Přesná CCD fotometrie

Pozorovací kampaně, návody, výsledky, zajímavosti,...
Odpovědět
Uživatelský avatar
opejcha
Příspěvky: 121
Registrován: 16. 08. 2005, 00:17

Přesná CCD fotometrie

#1

Příspěvek od opejcha »

Ahoj,

dnes jsem shodou okolností narazil na několik stravitelných článků a odkazů, které rozebírají způsoby. jak dosáhnout co nejpřesnější CCD fotometrie hvězd.

http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-b ... .113.1428E - pomocí relativně běžné CCD kamery a aperturní fotometrie dosáhli přesnosti 0.002 mag na jednu expozici. Způsob zpracování a kalibrací je kompletně zveřejněn. Článek je volně dostupný.

Jedním z principiálních omezení na přesnost fotometrie daného dalekohledu na daném místě je scintilace atmosféry (krátce diskutovaná i v článku výše). Utilitka na http://www.skywokker.com/scintillation.htm umožňuje vypočítat si toto omezení z parametrů dalekohledu, nadmořské výšky a délky expozice.

http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-b ... .115.1340H - popisují fotometrii pomocí "orthogonal transfer CCD", což je speciální druh kamery umožnující velice rychle "šoupat" nábojem po čipu. Je tedy možné klidně používat on-chip guiding - malý kousek čipu se rychle vyčítává a přes software je napojen na montáž. Ještě zajímavější je ale možnost umělého rozmazání PSF hvězdy do čtverečku rychlým posunováním náboje po čipu. PSF je tak všude po čipu stejná a docela hezká, na rozdíl od rozostřování, při kterém vznikají různé hrboly, které se navíc liší podle vzdálenosti od optické osy. Tímto způsobem dosáhli autoři přesnosti 6x10-4 mag (umožňuje třeba detekci exoplanet velikosti Země nebo prstenců u exoplanet).
Tenhle druh CCD bude základ detektorů PanSTARRS a nové mozaiky na WYIN teleskopu a třeba se jednou rozšíří i mezi amatéry.
(tenhle článek sice není volně k dispozici, ale zájemcům ho můžu poslat na email)
Uživatelský avatar
pesvo
Příspěvky: 383
Registrován: 08. 03. 2004, 17:19
Věk: 57

Přesná CCD fotometrie

#2

Příspěvek od pesvo »

Díky za upozornění. To chce pořádně nastudovat. S kamerama toho moc nenaděláme, protože ty čipy budou asi v jiných cenových relacích než ty, které jsou tuzemským amatérům jakž takž dostupné. Ale i s těmi současnými jsme v přesnosti meření někde úplně jinde než popisuje ten první článek.

Ještě jednou moc díky !
Petr Svoboda (tribase.net@volny.cz)
Uživatelský avatar
opejcha
Příspěvky: 121
Registrován: 16. 08. 2005, 00:17

Přesná CCD fotometrie

#3

Příspěvek od opejcha »

Na úrovni tisícin magnitudy už závisí přesnost fotometrie (hlavně systematická - amplituda změn) celkem výrazně i na použité metodě zpracování. Hezky je to vidět v článku http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0702192 srovnávajícím několik běžných fotometrických balíků a jejich parametry (velikost clonky) na jedné sadě pozorování exoplanety. V současnosti používané fotometrické metody jsou:
- aperturní: standard implementovaný v CMUNIPACKu
- PSF fotometrie: uživatel vybere několik referenčních hvězd, jejichž střední tvar profilu se pak fituje na další hvězdy. Dlouhou dobu standard pro hustá pole (DAOPHOT).
- DIA (Differential image analysis): z několika kvalitních obrázků se vytvoří jeden referenční. Ten je pak konvolucí "zhoršen" na parametry (pozadí, FWHM) jednotlivých snímků a odečten. Zůstanou jenom proměnné objekty. Balík ISIS byl uveden v roce 2000
- dekonvoluce: "žhavá" novinka poslední doby, funguje v podstatě opačně, než DIA - jednotlivé snímky dekonvolucí "zlepší" na parametry referenčního snímku a opět se odečtou. Poprvé rozumně použit v loňském roce. Drobnou nevýhodou je, že zpracování několika hodin měření trvá několik dnů ;)

Hezký je i tento http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0702156 přehled.
Uživatelský avatar
Lightsscope
Příspěvky: 194
Registrován: 06. 03. 2004, 00:30

Přesná CCD fotometrie

#4

Příspěvek od Lightsscope »

Mně nefunguje odkaz http://www.skywokker.com/scintillation.htm , má ještě někdo taky takovou zkušenost?
Uživatelský avatar
Ota
Příspěvky: 51
Registrován: 31. 03. 2004, 23:00

Přesná CCD fotometrie

#5

Příspěvek od Ota »

Mě odkaz také nefunguje, nicméně existuje způsob jak ji i tak získat, na serveru archive.org - konkrétně viz
http://web.archive.org/web/200601131919 ... lation.htm
ceres
Příspěvky: 2126
Registrován: 05. 01. 2006, 04:32

Přesná CCD fotometrie

#6

Příspěvek od ceres »

Toto bude asi najlepsie vlakno pre nasledujuci dotaz:

27. februara v ramci testovania vyuzitia nasej techniky urobili ivanmsk a FunTomas seriu expozicii pola s premennou GW Cnc. Material sme sa s FunTomasom pokusili vyhodnotit niekolkymi metodami, aby sme porovnali, co je najlepsie. Ako prvy program sme pouzili IRIS, ktory ma na taketo spracovanie celkom vhodne utilitky. Rozne vysledky ma vsak primali k tomu, aby som si stiahol a nainstaloval skvely MuniWin. Tu som narazil na niekolko drobnych problemov (MuniWin nevie precitat fits header, definovany podla standardu: http://www.phys.unsw.edu.au/~mcba/apt/node9.html), ktore sa vsak vdaka FunTomasovym dodatocnym scriptom podarilo osetrit. Aby som to skratil, nakoniec som ziskal 4 rozne krivky pri pouziti dvoch rovnakych standardnych porovnavacich hviezd (http://var2.astro.cz/obslog/1204151950_ ... 0chart.jpg):

1. IRIS, PSF modeling, apertura = 3
2. IRIS, PSF modeling, apertura = 15
3. IRIS, aperturna fotometria, radiusy 8, 12 a 20
4. MuniWin, standardne nastavenie

Vysledky su tu: http://my.astrofoto.sk/files/view/4/GW_ ... uniwin.gif

No a teraz by som rad vedel:

1. Krivky nie su zdaleka rovnake, co je dane metodikou merania. Ktora je vsak najblizsie skutocnosti?
2. Je toto spravna cesta pre vyhodnocovanie podobnych dat? (ak nechcem byt prihlaseny v nejakej skupine a pouzivat povedzme curvegenerator na var2.astro.cz, o ktorom neviem, ako pracuje a co vysledky prinasaju)
3. Je rozptyl typicky pre taketo pozorovanie?
4. Ako mozno z takychto dat ziskat presnost 0,001, a coho presnost to je? Presnost merania? Vysledku (akeho)?

Za odpovede na tieto otazky vopred dakujem.

Este jeden postreh: Ak nieco nie je celkom zle, tak som pochopil, ze na ziskavanie kriviek premennych hviezd naozaj netreba nic mimoriadne, len automatizovat pozorovanie a naskriptovat vyhodnotenie. Na pozorovatelovi tak zostava vlastne len vyber objektov... Alebo sa mylim?
Vixen VC200L, EQ-6 Pro SynScan, Scopos ED 66/400, Celestron 102/500, Konus MC 90/1200, Sonnar 2,8/180, CCD astropix 1.4, Nikon D300, DMK 21AU04.AS, Creative NX Ultra, Watec 902H, ceres(slimak)astrofoto(bodka)sk
Uživatelský avatar
brat
Příspěvky: 518
Registrován: 03. 12. 2004, 03:29

Přesná CCD fotometrie

#7

Příspěvek od brat »

ceres napsal: Toto bude asi najlepsie vlakno pre nasledujuci dotaz:

27. februara v ramci testovania vyuzitia nasej techniky urobili ivanmsk a FunTomas seriu expozicii pola s premennou GW Cnc. Material sme sa s FunTomasom pokusili vyhodnotit niekolkymi metodami, aby sme porovnali, co je najlepsie. Ako prvy program sme pouzili IRIS, ktory ma na taketo spracovanie celkom vhodne utilitky. Rozne vysledky ma vsak primali k tomu, aby som si stiahol a nainstaloval skvely MuniWin. Tu som narazil na niekolko drobnych problemov (MuniWin nevie precitat fits header, definovany podla standardu: http://www.phys.unsw.edu.au/~mcba/apt/node9.html), ktore sa vsak vdaka FunTomasovym dodatocnym scriptom podarilo osetrit. Aby som to skratil, nakoniec som ziskal 4 rozne krivky pri pouziti dvoch rovnakych standardnych porovnavacich hviezd (http://var2.astro.cz/obslog/1204151950_ ... 0chart.jpg):

1. IRIS, PSF modeling, apertura = 3
2. IRIS, PSF modeling, apertura = 15
3. IRIS, aperturna fotometria, radiusy 8, 12 a 20
4. MuniWin, standardne nastavenie

Vysledky su tu: http://my.astrofoto.sk/files/view/4/GW_ ... uniwin.gif

No a teraz by som rad vedel:

1. Krivky nie su zdaleka rovnake, co je dane metodikou merania. Ktora je vsak najblizsie skutocnosti?
2. Je toto spravna cesta pre vyhodnocovanie podobnych dat? (ak nechcem byt prihlaseny v nejakej skupine a pouzivat povedzme curvegenerator na var2.astro.cz, o ktorom neviem, ako pracuje a co vysledky prinasaju)
3. Je rozptyl typicky pre taketo pozorovanie?
4. Ako mozno z takychto dat ziskat presnost 0,001, a coho presnost to je? Presnost merania? Vysledku (akeho)?

Za odpovede na tieto otazky vopred dakujem.

Este jeden postreh: Ak nieco nie je celkom zle, tak som pochopil, ze na ziskavanie kriviek premennych hviezd naozaj netreba nic mimoriadne, len automatizovat pozorovanie a naskriptovat vyhodnotenie. Na pozorovatelovi tak zostava vlastne len vyber objektov... Alebo sa mylim?
Ahoj,

na úvod - skript curvegenerator.php nemá s technikou zpracování snímků nic společného - pouze ukazuje světelnou křivku. Čili ukazuje již hotová data. To jak je získáš z fotometrických snímků je věc jiná.

O tom co je nejblíže skutečnosti Ti rozhodně nejsem schopen říci, pokud na Y ose nemáš hodnoty v MAG a na ose X hodnoty v JD či prostě ČAS. Ty grafy nemají popsané osy, takže se mohu jen domýšlet na co se to dívám.

Co Ti doporučuji vyzkoušet, to je v muniwinu vykreslit si křivku pro různé apertury. Do apertury by Ti neměly zasahovat sousední blízké hvězdy a měla by být dost veliká na to, aby se do ní "vešla" celá měřená hvězda i comp hvězda. Pro určitou velikost apertury Ti vyjde křivka s nejmenším rozptylem. Ta by měla být správná (za dodržení výše uvedených podmínek). Dobré kritérium volby správné apertury je, aby křivka vykazovala takový rozptyl, který odpovídá chybovým úsečkám jednotlivých bodů. Pokud mají body téměř nulovou chybu a přitom jedno měření od druhého skáká v hodnotách Y několikanásobně převyšujících indiv. chybu měření, je něco špatně.

Pozorovací deníky na var.astro.cz můžeš používat i bez toho, abys byl členem Sekce PPH nebo ČAS. Stačí se rozhodnout. Jak jsem psal již výše, ty deníky jen ukazují co si sám zpracuješ. Nic víc, nic míň.

O hodnotě rozptylu Ti nic neřeknu - nejde o závislost JD - MAG a tak těžko porovnávat. Ale rozptyl je tím větší, čím je pozorovaný objekt slabší, respektive, čím menší je poměr Signál/Šum (S/N ratio). O GW Cnc se toho moc neví - podle GCVS má amplitudu 1 mag, ovšem tamtéž se píše, že je to dlouhoperiodická červená proměnná. Poslední měření (i Tvé) ale říkají, že se jedná o krátkoperiodickou proměnnou.

Neznám hodnotu v MAG jednotlivých měření, ani jsem neviděl konkrétní snímky. Ale mohu Ti rovnou říci, že přesnost 0,001 mag z těchto měření nelze dosáhnout. K pokoření hranice přesnosti 0,005 je třeba pozorovat velmi pečlivě, dělat delší expozice (nad 1 min), aby se eliminoval vliv scintilace atmosféry, mít signál alespon 40000ADU, provádět pečlivý autoguiding - poloha hvězdy na čipu se nesmí změnit ani o pixel, musíš mít dokonale zaostřeno (hovořím o ohnisku delším než 1m) a hvězdy musí mít dokonale sférický tvar na snímcích.
GW Cnc má cca 12 - 13 mag. Abys dosáhl přesnosti 0,001 mag u takto slabého objektu, potřeboval bys minimálně 50cm dalekohled.

Tolik postřehy z praxe.

Co se týče konstruování světelných křivek, tak jejich pořizování je jednoduché u krátkoperiodických objektů, kdy během několika hodin měření máš hotovo. Jakmile ale chceš dosahovat vyjímečné přesnosti nebo pořizovat křivky dlohoperiodických objektů, je třeba o poznání většího úsilí.
Vhodný výběr objektů je samozřejmě klíč k tomu, aby pozorování mělo nějakou vědeckou hodnotu.

A ještě jedna poznámka na závěr. Právě proto, že pozorování proměnných hvězd je komplexní problém - od výběru objektů, přes dobré podklady k pozorování, zpracování výsledků, publikace, atd. Těžko dosáhneš výrazných výsledků, pokud se již předem zřekneš spolupráce s ostatními pozorovateli a výzkumníky na tomto poli.

S pozdravem
Luboš Brát
- předseda Sekce pozorovatelů proměnných hvězd ČAS
Bc. Luboš Brát
Uživatelský avatar
robert
Příspěvky: 227
Registrován: 26. 01. 2006, 02:29

Přesná CCD fotometrie

#8

Příspěvek od robert »

Na taková testování by bylo opravdu vhodné zvolit nějaký jasnější a dobře zdokumentovaný objekt.
S Davidem Motlem teď zrovna řešíme konverzi snímků z Canona do Muniwinu pomocí IRIS- chová se to totiž různě.
Nejde mi při tom zdaleka o přesnou fotometrii,ale o jednoznačné zpracování snímků pro celooblohový monitor.Fotometrie bude jen na okraj a v řádu jednotek mag.
ceres
Příspěvky: 2126
Registrován: 05. 01. 2006, 04:32

Přesná CCD fotometrie

#9

Příspěvek od ceres »

brat napsal: O tom co je nejblíže skutečnosti Ti rozhodně nejsem schopen říci, pokud na Y ose nemáš hodnoty v MAG a na ose X hodnoty v JD či prostě ČAS. Ty grafy nemají popsané osy, takže se mohu jen domýšlet na co se to dívám.
Tu su do grafu z MuniWin-u vkopirovane krivky z IRIS-u:



Tento graf som nechcel uvadzat, pretoze MuniWin zle cita fits header z IRIS-u, z neznamych pricin pripocitava k casu 500 minut... Takze preto je krivka nedoverychodna. Ja som sa tymto dotazom chcel skor dopatrat k tomu, akou metodou sa robi fotometria. Precital som si aj par materialov, ktore su tu odkazovane, a aj tam som narazil na diskusie prave o tom, ako merat jasnost/robit fotometriu... Aj preto som ako testovaci objekt zvolil hviezdu, ktora nie je celkom znama ani jasna - pri takej by sme nezistili, co dovoli technika.

Na snimkach ma GW Cnc typicky nasledovne hodnoty:
ADU = 50000
FWHM = 1,8
S/N = 230

To si myslim nie su nejake krajne hodnoty na to, aby sa to nedalo merat. Kazdopadne dakujem za osvetlenie problematiky...
Vixen VC200L, EQ-6 Pro SynScan, Scopos ED 66/400, Celestron 102/500, Konus MC 90/1200, Sonnar 2,8/180, CCD astropix 1.4, Nikon D300, DMK 21AU04.AS, Creative NX Ultra, Watec 902H, ceres(slimak)astrofoto(bodka)sk
Uživatelský avatar
brat
Příspěvky: 518
Registrován: 03. 12. 2004, 03:29

Přesná CCD fotometrie

#10

Příspěvek od brat »

Já bych doporučoval napsat Ing. Davidu Motlovi, autorovi MuniWinu, aby ten bug odstranil. Zrovna v tom načítání FITS hlaviček postupně program přizpůsobuje všem možným formátům - a to docela promptně. Jeho e-mail bude určitě někde v helpu (sem ho kvůli spam-robotům psát raději nebudu).

Fotometrii u nás většina pozorovatelů provádí právě pomocí MuniWinu a aperturní fotometrie. Korektní postup od získání snímku až po výslednou křivku je dost těžké zde napsat. To je na celodenní seminář. Ostatně jeden takový již proběhl (CCD workshop v roce 2006) a pak je tomuto tématu věnováno i letní praktikum pro pozorovatele proměnných hvězd (http://var2.astro.cz/akce-detail.php?id ... obcani.php), které proběhne v srpnu v Krkonoších. Opravdu není nad to probrat to osobně nad konkrétními snímky.

V těch měřeních je něco trošku divného. Při takovém S/N a signálu 50 kADU bys rozhodně měl mít přesnějí měření. V téhle křivce máš rozptyl skoro 0,1 mag... divné. Můžeš sem hodit jak vypadají snímky? Prováděl jsi Flat a Dark korekci?

Jinak je vidět, že ať jsi to zpracoval jakkoliv, tak ty křivky se překrývají v rámci rozptylu. Takže zpracováním to není - špatná jsou asi data / snímky.

Luboš
Bc. Luboš Brát
Uživatelský avatar
brat
Příspěvky: 518
Registrován: 03. 12. 2004, 03:29

Přesná CCD fotometrie

#11

Příspěvek od brat »

Ještě doplňuji - takto by mělo vypadat měření při stejném signálu, respektive poměru S/N jako uvádíš Ty:

http://var2.astro.cz/obslog_detail.php? ... 10&lang=cz

Všimni si, že ta amplituda je asi 1/10 amplitudy Tvého grafu.

Teď mne ještě napadlo - ta kamera Astropix 4.0 má antiblooming nebo nemá? Pokud ano, tak s 50000 ADU už jsi zcela mimo oblast linearity (ve které musíš být při fotometrii).
Bc. Luboš Brát
ceres
Příspěvky: 2126
Registrován: 05. 01. 2006, 04:32

Přesná CCD fotometrie

#12

Příspěvek od ceres »

Diky

Tu je jeden z obrazkov (vsetky snimky boli oddarkovane, oflatene a zregistrovane): http://www.global.sk/astrofoto/GW_Cnc.zip

Je to fit s doplnenou hlavickou v IRIS-e. Ing. Motlovi som o tom bugu v MuniWin pisal, nedostal som vsak ziadnu odpoved. Tie hodnoty ADU a S/N mi vyhodil AstroArt, IRIS je na tom podobne, samotna hodnota v najjasnejsom pixeli je 21677, cize este mimo nelinearnu cast cipu (astropix 4.0 ma antiblooming). ADU, ako ho uvadza AstroArt aj IRIS, je potom, predpokladam, signal hviezdy zo vsetkych pixelov, na ktore sa roztiekla...

Ja som tuto temu otvoril najma preto, ze som sa chcel dozvediet viac o filozofii fotometrickych merani premennych hviezd, pretoze kazdy soft to robi trochu inak, co je podozrive. Navyse, ked som videl, z akych "klobas" a zhlukov bodov je v odbornej tlaci odvodena presnost na stotiny ci tisiciny, neslo (a stale nejde) mi to do hlavy. Viem sice, ze statistika je mocna veda, ale tomuto jednoducho neverim. Preto som si myslel, ze mi uniklo nieco podstatne, ako vsak vidim, ani nie :-/ Na druhej strane sa mi vsak nechce verit (ked som videl tzv. testovacie snimky do MuniWin-u), ze zostava, ktorou je tato krivka snimana, je horsia ako povedzme teleobjektiv + Meade DSI kamera, ako pouziva napriklad Amigo. Na Builovych strankach dokonca mozno najst priklad spracovania fotometrie premennej hviezdy, snimanej pomocou DSLR. Tie argumenty, ktore tam pouziva, su velmi silne a tomu panovi naozaj niet preco neverit... Takze som chcel vediet, ako to vlastne je...

Este mi napadlo urobit softwarove de-binovanie cez rozne matice, to by mohlo signal rozprestriet pravidelnejsie do nejakeho pekneho kruhoveho utvaru, takato metoda sa pouziva napriklad pri sledovani asteroidov a ich fotometrii... Vyskusam, uvidim...

Ale dakujem za konzultacie

Roman
Vixen VC200L, EQ-6 Pro SynScan, Scopos ED 66/400, Celestron 102/500, Konus MC 90/1200, Sonnar 2,8/180, CCD astropix 1.4, Nikon D300, DMK 21AU04.AS, Creative NX Ultra, Watec 902H, ceres(slimak)astrofoto(bodka)sk
Uživatelský avatar
brat
Příspěvky: 518
Registrován: 03. 12. 2004, 03:29

Přesná CCD fotometrie

#13

Příspěvek od brat »

Já bych Ti především doporučil dělat další pozorování - třeba u jasnějších hvězd. Až budeš mít za sebou tak 10 - 20 světelných křivek, sám poznáš jak dosáhnout lepších výsledků.
Udělat jednu křivku a pak kolem toho filozofovat asi není ten nejlepší způsob. Nikdo nemá první křivku dokonalou.

Čau Luboš
Bc. Luboš Brát
ceres
Příspěvky: 2126
Registrován: 05. 01. 2006, 04:32

Přesná CCD fotometrie

#14

Příspěvek od ceres »

brat napsal: Já bych Ti především doporučil dělat další pozorování - třeba u jasnějších hvězd. Až budeš mít za sebou tak 10 - 20 světelných křivek, sám poznáš jak dosáhnout lepších výsledků.
Udělat jednu křivku a pak kolem toho filozofovat asi není ten nejlepší způsob. Nikdo nemá první křivku dokonalou.

Čau Luboš
Skoda, ze si ma nepochopil, asi som sa zle vyjadril. Chcel som zistit, ako a cim sa ma ziskat fotometricka krivka, preco rozne softy davaju rozne vysledky a ktory je ten spravny. To nema nic spolocne s tym, kolko mam serii pozorovani, ani s tym, ci to je prva alebo 101. krivka. Proste ma zaujimalo, preco z jednych dat (rovnakych pre vsetky pouzite softy) dostavam rozne vysledky. To mi nepripada ako filozofovanie. Ak mam vytvorit script na pozorovanie, mal by som vediet, ako data spracujem (automaticky), na co potrebujem verifikovany soft. Ak pouzijem soft, ktory nie je dobry, je pride praca nazmar... To je vsetko. No nic, poradim si nejako sam...
Vixen VC200L, EQ-6 Pro SynScan, Scopos ED 66/400, Celestron 102/500, Konus MC 90/1200, Sonnar 2,8/180, CCD astropix 1.4, Nikon D300, DMK 21AU04.AS, Creative NX Ultra, Watec 902H, ceres(slimak)astrofoto(bodka)sk
Uživatelský avatar
brat
Příspěvky: 518
Registrován: 03. 12. 2004, 03:29

Přesná CCD fotometrie

#15

Příspěvek od brat »

ceres napsal:

Skoda, ze si ma nepochopil, asi som sa zle vyjadril. Chcel som zistit, ako a cim sa ma ziskat fotometricka krivka, preco rozne softy davaju rozne vysledky a ktory je ten spravny. To nema nic spolocne s tym, kolko mam serii pozorovani, ani s tym, ci to je prva alebo 101. krivka. Proste ma zaujimalo, preco z jednych dat (rovnakych pre vsetky pouzite softy) dostavam rozne vysledky. To mi nepripada ako filozofovanie. Ak mam vytvorit script na pozorovanie, mal by som vediet, ako data spracujem (automaticky), na co potrebujem verifikovany soft. Ak pouzijem soft, ktory nie je dobry, je pride praca nazmar... To je vsetko. No nic, poradim si nejako sam...
Pokud Ti jde jen o to vědět v čem všichni ostatní pozorovatelé zpracovávají fotometrii, tak odpověď je jednoduchá - všichni používáme MuniWin. Ale to jsem už jednou psal.

Bc. Luboš Brát
Odpovědět