Seeing kuriin

[Vesa Kankare]

Onko tuolla taivaalta tulevalla kohinalla mitään merkitystä? Minusta pelkästään kohteesta tulevien fotonien määrä ratkaisee: Kohteesta on saatava enemmän energiaa kameran yksittäiseen kaivoon kuin mitä lukukohina häiritsee. Jos lukukohina on valkoista, ei sekään aiheuta ongelmaa.

Kyllä sen kohteen signaalin on ylitettävä muutkin kohinat, mukaanlukien taustataivas ja lämpökohina, mahdollisimman hyvällä signaalikohinasuhteella. Taivaalta tulevaksi kohinaksi voi laskea valosaasteen, ilmahehkun, revontulet yms. epätoivotun valon. Ne rajoittavat maksimivalotusaikaa. Mutta niistäkin huolimatta kannattaa valottaa niin pitkään, että tuo valosaaste ylittää merkittävästi lukukohinan ja vasta sitten aloittaa uusi valotus. Canonilla tämä on helppoa, histogramminäyttö kun irtoaa selvästi vasemmasta laidasta johonkin puolenvälin paikkeille, kannattaa aloittaa uusi valotus. Mulla tämä tapahtuu kirkkaalla suotimella takapihalta n. 2-3 minuutin valotuksella ISO800 herkkyydellä, kapeakaistaisilla suotimilla mennään 10 minuutin tuntumaan.

[PetriKe]

Onko tuolla taivaalta tulevalla kohinalla mitään merkitystä?
JV

Tottakai on. Kun taustakohina alkaa olla suurempi kun kuva-alan himmeimmät kohteet, menetetään arvokkaita fotoneja. Siksipä optimaalisen valotusajan selvittäminen on tärkeää. Sen pitää olla tarpeeksi pitkä, jotta kuvan signaali/kohina-suhde on optimaalinen ja tarpeeksi lyhyt, jottei taustakohina ala peittämään himmeitä yksityiskohtia.

[jaava]

Haeskelin netistä tietoa tästä, ja sillähän on oikeen nimikin ja useampikin nimi: Lycky Imaging, lucky exposures. Wikipedia sanoo: "Lucky imaging is an astronomical photographic technique using a high-speed camera with exposure times short enough (100 ms or less) so that the changes in the atmosphere during the exposure are minimal.".
Lisäksi todetaan että tällä menetelmällä voidaan saavuttaa difraktioraja jopa 2,5metrisilä teleskoopeilla (maan päältä kuvattaessa).

Ja kuulemma myös himmeitä kohteita on kuvattu Lycky Imaging tekniikalla käyttämällä EMCCD kameraa http://en.wikipedia.org/wiki/EMCCD ("The recent development of EMCCDs has allowed the first high quality lucky imaging of faint objects.")

Kaiken kaikkiaan tämähän näyttää olevan ihan tunnettu ja aktiivisesti tutkittu alue.

JV

PS. Hyvä animaatio pistemäsestä tähdestä kaukoputken läpi katsottuna:

        http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Eps_aql_movie_not_2000.gif

Teleskoopin apertuuri on ollut 7*r0, jossa r0 on seeingistä riippuva halkaisija (noin 20cm hyvällä seeingillä).

[PetriKe]

Haeskelin netistä tietoa tästä, ja sillähän on oikeen nimikin ja useampikin nimi: Lycky Imaging, lucky exposures.

JV

Lucky imaging pätee vain todella kirkkaisiin kohteisiin, siis planeetat, tähdet jne.

[jaava]

Löysin Robert Nigel Tubbs:n väitöskirjan, jossa loppuyhteenvedossa todetaan menetelmän sopivan kunhan on olemassa I = 15.9 referenssitähti mukana ("The Lucky Exposures method was found to work successfully using reference stars as faint as . This magnitude limit is expected to be further increased with the use of back-illuminated CCDs and an anti-reflection coated dewar window.").

JV

Väitöskirja: http://web.archive.org/web/20070311023804/www.mrao.cam.ac.uk/telescopes/coast/theses/rnt/

[jaava]

Silmiin sattunutta:
http://en.wikipedia.org/wiki/Speckle_imaging
josta leikaten:

"Speckle imaging recreates the original image through image processing techniques. The key to the technique, found by the American astronomer David L. Fried in 1966, was to take very fast images in which the atmosphere is effectively "frozen" in place. For infrared images, exposure times are on the order of 100 ms, but for the visible region they drop to as little as 10 ms. In images at this time scale, or smaller, the movement of the atmosphere is too sluggish to have an effect; the speckles recorded in the image are a snapshot of the atmospheric seeing at that instant."

Kun tuohon liittää kuva-alaan osuvan referenssitähden (jotta kuvat saadaan lajiteltua hyviin ja huonoihin sekä rekisteröityä pinoamista varten), niin eikös tuolla saada riittävällä määrällä otoksia kunnon kuvaa heikommistakin kohteista. Nyt kun CCD-kennot on usein herkkiä infrapuna-alueella, niin voisi kokeilla noita lähellä 100ms olevia valotusaikojakin.

Kun seuranta vaan pitää kohteen kutakuinkin oikeassa paikassa, niin kuvaahan nää nykyiset automaattivehkeet gigatavujen levyasemille (niitä on myynnissä teratavuisiakin). Käsittelyyn tarvitaan sitten jokin automaattimaattinen menetelmä valikoimaan hyvät huonoista.

JV

[jaava]

Jos kuvataan 20cm  apertuurilla, niin onnistuneita otoksia on kaiketi aika suuri osa otoksista kun pysytään alle noiden aikarajojen (infrapunalla alle 100ms ja näkyvällä valiolla alle 10ms) sikäli kun seeing nyt on yhtään ok. Joka tapauksessa huomattavasti useampi kuva onnistuu kuin sekuntien saatika kymmenien sekuntian valotuksilla ... ymmärtääkseni.

Vaikeudet alkaa kun apertuuri kasvaa tuosta parista kymmenestä sentistä. Tämä johtunee kuvan geometrian vääristymisestä: Osa-alueet kuvassa ovat taittuneet eritavoin. Ja kun päästään 2,5 metriin  alkaa onnistuneiden kuvien joukko lähestyä nollaa.

Eikö referenssitähdistä saada melkoisen hyvin kuvan onnistumiseen korreloiva mitta: Jos referenssitähden/tähtien Airy disk-keskustan amplitudi on laskenut oleellisesti parhaista kuvista, niin otos raakataan. Samoin jos usean referessin tapauksessa niiden keskinäiset etäisyydet/kulmat on liikaa muuttuneet, kuva raakataan. Luulisi tällaisen ohjelman olevan melkoisen nopean ja yksinkertaisen.

Nopealla kameralla voisi saada talteen 5 kuvaa sekunnissa. Jos vaikkapa yksi otos sadasta olisi kelvollinen, yhden kelvollisen otoksen saamiseen menisi 20 sek. Sekunnin valotukseen kuluisi 200 sek. Tunnin valotukseen 200 tuntia jne. Tunnin valotus suomessa vaatisi noin vuoden havaintokelit.

Taidat nyt heittäytyä pessimistiksi:) Ei noihin esittämiisi premisseihin tarvita kovinkaan isoa muutosta kun kaikki onkin ihan säällisesti mahdollista. Menetelmähän on nimenomaan tarkoitettu Suomen kaltaisiin huonon seeingin olosuhteisiin: Kun ilmakehä käyttäytyy kuin se olisi jäätynyt noilla valotusajoilla, on saanto huomattavasti parempi verrattuna samaan aikaan otettuihin pitkävalotteisiin kuviin.

JV

[jaava]

Täytyy kokeilla syksyn tullen millaisia kuvia saa Toukalla.

Toukasta saa muistaakseni ainakin 30kuvaa/s (34ms/kuva) ja se taitaa olla melko herkkä infrapuna-alueella.

JV

[jaava]

Kameran valotusaikaa voisi myös säätää LASER:lla tehdyn keinotekoisen tähden seurannan perusteella. Kun tähti lähtee liitämään tai muuttaa kirkkauttaan, lopetataan valotus. Siis autetaan kuvausta ilman adaptiivista optiikkaa.

Kuva: A Telescope Laser Creates an Artificial Star (iso kuva) http://apod.nasa.gov/apod/image/0502/laser_keck_big.jpg

Ei muuta kuin harrastelijan kaukoputken kylkeen vaan LASER. Toinen asia on kuinka tehokas vehkeen pitää olla jotta siitä olisi todellista hyötyä.

JV