Турбулентность vs четкость в лунно-планетной астрофотографии

[kryptonik]

Отделил обсуждение от темы "Луна (фрагменты и ландшафты)"

В данной теме хотелось бы рассмотреть факторы, мешающие при асторосъемке. Если изменить астроклимат в целом мы не можем, то микроастроклимат зоны наблюдения нам доступен, и некоторые проблемы можно устранить, но для этого их надо понимать и уметь различать. В недрах форума имеется подобная информация, но ее было бы полезно собрать и систематизировать. Интересны будут ссылки на проблемы изучения астроклимата вообще. Особый интерес представляли бы исследования астроклимата и сопутствующих факторов, предпринятые самими участниками форума.
Со временем накопленную информацию можно будет проанализировать, обобщить, отредактировать и представить в форме некоего «труда», который  будет полезен не только астрофотографам.

Или раньше с таким не встречался, или не обращал внимания. При записи видео изображение заметно двоилось. Одно было поярче и поустойчивей, второе появлялось периодически. Оно перемещалось относительно первого, но в целом располагалось севернее. На двоение в оптике не похоже - тогда бы оно было постоянным. Привожу два кропа кадров, первый одиночный из ролика, второй после Регистакса. Диаметр кратеров 12км. Если дело в технике, то и ладно, но если это атмосферное явление интересно каков его механизм. Снимал 3 февраля, через несколько часов прошел первый Белорусский фронт.

[kryptonik]

Честно говоря, замучили меня эти атмосферные явления. Как не стараюсь, ничего лучше не получается. Я уж думаю, что делать сменить телескоп и камеру, или место дислокации, гражданство и жену? За всю зиму одна ночь и то двоило. Как-то все-таки странно, что так упорядоченно.
ТАЛ-250К, ЭВС-746, Окулярная камера. Регистакс.

[Сергеич]

kryptonik, Бабиков наверно только и мечтает о таком снимке луны (#5170 №1), в срочном порядке спрячте

[Mihail Sedyh]

Или раньше с таким не встречался, или не обращал внимания. При записи видео изображение заметно двоилось. Одно было поярче и поустойчивей, второе появлялось периодически. Оно перемещалось относительно первого, но в целом располагалось севернее. На двоение в оптике не похоже - тогда бы оно было постоянным. Привожу два кропа кадров, первый одиночный из ролика, второй после Регистакса. Диаметр кратеров 12км. Если дело в технике, то и ладно, но если это атмосферное явление интересно каков его механизм. Снимал 3 февраля, через несколько часов прошел первый Белорусский фронт.

Возможен вариант тепловых потоков или "подушек" внутри трубы - это так сказать "одновременное" двоение, т.е. два изображения одного объекта одновременно присутствуют в фокальной плоскости (и разумеется не совпадают). Эквивалентно динамическому искажению оптики. Должно наблюдаться визуально. При такой короткой трубе и более-менее приличном времени отстоя - маловероятный вариант.
В данном случае (и не только) наиболее вероятен "традиционный" вариант. В последнее время я прихожу к выводу, что турбуленция не очень хорошо апроксимируется кривой Гаусса. Особенно, если основной вклад вносит какой-то один источник тепла (например при балконных наблюдениях - потоки вдоль стены дома), особенно при относительно небольшом количестве кадров (характерно для Луны). Даже визуально обычно легко выделяется несколько основных частот (обычно 3, реже 2) колебаний, каждая из которых имеет "любимую" амплитуду. Кроме того распределение направления смещений неравномерны - как правило основные колебания происходят в вертикальной плоскости (если ветра нет). Т.е. если поснимать какую-нибудь звезду низко над горизонтом при идеальном ведении монтировки с достаточно большим фокусом, а потом сложить кадры в Регистаксе без алигмента, то предполагаю, что все изображения уложатся в некоторые довольно сильно вытянутый эллипс, причем внутри него помимо ценрального максимума могут быть еще несколько кондесаций. Хорошо бы проверить экспериментально, например по Полярной, но она высоковата (впрочем близкие источники тепла должны повлиять)....
Ну и второе слагаемое - черезстрочная матрица. Полукадры всегда снимаются с разницей 20мс безотносительно выдержки (более того, чем короче выдержка, тем более выражено двоение). Т.е. по сути Вы получаете снимки разных (по разному искаженных) объектов на одном кадре (это как двойная экспозиция на один кадр в пленочной фотографии). Алгоритмы деинтерлэйсинга как правило по Луне справляются не очень хорошо. В результате неполностью случайной турбуленции и черезстрочного метода получения изображений набирается достаточно много примерно одинаково раздвоенных кадров, чтобы в результате сложения проявились "дУхи", наиболее заметные на контрастных деталях.
По совокупности всех факторов очевидно, что именно съемка Луны наиболее явно демонстрирует данные явления...
Именно поэтому рейтинг пригодности для планетной съемки камер с черезстрочными матрицами существенно ниже, чем камер с прогрессивной разверткой.
В Вашем случае можно порекомендовать (по мере увеличения издержек):
1) Специальную обработку: все кадры разбираются на поля и далее обработка идет с ними (т.е. вместо 1000 кадров 768х576 Вы будете обрабатывать 2000 кадров 768х288). Двоения гарантированно не будет, немного пострадает вертикальное разрешение.
2) Попробуйте снимать с плотным красным (а лучше ИК-пасс) фильтром. Высокая чувствительность Вашей камеры в ИК и яркость Луны это вполне позволяет. Чем больше длина волны, тем меньше влияние турбуленции. Только вот не знаю как к этому отнесется линзовый корректор клевцова... На чисто зеркальном телескопе это сработает на 100%, на рефракторе вообще не сработает.
3) Смена камеры: Ваша камера помимо черезстрочности работает в полевом режиме считывания (наследство от охранок), т.е. практически в биннинге 1х2 со свигом на строку между полукадрами (подробнее см. соответствующие темы тут и на форуме ЭВС), что практически означает падение вертикального разрешениея в 1,5 раза (зато увеличение чувствительности в 2 раза). Лучше будет камера на ч\б матрице с прогрессивной разверткой. Оптимальным размером пикселя для планетного имаджера считаю 5-7мкм. Соответствующих тем по выбору - масса.
4) Смена места наблюдения. Тут ничего не могу сказать - на Ваше усмотрение.

ЗЫ Во, сколько накатал! Жаль, что через месяц, это сообщение уже никто не найдет и все вопросы будут повторяться...
ЗЗЫ Да вот еще что, можно ловить моменты успокоения атмосферы. При определенных условиях турбуленция может резко снижаться. Чаще всего бывает в вечерние сумерки, длится не более часа.

[kryptonik]

Михаил! Большое спасибо за ответ. Надо над ним поразмыслить. Ваша мысль о том, что турбулентность имеет определенный вектор и частотные составляющие по всей видимости правильная. Вытянутая форма мелких кратеров, наверно по этой причине. При сильной турбулентности у меня и на Венере получались разные рожки. Но как-то мне трудно представить механизм разделения изображения на двое. Получается турбулентность в атмосфере может быть устойчивой и почти оптически точной. Может быть, какие ни будь звуковые волны, порожденные атмосферным фронтом? Или это я хватил? Вообще тема того что конкретно мешает получать хорошие результаты требует освещения, но является отдельной.
 Черезстрочность в данном случае, кажется, не причем. Раздвоенное изображение присутствует на трех-четырех кадрах.

[Mihail Sedyh]

Получается турбулентность в атмосфере может быть устойчивой и почти оптически точной.

Я не очень хорошо знаю аэро/гидродинамику, но представляется логичным, что (по аналогии с течением реки) при заданных скорости течения, вязкости жидкости, рельефе дна
характерный размер неоднородностей будет иметь явно выраженный экстремум и уж точно высокую степень периодичности вплоть до образования устойчивых водоворотов.

Черезстрочность в данном случае, кажется, не причем.

Хм...,да? А что это за горизонтальные черточки такие на самых ярких деталях одиночного кадра?

Раздвоенное изображение присутствует на трех-четырех кадрах.

Это до деинтерлэйсинга или после?
Чтобы двоение было отчетливо видно на каждом кадре желательно выдержку 1/1000 и чтоб частота кадров совпала с "основной частотой турбуленции". А так от ярких деталей будут "хвосты" разной длины и степени явности, заметить которые на одиночном кадре затруднительно. Но после сложения Регистакс чисто статистически посчитает что "там что-то есть" и все это проявится после шарпинга.
Кстати, если двоящихся кадров относительно много, то Регистакс может периодически выравнивать кадры: "нижнее" изображение одного с "верхним" изображением другого. Так можно добиться даже "троения".

[kryptonik]

Аэродинамика наука довольно смутная, даже в прикладных аспектах. Об оптической аэродинамике я ничего даже не слышал. Вы склоняетесь к тому, что мы имеем дело с одним изображением, которое мечется, имея несколько предпочтительных положений? Я с камерами так глубоко как Вы не знаком. Я пробовал в в. Дубе разные способы деинтерлейсинга ничего не менялось. Имеем четыре кадра подряд устойчивого двоения, или восемь полукадров. Может быть перед телескопом периодически проходила волна теплого воздуха, перекрывая только часть апертуры, у меня это возможно.

[Mihail Sedyh]

Вы склоняетесь к тому, что мы имеем дело с одним изображением, которое мечется, имея несколько предпочтительных положений?

Ну можно и так сказать.. Или лучше представте, что Вы сидите на берегу моря и наблюдаете за видимым положением камешка на дне...   А на берег накатывают легкие волны....

Имеем четыре кадра подряд устойчивого двоения, или восемь полукадров. Может быть перед телескопом периодически проходила волна теплого воздуха, перекрывая только часть апертуры, у меня это возможно.

Если разобрать кадры на полукадры (до интерлейсинга) и на отдельном полукадре будет двоение, то скорее всего Вы правы. Если двоение - только результат сборки кадра из немного разных полукадров, то причина та, что я описал.

[Дмитрий Маколкин]

Позволю себе вмешаться в дискуссию.
У меня была возможность сравнить съёмки на АПО 150мм и Маке 180мм. Для телескопа без ц.э. двоения практически не было, с ц.э. - хорошо заметный эффект. Я думаю, что к двоению приводит сочетание ц.э. и определённого характера турбулентности, в данном случае - типа потока неоднородностей.
Кстати, Виталий Шведун вытянутость получает довольно часто, при этом жалуется на плохую атмосферу.
Решающим был бы эксперимент с дополнительной съёмкой планетной камерой зафокала, когда мы фокусируемся на неоднородности в атмосфере. При этом направление потока хорошо заметно, и можно сравнить это направление потока с направлением двоения.

[Earthwalker]

Или у соседей работала стиральная машина  Это я к тому, что возможно это вибрация пола?

[Vitaliy]

Позволю себе вмешаться в дискуссию.
У меня была возможность сравнить съёмки на АПО 150мм и Маке 180мм. Для телескопа без ц.э. двоения практически не было, с ц.э. - хорошо заметный эффект. Я думаю, что к двоению приводит сочетание ц.э. и определённого характера турбулентности, в данном случае - типа потока неоднородностей.
Кстати, Виталий Шведун вытянутость получает довольно часто, при этом жалуется на плохую атмосферу.
Решающим был бы эксперимент с дополнительной съёмкой планетной камерой зафокала, когда мы фокусируемся на неоднородности в атмосфере. При этом направление потока хорошо заметно, и можно сравнить это направление потока с направлением двоения.

Я смотрел визуально на ноуте звезды, звезды были черточками. Помница что внефокалы были нормальными (но могу ошибаться).
Я как буду снимать поснимаю и звездочки.

З.Ы. Даешь выделение в отдельную тему.

[kryptonik]

Или у соседей работала стиральная машина  Это я к тому, что возможно это вибрация пола?

Стиральная не стиральная, а был такой эпизод. Во время записи изображение задергалось. Я, матерясь, выключил запись, поскольку решил, что это опять пожарные машины прыгают через лежащих полицейских на полной скорости. Но нет, никаких машин на улице не было, а дрожание продолжалось несколько минут, довольно изрядное и специфичное. И только потом я понял, что это было по всей вероятности небольшое землетрясение. И я упустил возможность записать нечто вроде сейсмограммы. Чувствительность этого метода довольно высокая. Но вот не знаю, что будет, если наблюдать с земли. В центральной России сила землетрясений может быть до 3-х балов, а микроземлетрясения не должны быть особой редкостью.
А тема может называться примерно «Астрофотография и астроклимат» и не должна превратиться «Деревню Гадюкино смыло метеорным потоком» или как там?

[Vitaliy]

Иногда такие поезда проходят, что диван трясется, посуда дребезжит и цветы качаются.

[kryptonik]

Поезда это серьезно, это не фонари из воздушки гасить. Но в принципе брянские ЛА в 41-43гг успешно справлялись и с этой проблемой.

[Tony]

Добавлю, что частенько сталкиваюсь с таким явлением у себя на балконе. Для себя сделал вывод, что это – следствие преобладающих токов теплого воздуха вдоль дома или от ближайших труб котельных. На зафокале ярких звезд в такие моменты обычно хорошо видны пролетающие в одном направлении темные и яркие сгустки (проход воздушных линз). Видеороликов не делал, но при соответствующей погоде сделаю. Поезда рядом не ездят, хотя под балконом проходит достаточно оживленная улица, а примерное в 1.5 – 2 км дальше шумит МКАД. Есть подозрение, что нагретый воздух от потока машин так же заметно ухудшает стабильность изображения.

[varta]

Высокочастотные колебания атмосферы имеют порядок 1/500 сек. "Мгновенную картину трудно наблюдать непосредственно" см.книгу "Телескопы" под редакцией Койпера.,Москва 1963 г.,  издательство "И.Л." В статье говорится,что света при таких малых экспозициях света недостаточно для обычной фотографической техники.Но сейчас ,при использовании CCD планетарных камер ,экспозиция 1/500 сек. и меньше уже достижима.

[VJiK]

Такое двоение заметно на очень многих фотках даже у признанных гуру иногда встречается.
И что я заметил они все снимают на камерах в видео режиме...
На своих снимках я такого не замечал. Но я снимаю с улицы и в режиме фото. 
Если это был бы чисто эффект турбулентности, то он бы и у меня проявлялся хоть иногда.

[kryptonik]

Поскольку начавшуюся дискуссию выделили в отдельную тему, может быть целесообразно ее расширить и рассмотреть все факторы, мешающие при асторосъемке?
 Если изменить астроклимат в целом мы не можем, то микроастроклимат зоны наблюдения нам доступен, и некоторые проблемы можно устранить, но для этого их надо понимать и уметь различать. В недрах форума имеется подобная информация, но ее было бы полезно собрать и систематизировать. Интересны будут ссылки на проблемы изучения астроклимата вообще. Особый интерес представляли бы исследования астроклимата и сопутствующих факторов, предпринятые самими участниками форума.
Со временем накопленную информацию можно будет проанализировать, обобщить, отредактировать и представить в форме некоего «труда», который  будет полезен не только астрофотографам.
Не стоит ли нам поработать в этом  направлении?

[Smirnov Andrey]

Поскольку начавшуюся дискуссию выделили в отдельную тему, может быть целесообразно ее расширить и рассмотреть все факторы, мешающие при асторосъемке?
 Если изменить астроклимат в целом мы не можем, то микроастроклимат зоны наблюдения нам доступен, и некоторые проблемы можно устранить, но для этого их надо понимать и уметь различать. В недрах форума имеется подобная информация, но ее было бы полезно собрать и систематизировать. Интересны будут ссылки на проблемы изучения астроклимата вообще. Особый интерес представляли бы исследования астроклимата и сопутствующих факторов, предпринятые самими участниками форума....

Не стоит ли нам поработать в этом  направлении?

Некоторое время назад я пытался поднять эту тему в несколько ином ракурсе "Как предсказать спокойную/неспокойную атмосферу". Это вот здесь https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,35328.0.html
Но тема, к моему удивлению, довольно быстро заглохла.

[kryptonik]

Но тема, к моему удивлению, довольно быстро заглохла.

«Там собрался у ворот, этот, как его?  Народ.» Но действительно странный. Обсуждать погоду обожает, но почему-то только самый черный вариант, когда ничего не видно. Можно предположить, что народу важен сам процесс, тогда результат его особо не волнует. «Я детей не люблю, но сам процесс  мне нравится»