- Dette emne har 30 svar og 13 stemmer, og blev senest opdateret for 14 Är, 4 mÄneder siden af mr. This post has been viewed 355 timesmox. This post has been viewed 355 times
-
IndlĂŠg
-
jesper- Neutron star
Uha! Et “farligt” emne, som har givet anledning til livlige diskussioner her og andre steder. NedenstĂ„ende sendes hermed til peer review.
F/forholdet og CCD kameraerHvilken betydning har f/forholdet for deepsky foto med CCD kamera? Det er et spÞrgsmÄl som har skabt en del rÞre i forskellige internet fora. Dette er et forsÞg pÄ at bringe lidt orden i begreberne. Det kan egentlig siges sÄ kort som: Man vinder i signal/stÞjforhold, men taber i oplÞsning ved at gÄ ned i f/forhold. Det fÞrste er altid en fordel, men det sidste kan vÊre en fordel eller en ulempe, alt efter hvad man prÞver at gÞre med billedet. Der sker ogsÄ nogle andre ting, men mere om det senere.Lad os antage at vi har to teleskoper med samme ÄbningsstÞrrelse, men med forskelligt f/forhold. Det ene f/10 og det andet f/5. Bortset fra f/forholdet er de to teleskoper ens. Vi bruger samme kamera til de to teleskoper. Det er vigtigt at huske at de to teleskoper samler lige meget lys, da ÄbningsstÞrrelsen jo er ens. Vi har altsÄ det samme antal fotoner at gÞre godt med, uanset hvor meget vi Êndrer f/forholdet. Vi vÊlger at fotografere et deepsky objekt af passende stÞrrelse, og vi bruger samme eksponeringstid i de to teleskoper. I f/10 teleskopet vises dette objekt 4 gange sÄ stort som i f/5 teleskopet, mÄlt i areal pÄ chippen. I f/5 teleskopet er objektet til gengÊld lysere, da den samme mÊngde lys bliver koncentreret pÄ et mindre omrÄde.
Hvad betyder det sÄ for signal/stÞj forholdet nÄr vi tager ens eksponeringer med de to teleskoper? MÞrkestÞj og udlÊsningsstÞj vil vÊre pÄ samme niveau, men da signalet fra vores objekt stiger pr. pixel, ved det lave f/forhold, vil signal/stÞjforholdet vÊre bedre. FotonstÞjen (shot noise) stiger til gengÊld, men signalet stiger mere, sÄ ogsÄ her er der en gevinst. Skyglow og lysforurening stiger pÄ samme mÄde som signalet stiger, sÄ der er der ikke noget at hente. Men alt i alt fÄr vi altsÄ et forbedret signal/stÞjforhold ved at bruge lavere f/forhold, dog ikke forbedret med en faktor fire, som man mÄske kunne tro.
Vi fĂ„r ogsĂ„ en bedre dynamik, da objektets toneomrĂ„de bliver stĂžrre â fylder mere af kameraets dynamikomrĂ„de – sĂ„dan at toneovergange bliver bedre.
Men hvad er sĂ„ prisen for det? Vi kan jo ikke fĂ„ en forbedring i SNR (signal to noise ratio eller signal/stĂžjforhold) uden at betale noget for det, da vi har den samme mĂŠngde lys til rĂ„dighed. FĂžrst og fremmest betales prisen i (pixel)oplĂžsning: Objektet fylder som nĂŠvnt, kun ÂŒ i areal ved f/5 frem for ved f/10. Om det er godt eller skidt kommer an pĂ„ hvad man vil med billedet. Der kan ogsĂ„ vĂŠre nogle sekundĂŠre problemer ved at bruge lavt f/forhold: Optik med lavt f/forhold er svĂŠrere at lave, og derfor dyrere. Der krĂŠves hĂžjere mekanisk prĂŠcision i det optiske system ved lavt f/forhold, sĂ„dan at kollimering og fokusering er svĂŠrere, og tubus, fokuser og sĂ„ videre skal vĂŠre bedre lavet. Det er ogsĂ„ vanskeligere at fĂ„ et velkorrigeret og godt belyst felt ved lave f/forhold, ligesom vignettering kan vĂŠre et problem. Der er med andre ord en grĂŠnse for hvor langt ned i f/forhold det er praktisk muligt at gĂ„. Og der er tit en pris â i kroner â at betale for det.
Men lad os lige vende tilbage til det med oplÞsningen. Hvor slemt er det at oplÞsningen halveres? Det kommer som nÊvnt an pÄ hvad man prÞver at opnÄ med billedet. Det afhÊnger ogsÄ af teleskopets stÞrrelse, kameraets pixelstÞrrelse og af seeingen. Lad os starte med motivet: Hvis det man prÞver at lave er et widefield billede der dÊkker et stort omrÄde pÄ himlen er man sikkert ikke bekymret over at tabe oplÞsning. Widefield handler jo om at fÄ et stort omrÄde af himlen med pÄ et billede og ikke sÄ meget om at vise fine detaljer.
Hvis vi derimod gerne vil vise sĂ„ fine detaljer som muligt i billedet â optimere pixeloplĂžsningen til seeing limit â kan det vĂŠre et problem at gĂ„ ned i f/forhold, idet vi sĂ„ risikerer at oplĂžsningen bliver for grov i forhold til seeing limit (1-2 buesekunder pr. pixel regnes sĂŠdvanligvis for optimalt til danske forhold). Hvis vi vil bruge optimal pixeloplĂžsning, og samtidig et lavt f/forhold, kan vi vĂŠlge at bruge et kamera med ret smĂ„ pixels. Alternativt kan vi vĂŠlge et teleskop med ret stor Ă„bning, sĂ„ledes at brĂŠndvidden bliver lang nok til den Ăžnskede pixeloplĂžsning pĂ„ trods af det lave f/forhold. Sammenfattende kan man sige at der til ethvert kamera findes en ideel stĂžrrelse lav-f/forholds-teleskop, nĂ„r altsĂ„ optimal pixeloplĂžsning er mĂ„let. Det kunne eksempelvis vĂŠre et 250mm f/4.5 teleskop til et kamera med 9 μm store pixels.
Men hvis der findes en optimal teleskopstĂžrrelse, hvorfor er det sĂ„ lige at folk â bĂ„de amatĂžrer og professionelle â anskaffer stĂžrre og stĂžrre teleskoper? Keck, VLT og sĂ„ videre har f/forhold i samme stĂžrrelsesorden som amatĂžrteleskoper, og de kameraer der bruges har nogenlunde samme pixelstĂžrrelse. Hvis de har samme f/forhold og samme pixelstĂžrrelse burde de jo ikke, ifĂžlge ovenstĂ„ende, kunne âgĂ„ dybereâ. De burde bare have en stĂžrre pixeloplĂžsning og detaljeoplĂžsning, som kun kan udnyttes ved hjĂŠlp af adaptiv optik og lignende hightech lĂžsninger (og ved hjĂŠlp af den gode seeing pĂ„ de bjergtoppe hvor sĂ„danne teleskoper stĂ„r). Svaret ligger i at de fleste deepsky objekter hverken er punktformede lyskilder eller jĂŠvne lyskilder. En stjerne er en punktformet lyskilde, og den ville i en ideel verden (men ikke rigtig i den virkelige verden) afbilledes pĂ„ en enkelt pixel, uanset f/forhold og apertur. Alt det stjernelys teleskopet samler, rammer altsĂ„ en enkelt pixel (i den ideelle verden) og vi kan se at det eneste der kan gĂžre stjernen klarere er et teleskop med stĂžrre Ă„bning. Det hjĂŠlper ikke at ĂŠndre f/forholdet, da en punktformet lyskilde altid ses af en pixel. Anderledes forholder det sig med jĂŠvne, udstrakte lyskilder. NĂ„r en jĂŠvn, udstrakt lyskilde ses af et CCD kamera er det alene f/forholdet der bestemmer hvordan overfladelysstyrken ses af kameraet. Fordobler vi aperturen (men holder f/forholdet ens) samler teleskopet fire gange sĂ„ meget lys, men objektet bliver ogsĂ„ fire gange sĂ„ stort pĂ„ chippen, og overfladelysstyrken er derfor ens. Fidusen ved store teleskoper ligger i at den virkelige verdens deepsky objekter er knudrede og har kanter, sĂ„ledes at de havner et eller andet sted mellem punktkilder og jĂŠvne kilder. At Ăžge aperturen hjĂŠlper derfor mest pĂ„ stjerner, men ogsĂ„ pĂ„ deepsky objekter, selv hvis man bruger samme kamera som pĂ„ det âoptimaleâ og mindre teleskop.
Lad os vende tilbage til SNR, som jo fik et boost ved at sĂŠnke f/forholdet. Det er blevet sagt at lavt f/forhold kun hjĂŠlper i motivets lavlysomrĂ„der: I de svage dele af en tĂ„ge, eller en galakses arme. I hĂžjlys omrĂ„derne er SNR âgodt nokâ ogsĂ„ ved hĂžjere f/forhold, siges det. Det er fuldstĂŠndig rigtigt at det altid er i lavlys omrĂ„derne at stĂžjen ses tydeligst, men det er forkert at den er uden betydning i hĂžjlysene. I hvert fald hvis man Ăžnsker at vise omrĂ„der som galaksekerner og Trapezium regionen med den bedst mulige kontrast og detaljerigdom. De dage er jo forbi, hvor deepsky objekternes hĂžjlys omrĂ„der vistes som udbrĂŠndte, hvide klatter i astrofotos. En god SNR er vigtig i sĂ„vel hĂžjlys som lavlys omrĂ„derne i et deepsky foto, men det er trods alt sandt at det batter mest i lavlys omrĂ„derne.
Hvis vi Þnskede at samle samme antal fotoner pr. pixel med f/10 teleskopet som med f/5 teleskopet, mÄtte vi firedoble eksponeringstiden. Da astrofotos som regel laves ved at stacke en rÊkke sub-eksponeringer mÄtte vi tage fire gange sÄ mange af disse. UdlÊsningsstÞjen fra det Þgede antal sub-eksponeringer ville betyde at SNR pr. pixel stadig var ringere for f/10 teleskopet. Det er altsÄ vanskeligt at kompensere for et hÞjt f/forhold med lÊngere samlet eksponeringstid. Man kunne selvfÞlgelig bruge fire gange sÄ lang sub-eksoneringstid, men det medfÞrer sit eget sÊt af problemer.
F/forholds nej-sigerne nÊvner nogle gange at fordelene ved lavt f/forhold kun gÊlder for gammeldags filmkameraer, fordi film lider af reciprocitetsfejl. CCD kameraer er ligeglade med f/forholdet fordi de, i modsÊtning til film, er lineÊre hedder det. Det er rigtigt at f/forholdet betyder mere for film, pÄ grund af deres reciprocitetsfejl, og det er ogsÄ rigtigt at CCD kameraer er lineÊre, men forhÄbentlig har det ovenstÄende vist at f/forholdet alligevel har en betydning for CCD kameraer.
Sluttelig kunne man nÊvne at der er en vigtig forskel pÄ teleskoper og kameralinser. Et teleskop med en given Äbning kan fÄ Êndret sit f/forhold med en reducer eller en Barlow, eller simpelthen ved at Êndre det optiske design. Teleskopet samler derfor, i hvert fald i princippet, lige meget lys nÄr f/forholdet Êndres. PÄ en kameralinse Êndrer man f/forholdet ved at blÊnde linsen ned, man Êndrer altsÄ pÄ aperturen. En kameralinse samler derfor mere eller mindre lys, alt efter f/forhold.
Jesper 2009-10-07 18:17:35
mstauning- Black Hole
Modigt ! Men rigtigt !
rigo- Super Nova
Hej Jesper
De sidste 2 linjer, har jeg tĂŠnkt over fĂžr F/forhold camlukker VS telescope…. Hvad er det som fĂ„r F til pludselige at blive laver, bare ved at sĂŠt lidt linse pĂ„ “reducer”
wieben- Nova
Hej Jesper,
Fin forklaring og interessant emne du berĂžrer.
Der er ingen tvivl om at alle der prÞver krÊfter med astrofotos, har stillet sig selv spÞrgsmÄlet omkring f/forhold, teleskop Äbning og pixelstÞrrelse.
Som du siger handler det i bund og grund om SNR.
Forenklet kan man sige at SNR primÊrt defineres af forholdet mellem teleskopÄbningen og det FOV hver enkelt pixel ser.
Hvis man er nybegynder, og vil starte med det optimale setup vil jeg anbefale fĂžlgende model:
I stedet for at starte med f/forholdet, mener jeg den logiske indgangsvinkel er at starte med brÊndvidden, som jo alene definerer hvor stort et synsfelt man opnÄr ved en given billedchip stÞrrelse.
Som nÊvnt oven for, er det udelukkende teleskopÄbningen der bestemmer hvor meget lys man opfanger. En stÞrre teleskopÄbning giver derfor et bedre SNR alt andet lige.
Tilbage til pixelstĂžrrelsen. En Schmidt-Cassegrain med hĂžjt f/forhold og dermed lang brĂŠndvidde kan “nemt” opnĂ„ samme SNR og billedfelt som en hurtig newtom med lavt f/forhold og kort brĂŠndvidde. Vi skal “bare” have fat i et kamera med tilsvarende store pixels og stor billedsensor, sĂ„ vi opnĂ„r samme FOV for hver pixel. Nu er store billedchips jo hundedyre, og de fĂŠreste producenter laver pixels over 9 um. Pixel stĂžrrelsen kan derfor kun varieres inden for et lille omrĂ„de, sĂ„ vi mĂ„ justere pĂ„ optikken i stedet.
Det med pixelstĂžrrelsen syntes jeg er interessant, da jeg indtil videre kun har brugt DSLR.
Det er som om jagten pÄ megapixels ingen ende tager. Her ser jeg en problematik i forbindelse med astrofotos.Det handler jo om SNR. I dagslysfotos er der oftest masser af lys, og dermed et godt SNR. Her kan man udnytte de smÄ pixels.
I astrofotos er lys en mangelvare, og mindre pixels betyder at de sparsomme fotoner skal fordeles mellem flere pixels —— hvilket igen betyder lavere SNR.Jeg er derfor bange for, at vi er tĂŠt pĂ„ at have nĂ„et toppen af vĂŠrdien af DSLR til astrobrug. Vi kommer ikke til at se en fordobling af QE for DSLR chips, men kan nok forvente en flere dobling af antallet af pixels. Uden muligheden for binning falder vores SNR.
Det optimale mÄ derfor vÊre at have den stÞrst mulige teleskopÄbning, og en brÊndvidde der sammen med vores pixelstÞrrelse, rammer en oplÞsning der passer til seeing. Jeg mener derfor at f/forholdet snarere er et resultat af vores primÊre parametre, end et udgangspunkt der dikterer de efterfÞlgende valg i jagten pÄ en tilfredsstillende oplÞsning og et godt SNR.
For mit eget vedkommende har jeg en 10″ f/4,8, der sammen med mit DSLR giver nogle fornuftige vĂŠrdier. Teleskopets brĂŠndvidde er 1200 mm, mine pixels 8,45 um. Det giver en pixel FOV pĂ„ 1,45 buesekunder, hvilket giver en ok sampling. Teleskopets teoretiske oplĂžsning er ca. en 1/3 af min pixel FOV, men seeing i Danmark er ikke pĂ„ et sĂ„ lavt niveau. At DSLR er et farvekamera, og derfor ikke har samme oplĂžsing som et monocam, er en helt anden historie.
Da jeg valgte teleskop var det dog ikke de store matematiske overvejelser der gjorde udfaldet.
Mine krav var stor Ă„bning for et overkommeligt belĂžb, samt en stĂžrrelse der kunne bĂŠres ned af trapperne fra lejligheden hver gang der skulle laves astro.Det er et rigtigt spĂŠndende emne og ikke nemt at gĂžre sig klog pĂ„…….men der er helt sikkert stof til mange “cloudy nights” – samtidig er det jo spĂŠndende at tĂŠnke over hvordan vores legetĂžj virker.
Wieben 2009-10-05 22:03:07
tommyf- Neutron star
For ondt i hovedet, for meget at tĂŠnke over
Men uden at egentligt vide det har jeg altid tÊnkt, 1-Äbning, 2-brÊndvidde, 3 kamera pixel der matcher, for meget ud over dette, sÄ er det ikke til at overskue.
jesper- Neutron star
Tak for kommentarerne. Heine du har ret i at man godt kan starte et andet sted en f/forholdet. Alle faktorerne spiller jo ind pÄ hinanden. Man kan f.eks fÄ prÊcis det samme ud af f/10 teleskopet i mit eksempel ved at vÊlge et kamera med samme antal, men dobbelt sÄ store pixels. F/forholdet er jo bare en af mine kÊpheste, sÄ jeg synes det var interessant at se pÄ hvad det egentlig betyder.
Rigo en reducer gĂžr lyskeglen stejlere, sĂ„dan at kameraet “snydes” til at se et mindre f/forhold.Du er ikke den eneste der fĂ„r ondt i hovedet Tommy, og man kan tage gode fotos med et bredt udvalg af teleskoper og kameraer, uden at bekymre sig sĂŠrlig meget om alt det her.
jesperg- Super Nova
Tak for den fine opsummering af de komplicerede begreber, og de indbyrdes forhold.
Det er meget interessant info, og primÊrt fakta som man bare kan prÞve at forstÄ sammenhÊngen i.Hvis man skal lave en praktisk (og grov) konkulsion, kan man sÄ ikke sige at man fÄr bedre mulighed for at optage gode billeder med et lavt blÊndeforhold, p.g.a. et bedre signal/stÞjforhold, forudsat at den hurtige optik stadig er uden for store optiske fejl, som f.eks. coma.
Jesper G.
rigo- Super Nova
man fÄr bedre mulighed for at optage gode billeder ved at anskaffe sig minder scope end man regner med (nystarter). Det er kun Wieben som jeg kender har kunne magte en stor Äbning
Begynder kĂžb = linsekikkert med 600-800mm om det er lille eller stort F = never mind til man bliver pro som Jesper…
men ok, det er mÄske ikke lige det jepser tekst handle om
http://www.rigorigo.dk 2009-10-05 22:57:58
jesper- Neutron star
JesperG wrote: Tak for den fine opsummering af de komplicerede begreber, og de indbyrdes forhold.
Det er meget interessant info, og primÊrt fakta som man bare kan prÞve at forstÄ sammenhÊngen i.Hvis man skal lave en praktisk (og grov) konkulsion, kan man sÄ ikke sige at man fÄr bedre mulighed for at optage gode billeder med et lavt blÊndeforhold, p.g.a. et bedre signal/stÞjforhold, forudsat at den hurtige optik stadig er uden for store optiske fejl, som f.eks. coma.
Jo sÄdan kan man godt sige det. Derefter kommer sÄ spÞrgsmÄlet om hvad man vil med billedet. Widefield, seeing optimeret oplÞsning eller noget helt tredie.Rigo, den anbefaling kan jeg godt tilslutte mig, men det er som du ogsÄ siger en helt anden historie
jesperg- Super Nova
Det var nu mere optikken jeg tÊnkte pÄ i mit indlÊg Rigo, ikke chauffÞren
JesperG 2009-10-05 23:20:58
Jesper G.
jesperg- Super Nova
Jesper, hvis jeg nu igen skal blive lidt praktisk og konkret, teori er godt, men at overfÞre det til noget praktisk er bedre, sÄ vil jeg spÞrge om dit valg af fÞlgende muligheder, hvis Þnsket er et detaljeret billede af f.eks. M31 eller M42:
1) 300mm f/2,8 teleobjektiv i topkvalitet
2) 500mm f/5,6 mellemformat optik
3) 2032mm f/10 SCT med f/6,3 reducerI alle tilfÊlde benyttes et modificeret 20D DSLR og der er CLS-CCD og 12nm H-a filtre til rÄdighed. Der kan efterbehandles med stack, mosaik photoshop og lignende efter behov.
Hvordan vil du i dette konkrete tilfĂŠlde benytte din teoretiske viden, og omsĂŠtte den til et praktisk set-up ?
Jesper G.
jesper- Neutron star
BÄde M31 og M42 er jo store objekter, sÄ nr. 1 og 2 vil kunne vise widefield optagelser af hele objektet og dets omgivelser, men du fÄr ikke den hÞjest mulige detaljeoplÞsning i dit billede. Det kan du fÄ med nr. 3, hvor du sÄ til gengÊld kun fÄr en del af objektet med. Begge dele har sin berettiglse og kan give billeder der pÄ hver sin mÄde er tilfredsstillende.
Du kan bruge begge filtre pÄ M42, men til M31 er h-alpha ikke egnet, undtagen til specielle formÄl.
BjÞrn SandÄker- Neutron star
Denne trÄden burde bli sticky!
(HĂžrer moderator dette?)Mvh,
BjĂžrn
mstauning- Black Hole
Jeg vil holde pÄ at hvad man skal kikke pÄsom ugangs punkt, handler helt og aldeles af hvilke dele man har!
Har man et teleskop, sÄ kikke rman pÄ dette:1) pengepungen (bestemmer hvad man kan kikke pÄ).2) pixelstÞrrlse (bestemmes af ens teleskop, kort skop = smÄ pixels).3) antal pixel (bestemmer det FOV der kommer ud af det).4) mono/farve (bestemmes af hvad man vil med det).5) andet (kÞling, filtre ogsÄ videre).
Frank Larsen- Super Nova
Hej JEsper
Fantastisk enkel gennemgang – er du ved at skrive pĂ„ 2. udgave af din bog.Dejligt at se at vores diskussion og praktiske eftervisning af lysstyrke pĂ„ udstrakte objekter fra i vinters er kommet ned pĂ„ fĂ„ ord.
- Emnet 'F/forholdet og CCD kameraer' er lukket for nye svar.