачу нажимания кнопок пульта управления, то можно поступить  следующим образом. Считать, что например сигнал частотой в 200 гц. вырабатывается при необходимости нажать кнопку Юг, 1000 гц Север, ну и т.д. для четырех кнопок. Тогда примочка будет содержать фильтры и интеграторы выход которых подключается к реле, т.е. будет очень простой. Можно конечно задачу усложнить и сделать последовательный интерфейс на основе двух частотных посылок, реализовать протоколы goto для нескольких монтировок,  и т.д. , здесь уже без микропроцессора никуда. Сколько помню кто-то из участников темы пишет программу для гидирования ?  

[Anton]

Сколько помню кто-то из участников темы пишет программу для гидирования ?  

Пишем, пишем, хотя она в принципе уже написана давно.

[Anton]

Софт практически готов, осталась только косметика.

F=7200 мм, первые 80 секунд без гидирования, потом включился автогид. Итого ошибка полных 4 секунды, из которых 2 секунды - это измеренный шум атмосферы. Максимального быстродействия гида (5 импульсов коррекции в секунду) более чем достаточно, чтобы побороть мою 6 секундную ВЧ периодику.

[Александр Л.]

Решил освежить интересную ставшую архивной тему.

      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?

 

 

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

    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.
 

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.
 

   Появилась возможность изготовить часть обсуждаемого устройства, благодаря неожиданному появлению свободного времени. Изготовлен микропроцессорный контроллер формирующий стробы для нарисованного на экране ЭЛТ монитора  бокса.
Несколько более подробно. Для формирования стробов использовано готовое устройство, предназначенное для врезки надписей в видеосигнал ASV-TIT -   http://www.asv-technics.ru/product/p_tit.php . Подобные устройства применяются в охранных системах для формирования надписей на охранных мониторах. Устройство имеется в продаже и стоит приблизительно 500 руб. для Москвы. Титлер выполнен на AVR однокристалке AT90S2313-10PI. Схему естественно пришлось снять. Не вникая в подробности могу объяснить, что возможность формирования врезки надписей в видеосигнал со столь слабым микропроцессором объясняется тем обстоятельством, что для фазовой привязки изображения к началу строки микропроцессор останавливает свой собственный генератор, который запускается синхросмесью кадровых и строчных импульсов, точнее запуск осуществляется по окончанию любого кадрового или строчного синхроимпульса. Точность привязки составляет 25 нс, т.е. приблизительно 1/2500 строки. Синхросмесь формируется насыщенным транзисторным ключом, поэтому долговременный и температурный дрейфы определяются временем отпирания и запирания этого ключа и вряд ли превышает те же самые 25 нс.
Некоторые соглашения. Для простоты будем считать, что камера формирует сигнал в 640 пикселей по горизонтали. В этом случае, поскольку однокристалка может формировать импульсы на портах В/В длительность которых составляет 100 нс, изображение вдоль строки формируется  640 дискретами, каждый из которых формируется одним пикселем матрицы видеокамеры. А для фокусного расстояния гида 1300мм, каждый пиксель соответствует одной угловой секунде. Для устройства была написана новая микропрограмма формирующая на экране монитора следующее изображение.

[Александр Л.]

Реально изображение выглядит более симпатично и нарушения геометрии связано с недостатками оцифровки видеобластером. Микропрограмма определяет полукадры изображения и формирует изображение в каждом из них. Для тренировки, сначала, были нарисованы два креста. Вертикальная черта имеет толщину в один пиксель, а горизонтальная в одну строку в каждом полукадре. Размеры линий крестов соответствуют 10 угловым секундам, отверстие внутри правого креста 2х2 угловых секунды. Ниже сформирован бокс. Его размеры 20 пикселей на 20 строк. Толщины креста 2 пикселя и две строки. Отверстие в центре имеет размеры 4х4 угловых секунды. Помимо изображения микропроцессор формирует пять стробирующих импульсов 1-ый соответствует положению луча развертки в двух левых квадрантах бокса, 2-ой двух правых квадрантов бокса, 3-ий двух верхних квадрантов бокса, 4- ый двух нижних квадрантов бокса, а 5-тый положению луча развертки во всех квадрантах бокса. Устройство можно использовать для визуального гидирования с видеокамерой и монитором

Прежде чем делать дополнительную схему управления, для превращения данного устройства в автогид, хотелось бы посоветоваться.

  Систему управления я представляю себе так. Для простоты обсуждения только для прямого восхождения, поскольку второй канал почти аналогичен. Две RC цепочки с аналоговыми ключами, управляемые стробами соответствующими правым и левым квадрантам (см схему). Далее следует дифференциальный усилитель усиливающий напряжение между точками 1 и 2 ПИ регулятор и ШИМ управляющий кнопками пульта.
Какие вопросы меня мучат.
1.   Выбор постоянной времени цепей интегрирования. С одной стороны частота следования импульсов от изображения звезды составляет 1 мгц, и чсатота среза цепочек может составлять десятки кгЦ, с другой можно выбрать частоту среза в единицы ГЦ и получить подавление мерцаний звезды и увеличить с/ш.
2.   Коэффициент передачи пропорционального звена определяется только максимальной скоростью коррекции при полном уходе звезды в правые или левые квадранты?
3.   Исходя из каких соображений выбирать  начальное значение параметров интегрального звена?
4.   Нужна ли система привязки уровня черного?
5.   Делать ли ШИМ или сразу изготовить пульт с аналоговым входом?