Alt om FWHM

[paul Nova]

Man ser ofte FWHM værdier oplyst forskellige steder i diverse forums, men er FWHM blot FWHM eller er det mere kompliceret end som så, hvordan måler man FWHM og hvad skal / kan man bruge FWHM målinger til.

I Danmark er vi jo alle opdraget til at have en sund portion kildekritik, og vi er alle enige om at f.eks. en meningsmåling ikke er ret meget værd hvis man ikke kender målemetoderne, at statistik ikke er noget værd hvis man ikke analyserer den og herunder kender alle parametre.

Det må forholde sig på samme måde mht. FWHM målinger hvis de skal bidrage med faktuel og nyttig information, først må man spørge sig selv hvad man skal bruge en FWHM måling til og hvad en FWHM måling fortæller om et billede. Dernæst må man kende alle de faktorer der påvirker en FWHM måling og endelig skal man vide hvordan en FWHM måling er udført.

Selv har jeg i en sub målt FWHM værdier der variere med en faktor 3-4 over 30 forskellige stjerner, sådan en række målinger siger næppe noget brugbart om FWHM.

Når jeg optager subs under stjernehimlen lader jeg DSS live lave løbende gennemsnits målinger af FWHM der varierer fra FWHM målinger lavet med anden software men alligevel giver en god indikation af den relative FWHM udvikling fra sub til sub selvom den aktuelle FWHM måling blot måtte være et tal og ikke et eksakt tal.

Måske der er mere til FWHM målinger end man lige skulle tro og måske der kræves nogle standard parametre der skal være oplyst før man kan bruge en FWHM måling til noget for slet ikke at tale om sammenligning af FWHM målinger optaget med forskelligt udstyr og målt med forskellig software.

Herunder et klip fra nettet.

http://tech.groups.yahoo.com/group/ccd-newastro/message/62169

”Hi Gert,

You are right: there’s no one correct way to measure FWHM. There are

a number of complications:

1. The star image is rarely perfectly round. Which algorithm the

software uses has a great impact on FWHM value reported

2. There’s noise and hot/cold pixels in the image. These affect

different aglorithms differently

3. There’s precision loss due to pixel size. Again, which algorithm

the software uses will cause a different result. This is especially

true for undersampled images, where different software can produce

wildly different results

4. Gaussian profile is just an approximation, as is Poisson and

various other profiles used to measure star FWHM. Depending on

imaging conditions and optics, different profiles can be better or

worse matches for the true star shape. This can even vary from

minute to minute.

Given all of the above, it’s not hard to see why different packages

produce different results.

Regards,

– Paul (author of CCDInspector) ”

[paul Nova]

Undersampling:

Tager vi fat i en af fejlkilderne (punkt 3 herover der kan forårsage “wildly different results ” ) til troværdige FWHM målinger kan man herunder se hvordan CCD inspektor folkene definerer undersampling.

Når man ser FWHM målinger på nettet der går under 2″, skal man som kildekritisk forbruger samtidig stille spørgsmålet: Var opløsningen mindst 3 gange seeing?

En opløsning finere end 0.67 arcsec/pixel er ikke almindelig blandt amatør astronomer, så når nogen oplyser de meget små FWHM værdier bør man ifølge CCD inspektor folkene være på vagt i forhold til opløsningen af billedet der måles på.

Man bør også være opmærksom på at opløsningen på 3 gange seeing ikke skal måles i forhold til FWHM men seeing som jo altid er ukendt og altid lavere end FWHM.

http://tech.groups.yahoo.com/group/ccd-newastro/message/62180

“

Richard,

Undersampled is an image scale at which a pixel is large enough to

cause an irrevocable loss of recorded detail. In other words, the

image projected by the optics and the seeing conditions onto the

detector contains details that are lost in the captured image.

This generally starts happening when the pixel scale is greater than

about 1/3 the seeing FWHM. If seeing is 2 arcseconds, then image

scale greater than about 2/3 or 0.67 arcsec/pixel will start to

undersample.

The larger the image scale, the worse the undersampling. Note that in

4 arcsecond seeing, 1.3 arcsec/pixel image scale is still well-

sampled.

CCDInspector was developed and tested using artifically constructed

star fields where I knew the true FWHM of all the stars. Of course,

the testing involved corrupting the image with Poisson and Guassian

noise, random hot/cold pixels, and geometrical distortions.

Regards,

-Paul”

[mortenDeltager Super Nova]

Hej Paul

Tak for værdifuld info.

Det er selvfølgelig rigtigt, at man ikke får en repræsentation af Gauss kurven når der er undersamplet, hvor stort problemet er kan jeg ikke gennemskue, det må prøves med simulation.

Jeg gik over til Paracorr bl.a. fordi jeg mente jeg kunne hive noget mere ud ved at nærme mig en FWHM på 3 pixels (0.82″/pix), fremfor de 2 som doceres af Craig Stark. D.v.s. hvis min FWHM er under 2.18 så kender jeg den i virkeligheden ikke i flg ovenstående. Jeg har brugt CCD inspector FWHM meget for at forbedre mit setup, så det er en vigtig parameter – den skal som du siger bare måles konsistent, og uden undersampling – hvad det så end er. Der har været meget ophedede diskussioner om grænsen er 2 (stark), 2,5, 3 eller måske endda lidt over 3morten2013-05-08 21:18:52

[paul Nova]

Hej Morten!

Det var så lidt. Går man efter max. opløsning har jeg flere steder læst fra troværdige kilder (Stark er også med på 1/3 nu) at man nok skal ned på en pixel opløsning på 1/3 seeing, og da intet er gratis i denne verden udover lommeuld er prisen for en højere opløsning tilsvarende dårligere SNR, så det er et valg mellem SNR og opløsning man må tage.

Da man reelt aldrig kender seeing og da seeing er i konstant forandring og påvirker forskellige bølgelængder forskelligt er det lidt teoretisk at snakke om en opløsning på 1/2 eller 1/3 seeing, men man kan jo lave nogle praktiske forsøg, og når man ikke kan hive flere detaljer frem ved at hæve opløsningen har man nok passeret en opløsning på 1/3 aktuel seeing eller hvad grænsen måtte være. (Tror hverken den er 2 eller 3 gange sampling, tror det er en glidende overgang hvor der måske ikke er så meget mere at hente når man har passeret en sampling rate på 2, 3 eller 4 gange.)

Hvis du har en pix opløsning på 0,82 må det være Seeing (og endnu højere FWHM værdier) under ca. 2,5” der bliver unøjagtige grundet undersampling i henhold til 1/3 reglen herover.

Der hvor jeg vil hen er at jeg synes det er lidt en forsimpling af tingene blot at oplyse en FWHM når der er så mange faktorer, herunder den software der måler FWHM samt metoden individet måler FWHM på der influerer på det tal der kommer frem. Laver man spot målinger eller en gennemsnits måling f.eks. …det skal oplyses sammen med mange andre parametre der også skal oplyses.

Derudover er det min erfaring at de lange bølgelængder ofte påvirkes mindre af seeing end de korte hvorfor mine røde serier ofte har mindre FWHM værdier end mine blå serier.

Hvad med reflektor kontra refraktor, påvirker spikes gennemsnits FWHM målinger således at FWHM målinger på punktformede stjerner ikke er repræsentative for skarpheden i den stjernetåge man fotograferer?

Alene udtalelsen ”there’s no one correct way to measure FWHM ” gør vel at det ikke rigtigt giver mening at tale om absolutte FWHM værdier.

Man skal også gøre op med sig selv hvad man vil bruge FWHM målinger til, vil man forsøge at sætte et tal på seeing, vil man finde bedste fokus eller hvad vil man med disse målinger.

Jeg tager som sagt ikke mine gennemsnits FWHM målinger for pålydende absolutte tal, jeg bruger dem relativt til at sammenligne forskellige serier, nætter, lokationer, tidspunkter, fokus m.m. for at blive klogere på hvad der sænker og hæver FWHM i mine subs.

Paul2013-05-08 23:16:33

[paul Nova]

Bølgelængde vs opløsning vs seeing:

Som man kan se herunder har bølgelængden man optager på indflydelse på den teoretiske opløsningsgrad hvilket giver en fordel til de korte bølgelængder i den blå ende af skalaen men hvor de langbølgede frekvenser i den røde ende af skalaen til gengæld er mindre påvirket af seeing.

Bølgelængden man optager på under aktuelle seeing forhold har altså betydning for størrelsen af Airy disken og dermed også for FWHM.

http://www.astro-imaging.de/astro/wavelength.html

The effects on resolution of light’s wavelength become obvious when calculating the sizes of Airy discs of a certain scope from near infrared to near ultraviolet across the visible spectrum:

D=235mm, f=2350mm

d(lambdaNIR) ~ 2.44 * 700nm * 10 = 0.0171mm

d(lambdaR) ~ 2.44 * 620nm * 10 = 0.0151mm

d(lambdaG) ~ 2.44 * 520nm * 10 = 0.0127mm

d(lambdaB) ~ 2.44 * 450nm * 10 = 0.011mm

d(lambdaNUV) ~ 2.44 * 375nm * 10 = 0.0092mm

Note that the Airy Disc size of near infrared is almost twice the size than of near ultraviolet.

Looking at resolution only the conclusion is to image in the shortest wavelength possible for monochrome captures where color of the imaged object is not important. Unfortunately another major factor plays an important role in real life imaging:

Seeing

The shorter the wavelength the more light is affected by seeing, the longer the wavelenght the less seeing affects light. Unfortunately this contradicts our wavelength vs. resolution paradigm.

Since the wavelength requirements for best resolution is the opposite of the seeing requirements the imager has to find the best tradeoff between the two by choosing the appropriate wavelength/filter.

Paul2013-05-09 11:02:45

[paul Nova]

FWHM måling af den samme stjerne med forskellig software

http://tech.groups.yahoo.com/group/ccd-newastro/message/62167

Hi All,

FWHM measurements in different software packages of the same star(s)

differ quite a bit. The main reason seems to be a variation in the

algorithms used. One group fits a Gaussian profile to the star and

then determines the FWHM from that. Others measure the actual star

maximum. That could possibly be taller / lower than for a true

Gaussian. Thus the half max differs and thus the FWHM. Here a few

samples of the same star in various packages measured by a friend.

(from 17″ scope & ST10XME camera)

AstroArt 3,7

CCDstack 3,1

Astrometrica 2,9

CCDSharp 2,5 x 2,2

CCDops 3,2 x 2,8

Maybe others can share comparisons from their software as well.

Clear Skies,

Gert

[mortenDeltager Super Nova]

Paul

Så længe man holder sig til én metode, og ikke undersampler for meget, så tror jeg det stadig man kan lære noget om sit eget system.

Min erfaring passer med Jespers, at Maxim har meget beskeden variation fra stjerne til stjerne, når man holder sig til runde, ikke udbrændte stjeerner. De mest stabile beregninger får man ved at anvende kalibrerede billeder (her ville det være decideret upassende at komme med kommentarer om atik 460..)

Umiddelbart ville jeg tro, at den største usikkerhed kommer fra samplingfejlen. Det kan man simulere sig ud af, men det kræver en regnvejrsdag i sommerferien.

Hvis der er tilstrækkeligt meget oversamplet, så tror jeg at alle metoder enes.

Har du set noget om data rejection i CCD inspector. Smider de udbrændte stjerner ud af beregningen.

[jesperDeltager Neutron star]

Jeg bruger det primært til at tjekke fokus på hver ny sub der kommer ind fra At… jeg mener fra kameraet. Sekundært til at prale hvis værdien er lav – eller måske er rækkefølgen omvendt.

[paul Nova]

Så længe man holder sig til én metode, og ikke undersampler for meget, så tror jeg det stadig man kan lære noget om sit eget system.

Enig, men man skal nok fortsat være kritisk overfor egne standardiserede målinger hvis ” there’s no one correct way to measure FWHM ” er gældende.

Med Maxim algoritmen får man blot Maxim målinger, og hvis svingende kalibrerings kvalitet / helt manglende kalibrering også påvirker måle resultatet er det jo blot endnu en usikkerheds faktor man skal være kildekritisk overfor når man læser FWHM værdier på det store internet.

Der findes en international definition på hvor lang en meter er hvilket er praktisk når en tømmersvend og en murersvend skal bygge et hus.

Der findes ingen international definition på hvordan man måler FWHM i et astro billede, så man lærer måske lige så meget af at læse FWHM værdier på nettet fra tusinder af amatør astronomer som man lærer af at læse Ekstra bladet

[mortenDeltager Super Nova]

Hej Paul

Har lige lavet en lille test.

Stjerne i abbarator, gem filen.

Lavet et komposit billede i ps af stjernen resamplet til mindre og mindre opløsning. Billedet i maxim og måle på stjernerne.

Det er stort set lineært ned til omkring 1.5 pixel, de små værdier ligger lidt over hvad de skal (for FWHM >2 er fejlen <5%).

Min konklusion. For maxim er selve samplingen ikke noget væsentligt problem ned til ca FWHM 1.5 pixels.

Der er så som du siger en række andre problemer, og cross-platform sammenligninger er nok værdiløse.

Jeg havde en diskussion af dette med Jesper vedr mine Ugle data. Det er super, at du har sat det på dagsordenen. Vil dog stadig hævde, at sammenligninger inden for maxim giver mening, hvis der måles rigtigt..

[paul Nova]

Hej Morten!

Selv bruger jeg som sagt DSS live´s gennemsnits målinger FWHM, SKY background, star count, total score etc. til at få et fingerpeg om i hvad retning alting går billede for billede, og oftest åbner jeg så også hver sub efterhånden som de indløber og laver et visuelt check.

Mine erfaringer er at udviklingen DSS måler i mine subs ikke er helt ved siden af, men jeg bruger kun målingerne som relative målinger og ikke som hårde facts.

Du har sikkert ret i at Maxim ligeledes kan give rimelige relative målinger med maxim algoritmen forudsat at måle metoden er ens fra sub til sub.

mht. sampling skal man huske på at de 3 gange sampling (hvis vi tror på de 3 gange sampling er gældende) gælder 1/3 seeing og ikke 1/3 FWHM, og seeing kender vi jo aldrig, dog ved vi seeing altid er mindre end FWHM, eller gør vi når nu der ikke findes nogen metode til at måle FWHM

Cross-platform-amastronom-teleskop osv. er jeg enig i at der er en række problemer forbundet med, så dem kigger jeg fortsat kritisk på med mit kildekritiske blik , eller rettere, jeg læser dem som jeg læser Ekstra Bladet.

[Forfatter]

Indlæg