1. Skala zestawu

1. Skala zestawu
Kiedy zaczynałem przygodę z astrofotografią zacząłem się zastanawiad jak to wszystko działa i ze sobą
współpracuje i czy na przykład mając dwa zestawy dające obraz o takiej samej skali otrzymamy taki
sam obraz. Spędziłem trochę czasu na próbach zgłębienia zagadnienia, i jak to u mnie bywa, czasami
najprostsze zagadnienia okazywały się byd najtrudniejszymi do zrozumienia
W tym krótkim
tekście chciałbym się z Wami podzielid moimi (często zupełnie oczywistymi) spostrzeżeniami. Na
potrzeby tych rozważao zakładam że opisywane matryce światłoczułe są takie same - mają taką samą
sprawnośd i takie same szumy. Nie będę tutaj rozpatrywad różnic w parametrach sensora, a raczej
jego pracę w kontekście całego zestawu. Podobnie zakładam, że opisywane instrumenty mają taką
samą sprawnośd i jakośd, ani nie będę wnikał w krzywizny pola, wady optyczne i takie tam
Na początek weźmy na warsztat dwa zestawy o takiej samej skali obrazu. W obu mamy kamerkę z
czipem o rozdzielczości 1000x1000px.

pierwsza ma piksel o rozmiarze 10x10um i podłączona jest do instrumentu o aperturze 100 i
ogniskowej 1000mm, czyli 100/1000

druga ma piksel o rozmiarze 5x5um i podłączona jest do teleskopu 50/500
Oba zestawy mają taką samą światłosiłę i dają obraz o takiej samej rozdzielczości 1Mpx i takiej samej
skali równej około 2"/px. Czy otrzymane z nich zdjęcia będą takie same? Mogłoby się wydawad, że
tak. Ale oba zestawy różnią się zasadniczym parametrem - aperturą. W astronomii to apertura rządzi,
dlatego teleskopy są przede wszystkim duże, a nie światłosilne. Teleskop o aperturze 100mm zbierze
cztery razy więcej fotonów, niż ten o aperturze 50mm, ponieważ ma cztery razy większą
powierzchnię zbierającą światło. A ponieważ skala jest w obu zestawach taka sama [1], więc łatwo się
domyślid, że każdy piksel kamerki z pierwszego zestawu zbierze cztery razy więcej sygnału, a co za
tym idzie, otrzymany obraz będzie dużo lepszej jakości - stosunek sygnału do szumu będzie większy.
Z tego prostego przykładu płynie kilka wniosków:
1.
po pierwsze z zestawu o większej aperturze w tym samym czasie zawsze uzyskamy lepszy
obraz (ale patrz założenia na początku tekstu)
2.
połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki sam rezultat,
jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um. I będzie to wynik znacznie lepszy,
niż połączenie teleskopu 50/500 z kamerką o pikselu 5um
3.
apertura jest najważniejsza, światłosiła to sprawa drugorzędna. W praktyce natomiast,
szczególnie wśród amatorów, istnieje zapotrzebowanie na instrumenty światłosilne. Wynika
to z tego, że jasny instrument będzie mniejszy i lżejszy, czyli bardziej poręczny i mniej
wymagający dla montażu. Ale przede wszystkim zmniejszenie ogniskowej sprawia, że w celu
uzyskania obrazu tej samej jakości możemy używad sensorów o mniejszych rozmiarach z
mniejszym pikselem, które są po prostu dużo taosze. Nie bez znaczenia jest też fakt, że
większośd amatorów astrofotografii uprawia astrofoto estetyczne, a w tej dziedzinie liczy się
kadr, a nie konkretny obiekt. Światłosilne instrumenty mają oczywiście inne wady i są dośd
drogie, ale nie o tym ten tekst
Hmhm, ale, ale - czy "połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki
sam rezultat, jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um" nie brzmi jak reduktor
ogniskowej? Pewnie że tak. Kamerka o pikselu 10um da nam z dowolnym instrumentem identyczny
obraz, jak kamerka o pikselu 5um podpięta do tego samego instrumentu przez reduktor ogniskowej o
krotności 0.5x.
Ale, ale, hmhm, czy "połączenie teleskopu 100/1000 z kamerką o pikselu 10um da nam da nam taki
sam rezultat, jak połączenie teleskopu 100/500 z kamerką o pikselu 5um" nie brzmi również jak
binning? Ponownie - jasne że tak. Binning to po prostu zwiększenie rozmiaru piksela - sygnał z
określonej ilości sąsiadujących pikseli transferowany jest do jednego z nich i następnie sczytywany.
Proces taki można przeprowadzid też programowo mając już obraz zapisany na dysku, ale z jedną
różnicą - binning sprzętowy likwiduje nam częśd szumu odczytu, programowy tego nie robi. Binning
sprzętowy to domena matryc CCD, współcześnie produkowane sensory CMOS nie pozwalają na
stosowanie tego procesu i binning, o ile dostępny, wykonywany jest programowo przez sterownik
kamerki. Czyli, podsumowując, kamerka o pikselu 5um w połączeniu z teleskopem 100/500 da nam
obraz takiej samej jakości, jak ta sama kamerka pracująca w trybie binx2 z teleskopem 100/1000.
Obraz obiektu będzie taki sam, natomiast kadr będzie inny, bo zmieni nam się pole widzenia zestawu.
Kiedy w kamerce o natywnej rozdzielczości 1000x1000px zastosujemy binning 2x, to otrzymamy
efektywną rozdzielczośd 500x500px. Idąc za ciosem mamy jeszcze jeden wniosek - kamerka 5um
podłączona do dowolnego teleskopu przez reduktor ogniskowej 0.5x da nam taki sam obraz obiektu,
jak ta sama kamerka podpięta do tego samego teleskopu bez reduktora, ale pracująca w trybie binx2.
Różnica będzie występowała tak jak poprzednio - w polu widzenia takiego zestawu.
Tyle teorii, bo rzeczywistośd jest o wiele bardziej prozaiczna. Ilośd dostępnych dla amatorów modeli
kamerek jest dośd ograniczona. Nie doszukiwałem się jakiś statystyk, ale podejrzewam, że ponad 80%
amatorskiego rynku pokryte będzie przez może dziesięd modeli matryc. Trzeba mied świadomośd, że
nie ma zestawu uniwersalnego. Dlatego zanim się na któryś z nich zdecydujemy, warto sobie
odpowiedzied na kilka pytao krążących wokół jednego, głównego pytania - o cel naszych działao.
Mając na celowniku astrofotografię estetyczną, kryteria są dośd oczywiste - duże pole widzenia
pozbawione wad i sporo pikseli, a rozmiar apertury schodzi na dalszy plan. Dzieje się tak, ponieważ w
astrofotografii estetycznej interesuje nas kadr, a nie obiekt. Obiekt będzie nas interesował, kiedy
główny ciężar naszych zainteresowao będzie przesunięty np w stronę fotometrii, poszukiwania
gwiazd nowych i supernowych, zmiennych, nowych planetoid, czy spektrometrii. Wtedy pole
manewru jest znacznie większe i warto powalczyd o sporą średnicę teleskopu, a zbyt dużą
rozdzielczośd zwalczyd binningiem, i/albo redukcją ogniskowej.
No dobrze, a jaką skalę powinien mied nasz zestaw? - o tym w następnej części
[1]
chodzi o skalę wyrażoną w "/px. Skala wyrażona w "/mm będzie oczywiście inna, ale przy
rozważaniach tych konkretnych zestawów wyrażanie skali w "/mm ma mniejszy sens