Poměr signálu k pozadí oblohy

pesvo · #1

Vážení,

měl bych na vás, kteří se věnujete astrofotografii příp. všeobecně detekci bodových zdrojů následující dotaz.

Nemohli byste mi poradit, jak zvýšit odstup signálu hvězdy od pozadí oblohy ?

Vysvětlení:

Moje otázka se týká CCD fotometrie a měla by spíš účelově patřit do Proměnných hvězd, ale domnívám se, že v této sekci najdu více erudovaných lidí, kteří k položenému tématu mohou co říct. Jedná se mi o to, že potřebuji měřit (za použití fotometrických Besselových filtrů BVRI) proměnné hvězdy a pochopitelně se potřebuji dostat k co nejslabším.

Abych byl konkrétní: pozorovací stanoviště mám na okraji Brna, běžná MHV kolem 5.0 mag. Na měření používám NWT 200/1000 ve spojení se CCD SBIG ST-7 (8 let starý model přes paralelní port) při binnování 2x2 (rozměr jednoho "doublepixlu" 3.71"x3.71"). V rámci testovacích snímků a po provedení std. korekcí (DARK a FLAT) jsem zjistil, že poměr signálu (intenzity v ADU) hvězdy určité jasnosti vůči pozadí (nikoliv šumu, ale jasu oblohy) je konstatní a nezávisí na čase ! Bylo jedno, jestli jsem expozici dělal 10 sekund nebo 10 minut, vždy byl např. poměr intenzity hvězdy 13.5 mag vůči obloze 3:1. A mě jde o to, jestli by mi někdo mohl poradit, zda-li nejde nějakou úpravou (např. změnou průměru zrcadla, změnou světelnosti optické soustavy, nepoužívání binnování apod.) "ztlumit" pozadí a "zesílit" hvězdy. Možná je můj dotaz triviální a vše je dáno pozorovacím stanovištěm, ale třeba může existovat nějaký způsob a než se do něčeho pustím, rád bych znal vaše názory. Předem všem děkuji za příp. pomoc.

#2

Odstup signálu hvězdy od pozadí nezlepšíš bohužel ničím jiným (z toho co píšeš), než slabším pozadím (tzn. jít do větší tmy) Tedy pokud máš hvězdy rozumně bodové, což asi ano. Pokud by byly "rozplizlé" tak dosahu pomůže optika s ostřejší kresbou, ale to dle snímků z Newtona nebude Tvůj případ.

Při zpracování samozřejmě úroveň pozadí můžeš odečíst. Pokud je ale poměr mizerný, a po odečtení je v pozadí hodně šumu, pomůže průměrování více expozic, které zlepší poměr signál/šum takže si pak můžeš dovolit offset pozadí odečíst i při horším poměru hvězda/pozadí, protože šum nebude tolik vadit a slabé hvězdičky víc vyniknou. Touhle cestou jdu já, a ze snímku dostanu i slabé plošné objekty, kterých úroveň je dokonce výrazně nižší, než jas oblohy v pozadí, který mnohdy dělá třeba i 2/3 celkového dynamického rozsahu snímku.

Teď jde jen o to, jak často musíš dělat snímky pro zachování časového rozlišení světelné křivky. Pokud například potřebuješ snímek každých 10minut, tak je nejlepší celou tuto dobu využít k pořízení několika snímků kratšími expozicemi, a ty sečíst resp. zprůměrovat. Zlepšení závisí na tom, jaký typ šumu se ve snímku projevuje nejvíce a jakého je charakteru. To musíš vyzkoušet a najít optimální způsob.

Jinak se s tím moc dělat nedá, nějaké adaptivní filtry pro redukci šumu a podobně bych se neodvážil použít, protože by data pak nemusela být vůbec použitelná k měření.

pesvo · #3

Ahoj Martine,

tak to jsi mě moc nepotěšil, ale něco takového jsem tiše předpokládal :'( . To skládání z více snímků je sice teoreticky možné, ale pro hvězdy, které měřím s periodami od několika hodin do několika dnů je potřeba časové rozlišení tak do 1 munity (u delších period tak max. 5 minut). Takže nějaké moc velké skládání nepřichází v úvahu. Z toho co píšeš taky vyplývá, že v podstatě pro moje podmínky nemá smysl ani jít do citlivější CCD (např. ST-8XMEI) ani pořizovat větší průměr (příp. s jinou světelností) zrcadla ! Tenhle závěr je víc než zajímavý - v podstatě říká, že pro dané pozorovací podmínky (a pochopitelně tento typ měření) existuje něco jako limitní průměr objektivu, nad který nemá smysl jít (pokud neuvažuju o tom skládání). Nebo jinak řečeno: pořídím-li 2x citlivější kameru nebo zrcadlo o dvojnásobné ploše, tak sice dostanu za poloviční čas stejnou ADU (čímž mi stoupne pouze časové rozlišení), ale hlouběji se nedostanu. Jsou mé úvahy správné ?

KoMar · #4

Sice se v tomto memám prakticky žádné zkušenosti, ale čistě teoreticky mě napadá, jestli by nepomohlo prodloužení ohniska (např. přes Barlow). Hvězda je bodový signál, takže by měla bodem zůstat (dopadající energie zůstane stejná), zatímco obloha je plošný zdroj a při větším zvětšení se záření z menší části oblohy rozdělí na větší plochu.

Rambo · #5

KoMar napsal: Sice se v tomto memám prakticky žádné zkušenosti, ale čistě teoreticky mě napadá, jestli by nepomohlo prodloužení ohniska (např. přes Barlow). Hvězda je bodový signál, takže by měla bodem zůstat (dopadající energie zůstane stejná), zatímco obloha je plošný zdroj a při větším zvětšení se záření z menší části oblohy rozdělí na větší plochu.
Tudy asi cesta nepovede, hvězdy jsou sice bodové, ale žádná optika je bodově nezobrazuje, ale jsou vykresleny jako Airyho disky, a ty se budou se zvětšujícím zvětšením (prodlužováním ohniskové vzdálenosti) také zvětšovat, čili bude vlastně klesat jejich jas na jednotku plochy a budou se z nich stávat plošné objekty, které budou dále ještě více roztažené seeingem.

KoMar · #6

A tím Airyho diskem máš pravdu, ale při teoretické rozlišovací schopnosti Newtona 200/1000 cca. 0,6" mi vychází velikost Airyho disku na 2,9 mikrometru (jestli to počítám dobře), takže je to určitě hluboko pod velikostí pixelu kamery. Pokud by se ohnisko prodloužilo 2x, tak by to stále ještě mělo být do 6 mikrometrů.
S tím seeingem to bude samozřejmě další problém, takže bude potřeba zkrátit dobu expozice, což je v rozporu s prodloužením ohniska.

#7

Pánové, nezapomínejte na seeing. Ten Vám romaže hvězdu na velikost obvykle kolem 3-4" už za několik sekund až desítek sekund, takže nemá cenu jít s ohniskem dále, než na vzdálenost, kdy se ty 3-4" promítnou na plochu 2-3pixelů. A tady to je s metrovým ohniskem použitého Newtona a kamery tak akorát na hranici.

pesvo · #8

Zkusil jsem si ještě pohrát s testovacími snímky, kdy jsem nepoužil binnování (resp. jsem jel na bin 1x1), pak mi jeden pixel zabírá plochu 1.86"x1.86". A když jsem tyhle snímky prohnal stejným postupem jako předchozí, tak jsem se dostal přibližně o jednu mag. dále (při 3:1 na 14.4 mag.). Problém je ale v tom, že to byly snímky pro Tebe Martine (to jsem ještě nevěděl, že je už nepotřebuješ) a ty jsem dělal bez užití fotometrických filtrů (tedy pouze s Clearem). Jakmile bude jasno, udělám testovací snímky přes BVRI fitlry při bin 1x1 a uvidíme, je-li ten efekt způsoben filtry nebo tím binningem.