Турбулентность vs четкость в лунно-планетной астрофотографии

[nickhard]

Пожалуй соглашусь - для искажения луча света имеет значение перемещение (и перемешивание) потоков с разными плотностями.

[kryptonik]

Эх не получилось дискуссии.
Тема началась с двоения изображения. Однако механизм двоения за счет турбуленции или чего другого за счет тепловых потоков представляется смутно. Вместе с тем давно известно т.н. двулучевое преломление. В газах оно может в частности происходить под воздействием электрического поля. Склонные к этому молекулы выстраиваются упорядоченно и изображение начинает двоиться. При этом одно изображение обычное, а другое поляризованное. В реальной атмосфере присутствуют подходящие молекулы воды и вполне приличные электростатические поля. Но имеет ли место само явление? Это легко проверить. Если будет обнаружено двоение надо применить поляризационный фильтр.
Но возможно ложное двоение. Допустим на изображении имеется узкий яркий элемент. А дрожание изображения упорядочено, и перпендикулярно длинной стороне. Тогда  изображение не размоется в равномерную полоску, а будет фиксироваться в крайних положениях. Это при визуальных наблюдениях, но и Регистакс может изображение разделить. А если частота колебаний и частота кадров кратны хотя бы временами, эффект двоения точно будет.

[Дмитрий Маколкин]

Хочу поднять старую тему, которая, впрочем, никогда не потеряет актуальности
Тут в форуме уже отмечалось, что на некоторых лунно-планетных снимках часто получается "потяжка" или смаз деталей в одном направлении, как, например, на показанной ниже картинке.
Показанный ниже кадр снят при высоте Луны над горизонтом равной 37 градусов, съёмка велась без фильтра.
С помощью программы для подсчета атмосферной дисперсии, задавшись спектральным диапазоном от 420 до 900нм получаем, что атмосферная рефракция равна не много не мало 1.2".
Попробуем привязаться к размерам кратеров на дне Платона. Самые большие имеют размер 2.4 - 2.7км. На расстоянии 384000км это даст угловой размер примерно 1.3", т.е. эта величина примерно соответствует  атмосферной дисперсии на момент съёмки.
Вот мы и выловили причину смаза.

Что было бы при использовании фильтров?
Оранжевый фильтр с коротковолновой границей 580нм даст величину дисперсии 0.46"
Светло-красный с границей 600нм даст 0.4"
Темно-красный с границей 650нм даст 0.3"
Astronomics IR Pro 742nm даст 0.15"
Съёмка в полосе В от 400 до 500нм даст 0.62"
Съёмка в G от 500 до 600нм даст 0.33"
Съёмка в R от 600 до 700 даст 0.2"

Программу для расчета прилагаю, взято отсюда: http://www.paquettefamily.ca/astro/star_study/

Вот и получается, что в наших условиях устройства для коррекции атмосферной дисперсии - насущная необходимость. Фаза Луны не всегда достаточно велика чтобы иметь много света для короткой выдержки в фильтром, и наши широты не располагают к съёмкам при высоком положении Луны над горизонтом в отличии от наших коллег в более южных странах...

Не знаю, наскольк актуальна эта проблема для дипскайщиков, приглашаю их тоже высказываться.

[Mihail Sedyh]

Дим, вот Миша Бондаренко снял Юп недавно на цветную камеру на высоте 25*.

Как с этим быть?

[kryptonik]

Все-таки виден не совсем смаз, а несколько довольно четких линий. У меня после обработки в Регистаксе  они видны лучше. А снималось все с красным фильтром. Его полоса пропускания мне не известна, но чистую рефракцию он показал бы иначе, да и была бы она на всех снимках. А так - периодически. Я списал было это на свою технику, но у Вас аналогично, так сказать независимое подтверждение явления. Телескопы, правда, одинаковые, но чтобы они одинаково и закривили… .

[Дмитрий Маколкин]

Все-таки виден не совсем смаз, а несколько довольно четких линий.

Не уверен. По-моему - чистый смаз. Просто в кадре нет точечных объектов, поэтому и сложно

У меня после обработки в Регистаксе  они видны лучше. А снималось все с красным фильтром. Его полоса пропускания мне не известна, но чистую рефракцию он показал бы иначе, да и была бы она на всех снимках. А так - периодически.

Согласитесь, величина эффекта смаза зависит от многих факторов, не только от дисперсии, воздействие струйных течений тоже нельзя исключать, как нельзя и исключить неравномерное охлаждение главного зеркала за счёт воздушных потоков в трубе при отсутствии сильного ветра.
Эффект дисперсии легко вычисляем, и учитывая его всегда можно понять, что именно вызвано им, а что - иными факторами, требующими дальнейших исследований.

Я списал было это на свою технику, но у Вас аналогично, так сказать независимое подтверждение явления. Телескопы, правда, одинаковые, но чтобы они одинаково и закривили… .

Значит эффект вне телескопов, или, по крайней мере - не только в телескопах...

[Забелин Илья]

 Как по мне, так я вижу дифракционные двоения, усиленные сложением кадров. Вы усиливаете дифракционные кольца у точки с помощью сложения в сотни раз. У кривой линии это проявит себя в виде чередующихся светлых и темных абрисов вокруг нее.
 А направление движения турбулентных потоков создают направление смаза этих абрисов.

   С уважением Илья

[Дмитрий Маколкин]

Как по мне, так я вижу дифракционные двоения, усиленные сложением кадров.

   С уважением Илья

Илья, если ты о кайме вокруг мелких кратерочков - это артефакты деконволюции.

[Забелин Илья]

 Считаю, что деконволюция усиливает этот эффект. Я это наблюдаю и на одиночных кадрах.

   С уважением Илья

[kryptonik]

получаем, что атмосферная рефракция равна не много не мало 1.2".

Дисперсия или рефракция? Смаз от дисперсии должен быть виден еще лучше на звездах. Все они должны выглядеть спектриками, на горизонте так оно и есть, но чуть выше это пропадает или переходит в разряд тонких эффектов. На снимках дипскайщиков такого не увидишь – все звезды точки. При хорошей атмосфере, естественно. На длинном фокусе они редко снимают, но явно проблем с дисперсией они не имеют.
А деконволюции в моей обработке отсутсвует.

[Тот самый Кеплер]

Не знаю, наскольк актуальна эта проблема для дипскайщиков, приглашаю их тоже высказываться.

Дима,
касаемо атмосферной рефракции и дисперсии как дипскайщик скажу, что снимая на FSQ с большой матрицей ниже 30о сложить картинку без применения ирисовского global matching с affine transformation практически невозможно. Т.е. проблема есть, но и решение тоже есть есть. Оно работает, нужно ли изобретать какое-то устройство - для дипская скорее всего не нужно. Особенно, если ты снимаешь в фильтрах, а не на цветную матрицу.

[Дмитрий Маколкин]

получаем, что атмосферная рефракция равна не много не мало 1.2".

Дисперсия или рефракция? Смаз от дисперсии должен быть виден еще лучше на звездах. Все они должны выглядеть спектриками, на горизонте так оно и есть, но чуть выше это пропадает или переходит в разряд тонких эффектов. На снимках дипскайщиков такого не увидишь – все звезды точки. При хорошей атмосфере, естественно. На длинном фокусе они редко снимают, но явно проблем с дисперсией они не имеют.
А деконволюции в моей обработке отсутсвует.

Именно дисперсия, т.е. разность рефракций для разных длин волн.
Звёзды вытянутые в спектр на ч.б. камере выглядят именно так, как приведено в статье, ссылку на которую я дал выше.
Тонкие эффекты становятся толстыми, когда начинают давать помеху, сравнимую с регистрируемыми деталями. Выяснить, когда дисперсия начинает мешать - это и есть задача, котрую я пояснил выше.

[Дмитрий Маколкин]

Не знаю, наскольк актуальна эта проблема для дипскайщиков, приглашаю их тоже высказываться.

Дима,
касаемо атмосферной рефракции и дисперсии как дипскайщик скажу, что снимая на FSQ с большой матрицей ниже 30о сложить картинку без применения ирисовского global matching с affine transformation практически невозможно. Т.е. проблема есть, но и решение тоже есть есть. Оно работает, нужно ли изобретать какое-то устройство - для дипская скорее всего не нужно. Особенно, если ты снимаешь в фильтрах, а не на цветную матрицу.

Андрей, спасибо за комментарий.
Я думаю, что мы тут действительно ведем речь об эффектах вторичных по отношению к самой атмосферной рефракции. Величина дисперсии на порядки меньше величины рефракции, но если с рефракцией можно бороться с помощью афинного преобразования в дипах или многоточечным выравниванием в лунных съёмках, то дисперсия вытягивает точку в спектр, длина которого может быть сравнима и даже превосходить предельное разрешение в планетной съёмке.

[Дмитрий Маколкин]

Дим, вот Миша Бондаренко снял Юп недавно на цветную камеру на высоте 25*.
...
Как с этим быть?

Миш, думаю что следствием именно дисперсии стала овальность тени от спутника. И хотя каналы цветной картинки можно и нужно двигать для их взаимного выравнивания, то изображение в каждом канале вполне может быть потянуто дисперсией...

[kryptonik]

В статье полоса зеленого и синего фильтра шире, чем у красного. А как обстоит дело с реальными фильтрами? В системе RGB например? Для лучшего разрешения в цвете надо переходить на фильтры равной ширины? Узкополосные фильтры существенно лучше? И вообще: где выход из этого исхода? Синий канал считался шумным, но дисперсия в причинах не упоминалась, это тоже надо осмыслить.

[Дядя Лёша]

дисперсия вытягивает точку в спектр, длина которого может быть сравнима и даже превосходить предельное разрешение в планетной съёмке.

 Точно, Дима! Вот одиночный кадр из ролика снятого камерой DBK21AF 27 августа. Оригинальный масштаб. Ганимед и Европа вытянуты в спектры.

[Pilgrim]

Скажу тоже как дипскайщик. Когда снимаю дипскай на высоте менее 40-50^о и с фокусом 1200мм, пиксель 6.4мкм, то всегда всегда (на 720мм иногда, когда объект пониже), после сложения разделяю снимок на r,g,b и выравниваю r и b по зелёному каналу.

Если снимаю южные объекты, делаю это до сложения (сразу после калибровки) для всей серии, т.к. высота и соответственно, величина дисперсии, сильно меняется за время фотосессии.

Без этого на ярких звёздах видно каёмку с одной стороны синюю, с другой красную, которая сильно вылезает если усиливать цвет. Для широкоугольных снимков, как правильно сказал Андрей (Кеплер) более важна не дисперсия, а сама рефракция - портит общую геометрию кадра и требует применения более сложных алгоритмов вырванивания.

з.ы. Но вообще, дипскайщиков эта проблема не сильно заботит. При нашей-то атмосфере, когда уложить всю ночную серию даже в 3.0" уже солидное достижение, а разрешение 1.5"-2" практически возможно лишь при диком везении, или применении спец-техник (планетарки шлёпать короткими экспозициями с последующим выбрасыванием кадров).

[Mihail Sedyh]

В статье полоса зеленого и синего фильтра шире, чем у красного.

Полагаю, это сделано спецом для автоматического получения правильного ББ с учетом характерной кривой чувствительности матриц. Заодно режется натриевое световое загрязнение.

А как обстоит дело с реальными фильтрами? В системе RGB например?

Дык это и есть реальная РЖБ...

Для лучшего разрешения в цвете надо переходить на фильтры равной ширины?

Не совсем понял термин "разрешение в цвете", и что является переменной составляющей... Если нужен непременно правильный ББ, то кривые фильтров должны быть согласованы с кривой чувствительности камеры и с физиологическим восприятием цвета человеком. Указанный в статье набор примерно этому соответствует. Если вопрос о дисперсии, то она очень сильно зависит от длины волны, и чтобы смаз от дисперсии был одинаков в разных каналах надо синий фильтр делать очень узким, зеленый можно шире и красный  можно делать очень широким. О правильном ББ в данном случае речь не идет. Если видимый диапазон просто разделить на три равные (в нм) части, то получиться что-то среднее: правильного ББ не будет и синий будет размазан сильнее остальных.
Кстати, можно сделать вывод, что интерференционные широкополосные фильтры с резкими фронтами и прямоугольной кривой должны давать лучшую, в смысле контраста (ну и энергетически тоже), картинку по сравнению с филььтрами из цветного стекла с плавными кривыми.   

Узкополосные фильтры существенно лучше?

Да! Во всех аспектах, кроме энергетического.

И вообще: где выход из этого исхода?

Выход для чего? Как бороться с дисперсией? При съемке дипов на фокусах до 1,5м и не очень низко над горизонтом на дисперсию наверное можно просто забить... Луну можно снимать в красном или ИК. Для планет - несколько хуже, нужен достаточно узкий синий фильтр, что с учетом низкой чувствительности камеры в этом участке спектра потребует увеличить выдержку или\и усиление.

[Алексей из Новгорода]

Хочу поднять старую тему, которая, впрочем, никогда не потеряет актуальности
Тут в форуме уже отмечалось, что на некоторых лунно-планетных снимках часто получается "потяжка" или смаз деталей в одном направлении, как, например, на показанной ниже картинке.
Показанный ниже кадр снят при высоте Луны над горизонтом равной 37 градусов, съёмка велась без фильтра.
С помощью программы для подсчета атмосферной дисперсии, задавшись спектральным диапазоном от 420 до 900нм получаем, что атмосферная рефракция равна не много не мало 1.2".
Попробуем привязаться к размерам кратеров на дне Платона. Самые большие имеют размер 2.4 - 2.7км. На расстоянии 384000км это даст угловой размер примерно 1.3", т.е. эта величина примерно соответствует  атмосферной дисперсии на момент съёмки.
Вот мы и выловили причину смаза.

Что было бы при использовании фильтров?
Оранжевый фильтр с коротковолновой границей 580нм даст величину дисперсии 0.46"
Светло-красный с границей 600нм даст 0.4"
Темно-красный с границей 650нм даст 0.3"
Astronomics IR Pro 742nm даст 0.15"
Съёмка в полосе В от 400 до 500нм даст 0.62"
Съёмка в G от 500 до 600нм даст 0.33"
Съёмка в R от 600 до 700 даст 0.2"

Программу для расчета прилагаю, взято отсюда: http://www.paquettefamily.ca/astro/star_study/

Вот и получается, что в наших условиях устройства для коррекции атмосферной дисперсии - насущная необходимость. Фаза Луны не всегда достаточно велика чтобы иметь много света для короткой выдержки в фильтром, и наши широты не располагают к съёмкам при высоком положении Луны над горизонтом в отличии от наших коллег в более южных странах...

Не знаю, наскольк актуальна эта проблема для дипскайщиков, приглашаю их тоже высказываться.

вот это да! то есть, если я все правильно понял-
следует действовать так- расчитать угловой размер минимальных деталей которые разрешимы при предпросмотре, затем подобрать фильтр, из списка гасящий дифракционные кольца в данном диапазоне и ведем сьемку- все верно?

[Smirnov Andrey]

вот это да! то есть, если я все правильно понял-...

Нет, понял неправильно.
 

...
следует действовать так- расчитать угловой размер минимальных деталей которые разрешимы при предпросмотре, затем подобрать фильтр, из списка гасящий дифракционные кольца в данном диапазоне и ведем сьемку- все верно?

Следует применять фильтр, если апертура позволяет применять короткие экспозиции. А "гасить дифракционные кольца" -  это аподизирующую диафрагму надо  . Но не заморачивайтесь, она вам не поможет повысить разрешение  .