Теоретический подход к выбору пары камера/телескоп

[Grinder]

Дык сиинг - это же не гибридный параметр, учитывающий все характеристики атмосферы. Стоит так же обратить внимание, что там присутствуют и прозрачность атмосферы и влажность. По аналогии можно было бы задать вопрос - как же это влажность может быть низкой в облачную погоду - облака же типа мокрые...

Сиинг измеряется по реальным наблюдаемым звездам. Данные графики показывают, что "измерения" происходили каждую (!) ночь. Вы сами из Питера. Сколько у вас было ясных ночей было в Октябре - Ноябре прошлого года ? Я не знаю, каким образом там считается их "сиинг" и что они вообще вкладывают в это понятие.

Ага. А температуру измеряют градусником, и у каждого метеоролога карманная машина времени

7Timer - это прогноз, поэтому измерение по реальным звездам здесь не применимо.

Меня интересовало другое: те 0.5" сиинга, которые оно рисует в прогнозе - кто либо фиксировал с поверхности реальным телескопом? Может у кого то есть хоть какая-то накопленная статистика правдивости их прогноза?

[Garmisch]

Меня интересовало другое: те 0.5" сиинга, которые оно рисует в прогнозе - кто либо фиксировал с поверхности реальным телескопом? Может у кого то есть хоть какая-то накопленная статистика правдивости их прогноза?

Если вкратце, то сиинг спланировать невозможно. Поэтому все подобные прогнозы не имеют никакого отношения к реальности.

[Anton]

Если вкратце, то сиинг спланировать невозможно.

Юр, чуть-чуть все таки возможно.
При прочих равных условиях он существенно зависит от скорости джетстрима.
Помнится оптимальные значения от ~20-70 км/час.
В NM достаточно четко отслеживается.
Те если полный штиль или наоборот, 100 км/ч, то можно даже не дергаться, какашка в пять секунд гарантирована, а деньги потрачены зря.

Что по теме, то сиинги и Найквисты - это конечно здорово, но в условиях нашей раши, чаще всего, не особо актуально. Погода бывает слишком редко, световое загрязнение, как правило, убийственно. В таких условиях какой уж там сиинг и сколько пикселов на fwhm - глубоко пофиг. В 99% приступы астрофотографизма выливаются в выставление полярки и отчаянную борьбу с автогидом на рассвете. До наслаждения согласованностью телескопа с приемником дело обычно уже не доходит. 

[Garmisch]

Юр, чуть-чуть все таки возможно.

Согласен, но это выходит за рамки текущего обсуждения  Конечно, есть определенные корреляции между различными метеорологическими параметром и сиингом, но по большому счету все сводится к прогнозам "сегодня по идее ночь будет неплохой". Даже у нас в горах сиинг может меняться весьма значительно в течение ночи. Помимо джетстрима есть еще масса локальных эффектов, которые существенно влияют на формирование сиинга.

Что по теме, то сиинги и Найквисты - это конечно здорово, но в условиях нашей раши, чаще всего, не особо актуально.

Я с тобой полностью согласен. Но вопрос по теме был теоретический, ну вот теорию и обсудили  В остальном, конечно, практика все расставляет по своим местам.

[Grinder]

На правах ТС и понимая как бывает сложно собрать из разрозненных мнений требуемую мозаику, подвожу итог дискуссии. Возможно только промежуточный.

1. При определении реального разрешения телескопа нужно учитывать состояние атмосферы тех мест где будет проводиться съемка.
2. Для телескопов с апертурой 200 и более определяющим является атмосферное разрешение.
3. Атмосферное разрешение рекомендуется определять опытным путем, несмотря на то, что существуют сервисы типа 7Timer, делающие прогнозный расчет сиинга. Полагаться на конкретные цифры, предоставляемые этими сервисами нельзя, однако, на статистически значимых выборках они скорее всего будут коррелировать с реальной ситуацией.
4. При применении теоремы Найквиста, нужно использовать размер диагонали пикселя

Таким образом, для сиинга 1.5" и камеры с пикселем 5 мкм получаем рассчет длинны фокуса для желаемого телескопа с апертурой >=200:

SQRT(5^2+5^2)/1,5*206*2 = 1942 мм

И обратная задача: для сиинга 1.5" и телескопа с фокусным расстоянием = 2800 величина пикселя будет рассчитана
=SQRT(((2800*1,5)/(206*2))^2/2) = 7,2 мкм
 
---

Все ли верно?

[zlyden]

Мне вот интересно, про относительное и поле зрения никто не говорит....
При 200мм и фокусе почти 2м имеем примерно 1/10 и поле зрения со спичечный коробок...

[bigol]

Коробок-не коробок, а достаточно много объектов, которые влазят в это поле даже без редюссера. С кэноном получается 27'х18'. Конечно, это не для туманностей огромных и т.п., но галактики, шаровики и т.п. - вполне.
А про всякие джеты и их влияние на сиинг можно еще пытаться изучать прогнозы meteoblue.com , они там подробнее расписывают всякие атмосферные слои. Правда, бесплатно только на 3 дня.  Ну и при большом желании можно набрать достаточную статистику, чтобы знать какие параметры что сулят.

[Grinder]

Мои недавние метания на форуме, связанные с выбором рефрактора/ричи или "чего-то еще отличного от быстрого ньютона" для астрофото, навели меня на мысль, что кроме численного сравнения разрешения пары камера-объектив, необходимо учитывать еще и время выдержки для каждой пары, необходимое для достижения одинакового результата. Это в общем-то очевидный факт, но я не нашел нигде методики численного сравнения. Говорят, что для более длинного фокуса необходим более крупный пиксель. Возникает вопрос: насколько более крупный, а также как при этом изменится время выдержки?

Поэтому, предлагаю на суд общественности небольшую табличку с описанием сути моих размышлений. На 100% правильность не претендую, прошу поправить, если допустил ошибку или зашел совсем не в ту степь.

Какие факторы влияют на количество фотонов, собираемых одним пикселем? Ровно три:

- площадь входного отверстия в мм
- площадь пикселя, на которой эти фотоны будут накапливаться, в мкм.
- фокусное расстояние, влияющее на то, с какой площади неба, выраженной в квадратных секундах дуги будет копиться свет одним пикселем.

Для того, чтобы уменьшить кол-во факторов, переведем площадь пикселя из микронов в кв. секунды дуги.

Далее, я делаю предположение, в котором не уверен на все 100%, что число фотонов, накопленных одним пикселем, прямо пропорционально произведению площади апертуры в мм и площади пикселя в кв. сек. дуги. Если это предположение верно, тогда можно посмотреть на табличку (эксель и картинка). В табличке приведено сравнение некоторых популярных (и не очень) объективов разного типа в паре с камерой ST-8300 с размером пикселя 5,4 мкм. Желтым отмечены исходные данные, в точности которых я не уверен - не нашел в сети данных.

Выводы и расшифровки сделаю после подтверждения правильности подхода.

[Anton]

Говорят, что для более длинного фокуса необходим более крупный пиксель. Возникает вопрос: насколько более крупный

Говорят, рабочие канаву рыли,
так откопали две коньячные струи... (с)

http://starizona.com/acb/ccd/advtheorynyq.aspx

[Grinder]

Говорят, что для более длинного фокуса необходим более крупный пиксель. Возникает вопрос: насколько более крупный

Говорят, рабочие канаву рыли,
так откопали две коньячные струи... (с)

http://starizona.com/acb/ccd/advtheorynyq.aspx

Anton, смешно, но не в тему: теорему найквиста мы обсуждали 4 месяца назад, прочитайте первое сообщение в теме - и дальнейшую дискуссию.

Сейчас я поднял другой вопрос, а именно, как быстро копятся фотоны для выбранной пары, то есть хочу сравнить необходимую длительность выдержки при разных соотношениях объектив-камера для достижения одинаковой проработки.

[Алексей Юдин]

В художественном астрофото говорить о проработке без должного уровня детализации бессмысленно, поэтому прежде всего надо задаться фокусом, исходя из планируемого детектора, обеспечив  масштаб. Тут надо ориентироваться прежде всего на сиинг и всячески за него бороться. А уже потом надо начинать думать, а какую апертуру Вы можете себе позволить для данного фокуса.

Для регистрации объекта, бесспорно, лучшим будет Гиперстар-11, он даст максимальную светосилу. Но планетарку в десять пикселей, увы, ни самому с кайфом посмотреть, ни другим не показать.

Так что призываю решать задачу прежде всего инженерно - анализировать практические результаты мирового сообщества.

[Grinder]

Алексей, безусловно, результаты мирового сообщества, размытые локальным сиингом и погрешностями ведения, мы анализируем. Но давайте представим, что у нас уже выбраны две пары с примерно одинаковым разрешением. Теперь перед нами стоит задача вычислить выдержки, при которых накопится одинаковое кол-во фотонов на пиксель для каждой пары.

Вы знаете как это сделать в числовом виде?

[Grinder]

Можно и по-другому сформулировать мой вопрос.

Для каждой пары (А и Б) дано:
- апертура,
- фокусное расстояние
- физический размер пикселя камеры
- выдержка для пары А

Требуется вычислить для пары Б выдержку одиночного кадра, при которой накопится такое же количество фотонов на один пиксель как и в исходном условии для пары А.

Это же основа астрофото - неужели все прикидывают это по-наитию? Не верю! поделитесь, пожалуйста, знаниями. Свой подход к оценке я изложил.

[onwlad]

Требуется вычислить для пары Б выдержку одиночного кадра, при которой накопится такое же количество фотонов на один пиксель как и в исходном условии для пары А.

А что взять за исходную пару А? Сферического коня в вакууме  .
И зачем стремиться с парой Б точного совпадения с какой-то парой А?
Поэтому никто ничего заранее не прикидывает.   
А просто снимают, и поверьте нет никакого тайного знания...

Единственная прикидка: это для твоей конфигурации сетапа (камера, фильтры, т.п)  и места наблюдений примерно известна верхняя граница оптимальной субэкспозиции.  Но и то, обычно, это не догма, а так - ориентир.

[Serj]

Но Найквист описывает одномерный профиль. У нас же звезда является двумерным изображением. Чтобы учесть разрешение по диагонали пиксела (в данном случае квадратного), нам нужно домножить критерий на квадратный корень из 2. В результате получаем: sqrt(2)*2.3548  = 3.33. И еще немного - как правило при обработке желательно иметь небольшой запас по сэмплингу (например, это важно для последующей деконволюции и т.п.), таким образом оптимальное значение можно поднять до 3.5.

О как! Всегда считал что диагональное разрешение двумерной матрицы в корень из двух выше ортогонального. Или я ошибался?

[Serj]

Да, и я понимаю, вы в ESO работаете, но все же теорема отсчетов носит имя Котельникова. А критерий Найквиста - это из области устойчивости.

[Grinder]

А что взять за исходную пару А? Сферического коня в вакууме   . И зачем стремиться с парой Б точного совпадения с какой-то парой А?

За пару А можно взять DS 127ED + ST-8300, за пару Б: AGO 10Na + ST-8300. Интересует правильно ли я в таблице определил соотношения накопленных фотонов, а соответственно из ни - и выдержек.

Вы правы, что такой вопрос возникает редко. Чаще - оборудование уже есть, и можно путем проб подобрать выдержку. Но иногда мы сталкиваемся с необходимостью апгрейда оборудования. И в этом случае, хочется полагаться на численный метод, чем по наитию. Вот вам пример: у ЛА есть рефрактор и он выбирает между быстрым ньютоном и медленным ШК. Ведь интересно получить ответ, подкрепленный цифрами, что ньютон будет копить фотоны в N раз быстрее чем ШК.

Не знаю, может это моя особенность - просто люблю численные выражения, комплексные индексы, описывающие сложные процессы. Глянул на два числа - и все ясно.

Антон.

[Grinder]

Да, и я понимаю, вы в ESO работаете, но все же теорема отсчетов носит имя Котельникова. А критерий Найквиста - это из области устойчивости.

Про ESO шутку оценил

Астрономия для меня хобби, которым увлекся пол-года назад. Вгрызаюсь насколько хватает времени и бэкграунда, так что насчет названия теоремы/критерия ... знания мои во многом носят аксиомный, а также спародический характер. Специализация у меня другая, но здесь я надолго - нравится.

Антон.

PS: Если бы я работал в ESO, то таких как я туда не допустил бы

[Grinder]

Ну, что же! Я рад, даже очень.

Я только что нашел подтверждение правильности предложенного мною подхода.
http://www.astrometrica.at/Papers/PointSources.pdf
В материале, на который я ссылаюсь приведен более точный метод определения SNR для пары объектив-камера, учитывающий даже такие слабые факторы как темновой ток, шум считывания, квантовая эффективность камеры. Для нашей задачи грубого сравнения инструментов этими факторами можно пренебречь.

Таким образом, число в таблице (сообщение #47) в нижней строке можно ДЕЙСТВИТЕЛЬНО рассматривать как индекс, отвечающий за скорость накопления пикселем фотонов в определенной паре камера/объектив. Чем выше - тем быстрее копятся фотоны. Отношение между индексами показывает во сколько раз больше/меньше должна быть выдержка у сравниваемой пары для достижения того же SNR как и у эталонной.

Если можно было бы в форум добавлять эксельные файлы - я бы сделал калькулятор, но у меня ругнулось на тип файла

Какие выводы становятся очевидными при беглом анализе приведенной таблицы:
- Увеличение апертуры при сохранении F Ratio приводит только к повышению разрешающей способности, но не к увеличению скорости накопления сигнала. То есть выбирая апертуру телескопа в определенной линейке (например ньютон F4) вы влияете только на разрешающую способность сетапа. Можно останавливаться при достижении разрешения = 2,5 пикселя на FWHM, дальнейшие инвестиции в апертуру себя не оправдают.
- Небольшая дудка типа DS 127ED при условии, что мы не гонимся за супер-атмосферой, а довольствуемся нашими равнинными 2,5-3" FWHM, заруливает такого монстра как Celestron EdgeHD 1400 по SNR в 2,5 раза при одинаковых выдержках! А о сравнении FOV и говорить не приходится - оно тоже не в пользу целестрона.

Выбирая объектив для астрографа, не забываем так же про правило, что сложение серии из N кадров одинаковой выдержки дает улучшение SNR только в SQRT(N). То есть для целестрона Edge-HD 1400 нужно сложить 6 снимков (2,5^2) по 10 минут, чтобы получить SNR 10-минутного кадра на дудке DS 127ED! Это важно, так как ночи коротки.

Выбирая камеру не забываем, что с увеличением площади пикселя пропорционально растет и full well capacity, и чтобы его наполнить потребуется столько же времени, сколько и у камеры с меньшим пикселем а соответственно и меньшим колодцем (в данном случае я сравниваю kaf8300  и kaf16803).

Вот и все, что я хотел вам рассказать 

[Serj]

Про ESO шутку оценил

Это я не про вас.