Зарегистрировано: 391




Помощь  Карта сайта

Текст дня

Spaceflight Now

Дальше..

Фото дня

Вид на прихожую от входа

Вид на прихожую от входа



Цель - Сатурн
Через турбуленцию к звездам
В блоге представлены фото с моего сетапа. Первую зиму телескоп пережил на кухне, летом поселился на балконе с видом на залив, на окраине Петербурга. См. статью про наблюдения через балконную дверь. На балконе сиинг лучше, но места меньше. В итоге, была сделана мини-опора, вместо штатной треноги, а теперь в планах ..
Письмо | Сообщение | ВКонтакте | Астрофорум |

Для добавления вашего собственного контента, а также для загрузки текстов целиком, загрузки текстов без разбиения на страницы, загрузки книг без разбиения на тексты, необходима авторизация. Если вы зарегистрированы на сайте, введите свой логин и пароль. Если нет, пожалуйста, пройдите регистрацию



Альпы 28.08.13
Опубликовано в: Клуб: Обработка астрофото. Cъемка, сложение, постобработка
<--Астрофото
<--Любительская астрономия (ЛА)
Блог: Как это работает?

0





Астро-съемка Луны и планет видео камерой
/p. v./
28.11.2014


Симбиоз собственного печального опыта и изучения мат.части, размышлений о причине неудач, рано или поздно, приводят ищущего истину к цели. Благо, источников информации хоть отбавляй. Надо только знать, что и где искать.

Возможно, кому-то в этом поможет эта статья.

Предыстория вопроса

Довольно много, около полугода, я пробовал снимать Луну с зеркалкой Nikon, потом с веб-камерой. Пробовал одиночные фото и видеоролики, различные техники сложения и обработки, разные фокусные расстояния, окулярную съемку, съемку в прямом фокусе. Иногда получалось красиво, но чаще результат наводил меня на некоторые печальные размышления.

Типовой снимок до "просветления" (видео/фото)



Думал я, по этому поводу, прикупить дорогую планетную камеру, чтобы как-то улучшить свои результаты. Была даже крамольная мысль поменять трубу. Не успел ни того, ни другого. И это хорошо. Надо заметить, новички часто находятся в некоторой "скорлупе" и потому плохо и неохотно воспринимают ненавязчиво втолковываемые им прописные истины. Вдобавок ко всему, обычно "профи" не склонны делиться "секретами" своего успеха, за редкими исключениями.

Оценивая фотографии Луны на астро-форуме, я как-то стал обращать внимание не только на уровень фото, но и на иногда проскакивающие детали с описанием процесса их получения и обработки. В частности, на то, что "профи" снимают Луну с инфракрасным фильтром, отсекающим видимый спектр и пропускающий волны от 700 нм и выше. Правда, обычно дело у них ограничивается применением ИК фильтра и скорострельной планетной камеры. Обработка же зачастую страдает. Ок, подумал я, заказал фильтр и стал ждать, пока его привезут из Германии. Он приехал через 1,5 мес. Вот такая у нас быстрая почта в России.

Итак, IR Pass фильтр Astronomik IR742 Pro Planet был куплен. Первые же опыты показали, что стало лучше, но не на много. Чуть-чуть выросло разрешение снимков, но не так, чтобы это бросалось в глаза. Значит, все-таки надо брать планетную камеру, продолжал думать я. А она, между прочим, стоит от 300-400$, что не мало.

Дальше лично мне помог случай. Незадолго до этого я прикупил ЛБ 3х ED "Levenhook" от малопонятного производителя и снимал Луну уже с ней, с красным фильтром. Масштаб снимка, получаемый с ней, мне понравился и был ощутимо больше, чем со штатной ЛБ 2х от SW, идущей в комплекте с телескопом. Но качество снимков и с ней, все равно, оставалось невысоким.

Как-то, августовской ночью, решил я посмотреть через эту ЛБ 3х ED и окуляр Deep Sky Plano 6,5мм на Вегу, чтобы оценить юстировку телескопа по дифракционной картине. То, что я увидел, повергло меня в уныние. При увеличении в 550х (макс. увеличение /2D/ телескопа 508х) перед глазами плавало размытое цветное лучистое пятно. Убрал ЛБ. В этот же окуляр Вега предстала почти идеальной голубой звездочкой с маленьким диском Эри. Я задумался. Поставил штатную ЛБ 2x от SW - Вега стала ярче, диск чуть увеличился, появились кольца. Цвет - чисто голубой без какого-либо намека на хроматизм. Что характерно, эта штатная ЛБ 2x от SW у любителей почетом не пользуется, да и у меня тоже не пользовалась. А зря.

Это меня озадачило - выходит, то, что продается "под маркой" ED и по определению не должно вносить хроматизма, вносит его больше, чем рефрактор с объективом из очковых стекол, т.е налицо банальный обман и дешевый маркетинг. Дальше оставалось воткнуть в SW ЛБ 2х пустую втулку от ЛБ 3х, но уже без стекол, и уже в нее вставить веб-камеру. Так получилась разогнанная до 3,2х ЛБ. Картинка продолжала радовать глаз уже при нужном мне масштабе. Никакого хроматизма не было и в помине. Снял Луну, обработал ролики и.. на фото вылезли те самые мелкие детали поверхности, которые до этого я видел только у "профи". Возможно, с атмосферой повезло, подумал я. Снимал с неделю - результат стал получаться стабильно хорошим, практически независимо от атмосферы.

Оставалось подвести под это теоретическую базу. При обработке, я несколько раз замечал, что на некоторых снимках, в процессе деконволюции, при уменьшении psf до разумного минимума, в структуре фото проступает сетка матрицы, похожая на структуру фотографии в старой газете. Т.е. при этом, очевидно, проступала пиксельная структура матрицы, а разрешение стремилось к своему пределу для данного снимка и получалось довольно высоким. Размер пикселя получался чуть меньше самых мелких деталей на фото. Системы под это явление я не подводил. А она есть. Дальше имеет смысл немного углубиться в теорию и разобрать понятие сэмплинга.

Дискретизация изображения(сэмплинг)

На мой взгляд, термин этот не совсем удачный. Более подходит "частота дискретизации", хорошо известная из теории оцифровки звука, да и любого аналогового сигнала. С цифровым фото картина такая же - аналоговый сигнал (свет, собранный телескопом), попадающий на матрицу, дискретизируется камерой и хранится на компьютере в цифровом виде. При отображении на экране происходит восстановление цифры в исходное изображение.

Из теории оцифровки звука хорошо известно, что для относительно полного восстановления высокочастотного сигнала нужна его оцифровка с как минимум в 2-3 раза большей частотой. Чем выше частота дискретизации, тем с меньшими искажениями удается восстановить форму исходного сигнала.Таким образом, по аналогии, при оцифровке изображения нам потребуется пиксель на камере в 2-3 раза меньший теоретического разрешения телескопа, точнее, размера дифракционного пятна на матрице.

Дальше надо произвести несложные расчеты. Нужно рассчитать угловое поле зрения диагонали кадра. Для этого можно, например, замерить время прохождения звезды по диагонали матрицы и вычислить угол, исходя из посыла, что за час небо поворачивается на 15 грд. Или взять снимок полной Луны и наложить на него фрагмент получившегося кадра с телескопа с данной камерой и ЛБ. Подогнав масштабы и совместив изображения, принимая, что диаметр Луны составляет ~30', можно измерить линейками в PS полную Луну и наш фрагмент, разделить второе на первое и умножить на 30'. Получим размер поля камеры в угл.минутах с достаточной точностью.

Разрешение матрицы заранее известно - это максимальный размер кадра, который может делать камера. Например Full HD дает кадр 1920х1080, просто HD 1280х720 и т.д. Если камера может делать и такой кадр и другой, то ее расчетное разрешение будет именно 1920х1080. Разрешение телескопа тоже известно - это критерий Релея:

sin A= 1.22*Дл.волны/D об., т.е угол, под которым две точки видны раздельно.

Предел разрешения телескопов выражают в угловых секундах и также определяют по формуле d=140/D, при длине волны=560 нм и D об., выраженный в мм. Для описываемого в статье телескопа он составляет 0,54" в видимом диапазоне. Еще нам очень нужно замерить линейные размеры матрицы и оценить размер ее пикселя. Первое можно сделать линейкой, второе вычислить.

Оценка типового фото Луны на оригинальных снимках, полученных с рассматриваемой камерой и телескопом SW25012 с ЛБ~3x, дает угл.размер диагонали кадра ~5,5'=330". Лин.размер диагонали обработанного снимка, измеренный в PS, составляет 2211px, что похоже на истину. Таким образом, в конкретной системе телескоп/камера, угловой масштаб снимка составляет

R = 330"/2202px = 0,1498" т.е. ~0,15"/px, а предельное разрешение составляет ~3-4px, или 0,45-0,6". См. рис. ниже (Полный размер)




Для используемой веб-камеры HP HD4110 измеренный размер диагонали матрицы составляет ~6 мм. Размер кадра 1920x1080px, что дает диагональ кадра в пикселях d = 2202px. Таким образом, размер диагонали самого пикселя

px_diag = 6 мм/2202=0,0027248 мм или 2,7 µm,

а это уже дает нам возможность оценить экв. фокус системы и производить другие полезные расчеты. Зная размер диагонали пиксел я, можно рассчитать экв.фокус системы

Fэкв= 206.3 * px_diag /R = 206.3 * 2.72 µm / 0.15 = 3870 мм

Поскольку a^2 + b^2 = d^2, где a=b, то 2a^2=d^2 --> a=SQR(d^2/2), откуда сторона пикселя px_size = 1,92 µm

Отсюда же можно найти и относительное фокусное расстояние системы. При D = 254 мм,

F_Ratio = px_diag * 206.3 / [D * R] = 2.7 * 206.3 / [254 * 0.15] = 14.6

Примерно такой же результат получается проще
F_Ratio = Fэкв / D = 3870 / 254 = 15.23

С другой стороны, для диска Эри имеем
FWHM = 1.02 * (W_length) * (F_Ratio), что дает для рассматриваемой системы

FWHM_viz = 1.02 * 550nm * 14.6 = ~ 8.2µm , для видимого диапазона, или

FWHM_ir = 1.02 * 742nm * 14.6 = ~ 11µm (c IR 742 фильтром)

Согласно теореме Найквиста — Шеннона (Котельникова)

/The Nyquist criterion of 2 is often cited and applied as critical sample = 2*FWHM. But that Nyquist criterion is specific to the minimum sample necessary to capture and reconstruct an audio sine wave. The more general solution of the Nyquist criterion is the width (standard deviation) of the function, which for Gaussian is FWHM = 2.355 pixels. But this criterion is measured across a single axis. To measure resolution across the diagonal of square pixels it is necessary to multiply that value by sqrt(2), which yields a critical sampling frequency of FWHM = 3.33 pixels./

размер пикселя для оцифровки точки изображения должен быть 1/3 от ее размера или меньше, т.е для видимого диапазона имеем:

px_diag_viz = FWHM_viz / 3.33 = 2.73 µm , а для инфракрасного

px_diag_ir = FWHM_ir / 3.33 = 3.3 µm,

что при реальном размере пикселя матрицы в 2,7 µm дает отношение 4,07. Т.е. чем длиннее волна, тем лучше оцифровка. Таким образом, данная комбинация телескоп/камера хорошо подходит как для съемки в видимом диапазоне, так и в инфракрасном. С другой стороны, теоретическое угловое разрешение телескопа SW25012 согласно критерию Релея = 0,54" что дает отношение оцифровки 0,54 / 0,15 = 3,6 , что вполне укладывается в мин. требования к соотношению R / px_diag > 3,3, т.е. получается то, что нужно, для оптимальной оцифровки.

При меньшем масштабе изображения мелкие детали будут теряться, особенно если снимок в последующем подвергается деконволюции, при большем масштабе будет падать яркость, пропорционально квадрату фокусного расстояния, а также по этой причине будет возрастать шум. Таким образом, правильно подобранный сэмплинг (дискретизация) обеспечивает оптимальное соотношение сигнал/шум при максимальном разрешении, т.е. кпд системы камера/телескоп.

Немного теории: по расчету системы для съемки планет , и по расчету системы для съемки Deep Sky , а здесь можно рассчитать различные параметры системы окуляр/камера/телескоп .

Типовой снимок после исправления критических ошибок



На практике оказалось, что с ИК фильтром и правильно подобранной ЛБ, т.е. при соблюдении необходимых и достаточных условий оцифровки, телескоп вышел на около-расчетное разрешение в 0,5-0,6" (именно такого размера кратеры "проявляются" на фото). Результат довольно стабилен. Удастся ли получить лучшие результаты, пока не ясно - нужна качественная атмосфера.

Хорошо, но мало!

После многочисленных, в течение года, сеансов планетной съемки и экспериментов с различными фокусными расстояниями, возникло подозрение, что в некоторых случаях расчетный сэмплинг в 3,3 px/R, при хорошей атмосфере, и качественной оптике, все таки не до конца раскрывает возможности 10" апертуры, т.е. имеется некоторый запас по разрешению, который хочется реализовать. В моем распоряжении имеются ч/б камера Flea 3 от Point Grey и фокальные экстендеры 3х и 5х от Explore Scientific. Это дает превосходное изображение, полностью свободное от хроматизма и сферической аберрации.

Полный размер


При фокусе, 3,6м и 5,9м соответственно, на трубе 10" c f=1,2м, камера пишет чистый raw в 16 бит с приличным fps, что в сумме дает отличный материал для последующей обработки. В частности, по Луне удалось превзойти расчетное разрешение телескопа в 0,54", примерно в 1,5 раза при неидеальной атмосфере. На рис. ниже приведена увеличенная центральная часть предыдущего снимка. Ширина канала около 4км, ширина тени стены 0,4-0,45", размер уверенно различимых кратеров на снимке составляет 0,3-0,35".



Процесс съемки

Судя по некоторым комментариям к опубликованным фото, от веб-камеры такого результата не ожидали. Однако, на мой взгляд, тут никаких чудес нет. Камера снимает то, что ей кладут на матрицу. Яркости и контраста в этой камере с избытком. Самое важное - правильно подобрать масштаб, освещенность и точно попасть в резкость. Остальное вы получаете гарантированно.

Съемка ведется с штатным ПО камеры, в RGB, с убранной в ноль цветностью, с последующим преобразованием в PIPP'е в монохром сигнала со всех 3-х каналов, с обрезкой ролика по качеству до 25% от исходного к-ва кадров. Исх.ролики длительностью около 2мин, 30fps, fHD, ~3600-4000 кадров.

Вполне возможно, и даже вероятно, что используя спец. камеру, например ч/б, с большой скорострельностью (60-120 fps) и с высокой разрядностью (12-16 бит), результат будет еще лучше. По Луне можно утверждать, что большое значение имеет разрядность камеры, поскольку Луна объект высоко-контрастный и с большими перепадами яркости в кадре, а значит от камеры нужен широкий динамический диапазон. С веб-камерой разрядность ограничена 8 бит, что хватает далеко не всегда.

Данная камера дает 30 fps на полном кадре. Большая скорострельность нужна больше по планетам, типа Юпитера, которые быстро крутятся. С Луной это не так критично. Ч/Б или цветная, в случае с Луной, также не имеет большого значения, поскольку яркость объекта достаточна, а при обработке ролика все каналы идут в монохромную сумму. Все это делает веб-камеру более чем достойным выбором при съемке Луны, особенно учитывая стоимость. Рассматриваемая в статье камера HP HD 4110 , стоила в 2012г. около 1900 руб(~60$).

Обработка снимков

Вообще, у каждого в обработке свои рецепты. Кто-то любит "жарить" Луну до пепельно-угольных оттенков, кто-то любит раскрашивать ее во все цвета радуги, кто-то придерживается "плоского" и мало-контрастного варианта. Я предпочитаю в обработке стандарты "классического" ч/б фото, т.е. умеренность в оттенках и передачу полутонов.

В моем случае типовой рецепт следующий:

В Autostakkert делается 2/3-х этапная обработка: 1-й стек 50%, 2-й стек 25% с первой суммой, подсунутой в reference, 3-й стек с 12%, тоже с пред.суммой в reference,4-й 6%. Затем эти суммы идут в AstraImage, где применяются вейвлеты или деконволюция.

Деконволюцию лучше выбирать по алгоритму Люси-Ричардсон/экспонента. psf 0.4/0.6 - 0.9/1.1 и зависит от размера пикселя камеры, разрешения телескопа и фокуса, т.е. для разных систем(телескоп/барлоу/камера) будет разные оптимальные значения. Количество итераций выбирается ~18(1-я сумма), 14(2-я сумма),10(2-я сумма) и т.д.

После наведения резкости эти слои отправляются в Photoshop (меню файл-сценарии-загрузить файлы в стек), где складываются с автоматическим совмещением.
Для слоев выбирается режим наложения "обычный", "точечный свет" или "осветление основы" и др., по ситуации. После загрузки слоев, для нижнего слоя став им прозрачность 100%, для 2-го 50%, 3-го 33%, 4-го 25%.

Далее эти слои сводятся в один и их сумма отправляется в Astraimage. Там проходим по ней адаптивным фильтром для уменьшения остаточных шумов, после чего снова применяем к ней вейвлеты. В итоге, мы получим 2-й уровень повышения резкости на снимке. Критерием разумности должны быть результирующие шумы на выходе.

Далее этот снимок накладывается в Photoshop новым слоем (сверху) на предыдущую сумму в режиме наложения "яркость", с подгонкой его уровня прозрачности в ~60%.

Для устранения пересвета ярких участков, делается динамическая маска на новом корректирующем слое экспозиции, с режимом наложения "разница", с подбором прозрачности этого слоя в 20-30% и регулировкой его гаммы и смещения в настройках слоя.

Добавляете сверху еще один корректирующий слой уровней, подбираете в нем яркость светов и глубину теней, подтягиваете гистограмму. Далее сохраняете в tiff вместе со всеми слоями, после чего экспортируете результат в JPEG (сохранить для WEB). Результат будет на порядок лучше исходников, если сами исходники были не безнадежны.

См. статью по обработке в PS.


Выводы

Итак, на конечный результат, при съемке Луны и планет, сильно влияют, в порядке убывания важности:

1*!!! Сжатие видео-потока.

Бытовая веб-камера передает поток в mjpeg, т.е сжатый. Сжатый поток
НИКОГДА не даст тонких деталей на снимке, которые способен показать телескоп. В идеале лучше иметь на выходе с камеры чистый raw. Минусы при съемке в raw - возрастает размер кадра в байтах, отсюда упираемся в пропускную способность канала, необходимого для передачи большого количества кадров на компьютер. Вырастает цена вопроса, падает скорострельность. Плюсы - отсутствие потерь в качестве. Профессиональные камеры, с которыми получаются действительно приличные снимки Луны и особенно планет, передают видео-поток исключительно без сжатия, т.е. без компресии, и только в RAW.

Типовой снимок Юпитера, полученный телескопом SW25012 c веб-камерой


2. Разрядность камеры

Существуют варианты с 8, 10,12 и 16 разрядами. Чем выше разрядность камеры, тем лучше будет результат и тем меньше будет шумов. Шумы в планетной съемке это враг №1. Веб-камера передает сигнал в 8 бит, по трем каналам - R,G,B, т.е. суммарно это 24 бита на пиксель. Но яркостная информация остается 8-ми битовой. Шумы у нее большие.
Профессиональная камера выдает от 8 до 16 бит на пиксель. Если камера монохромная, то используется только яркостный канал, если камера цветная, то на каждый из трех каналов приходится по 8-16 бит на каждый пиксель. Ниже приведены исходные кадры видео-ролика с Юпитером, снятые на ч/б камеру Flea3 в 16 бит, 16бит+шумодав, 8 бит. Как видно, в 8 бит. режиме шумы грубее и интенсивнее.

Полный размер



Это связано с тем, что АЦП камеры 12 разрядное, и при переводе изображения в 8 бит, софт камеры или кодек младшие разряды просто отбрасывают. Планетное фото базируется на вытягивании слабого, едва уловимого сигнала, часто не превышающего по уровню шумы атмосферы или самой камеры. При сложении нескольких тысяч кадров ролика этот слабый сигнал "вытягивается" до уровня устойчивого, в то время, как случайные шумы наоборот, нивелируются. Уровень шума пропорционален 1/SQR(N), где N - кол-во складываемых кадров. Уровень сигнала прямо прямо пропорционален N, таким образом, при увеличении N получается увеличение отношение сигнал/шум (S/N)

3. Скорострельность камеры.

В принципе, чем она больше, тем меньше выдержка, а, значит, и меньше влияние атмосферы на искажение отдельного кадра. При большей скорострельности за такой же промежуток времени получится больше кадров. А значит, большее количество кадров пойдет в сумму и при сложении будет меньше шумов на итоговом снимке. Значит, можно будет получить большую резкость снимка, используя деконволюцию.

Веб-камера обычно выдает 25-30 к/сек. Профессиональная камера выдает от одного кадра в несколько минут до сотен кадров в секунду. При этом на ней можно задавать Region Of Interest (ROI), т.е. активную область матрицы. Чем меньше ROI, тем больше скорострельность и наоборот. Монохромная камера обладает существенно большей скорострельностью за счет меньшего объема передаваемых данных, по сравнению с цветной.

Именно эти факторы и отличают профессиональные камеры от бытовых камер. Поэтому, пункты про камеру стоят первыми. Имея приличную камеру, можно расчитывать на приличный результат. Это стоит дорого. Но оно действительно того стоит, если вы всерьез собираетесь заняться съемкой планет, Луны, Солнца и т.д.

Типовой снимок Юпитера, полученный телескопом SW25012 c профессиональной ч/б камерой Point Grey Flea3 (3.2мп, USB 3.0) в 16 бит/канал и 90 fps.


4. Размер кадра камеры в px. Лучше full HD или больше, т.к. больше поверхности одновременно охватывается одним кадром и меньше придется возиться со съемкой, обработкой и сборкой панорам.

5. Физический размер матрицы в мм. Для Луны и планет - чем меньше, тем лучше. Плюсы: меньше матрица - больше масштаб изображения. Минусы: больше масштаб
- меньше площадь охвата, придется снимать больше роликов.

6. Цветная/ЧБ камера. Мне довольно часто задают вопрос, что лучше? Тут каждому свое, т.е. на любителя и смотря какие задачи стоят. Кому-то нравится снимать цвет на ч/б, возиться со светофильтрами и сложением каналов, кому то нет. Тут может вставать вопрос о шумах, но, с Луной, похоже, все не так сложно. Мне лично цвет по Луне при съемке на веб-камеру не мешал. С другой стороны, снимая планеты на ч/б профессиональную камеру, приходится констатировать, что хотя объемы работы по обработке возросли, качество снимков также заметно улучшилось. И потом, у ч/б камеры есть неоспоримое преимущество - она чувствительна к IR диапазону, в то время как у цветной камеры перед матрицей стоит IR block фильтр, который при IR съемке придется удалять, а чувствительность матрицы в IR может быть никакой.

Ну и напоследок, чтобы развеять ненужные сомнения: смело берите ч/б камеру , если разрешение и качество получаемого фото у вас в приоритете. Берите цветную, если хотите сэкономить на фильтрах. Набор профессиональных фильтров 1,25", например немецкой фирмы Astronomik, стоит ~100 евро за шт. Вам понадобится r g b ir, как минимум. Если захочется поснимать на камеру еще и дипскай, то полный комплект, включая фильтры Ha, Oiii и S2 выйдет в 800 евро или около того. Сама камера, типа Flea 3, с доставкой стоит ~750$, если брать у самого PG и везти через посредника. Еще понадобится комплект фокальных экстендеров, как минимум от ES 3х или 5х, если гнаться за качеством. Это еще 100-140$ (умножьте на 2). Еще желательно колесо для фильтров, лучше с управлением от компа. Сумму я думаю, сами сможете посчитать.

Так что цветная камера позволит сэкономить около 1000 евро или больше, но вы быстро поймете, что она проигрывает ч/б. Это мое мнение. Но не все так грустно. Современные цветные камеры снимают вполне прилично. Догонят ли они когда либо ч/б? Это покажет время.

7. Размер пикселя камеры. Для планетной съемки лучше брать камеру с мелким пикселем (см. выше пункт про сэмплинг). С другой стороны, у меньшего пикселя меньшая чувствительность. Однако современные камеры с мелким пикселем выпускают с достаточной чувствительностью, настолько, что размер пикселя приобретает приоритетное значение над чувствительностью. И потом, при меньшем фокусном расстоянии, мы получаем большую поверхностную яркость на матрице и меньший хроматизм, вносимый линзой барлоу. Планета будет ярче, меньше уходить из поля зрения при ошибках ведения телескопа. Ну и наконец, она будет гораздо лучше умещаться на матрице, нежели в камере с большим п икселем и большим фокусом.

8. Дискретизация/сэмплинг. Это соотношение диаметра диска Эри и размера пикселя на матрице, а значит и подбор необходимой ЛБ для конкретного кадра с данной камерой. Масштаб пикселя на снимке должен быть 1/3 от расчетного угл. разрешения телескопа или меньше. Иными словами дифр.диск должен укладываться в 3,3 px или больше.

9. Оптика, юстировка, отсутствие аберраций, чистота поверхностей. Тут все просто и понятно. Телескоп должен быть идеально отъюстирован, оптика чистая, размер максимальный из возможных.

10. Атмосфера. Желательно безветрие, прозрачность и спокойствие. При соблюдении предшествующих факторов, атмосфера будет уже не столь важна, поскольку среднее качество получаемых снимков будет уже достаточно высоким. Гораздо выше, чем при идеальной атмосфере с плохой камерой и плохим телескопом. Особенное значение имеет именно спокойствие атмосферы. Ее состояние довольно легко определить по далеко (5-10 км) расположенным фонарям. Например, равномерные огни пригорода. При хорошей атмосфере они медленно "плавают", как на волнах. При плохой они часто и сильно мерцают. Это же явление можно наблюдать и по звездам, если приноровиться. Проблема в том, что в городе звезд почти не видно. С планетами проще, потому как городская засветка никак не мешает их наблюдать и снимать. Чем меньше и плавнее мерцание, тем меньше будет волноваться планета в телескопе. Если планета "пляшет" на экране монитора, сворчивайтесь. Хорошие планеты получаются, когда они спокойно стоят и колебания едва заметны или их вообще нет. Такая атмосфера бывает не так уж и редко. Просто надо чаще снимать.

11. ИК фильтр. Это фильтр с полосой пропускания от 700 нм и выше для эффективного устранения высокочастотной турбуленции в атмосфере. Лучше брать более крутой фильтр, например 800нм, но при этом может падать чувствительность камеры к более низкой частоте. Поэтому, не надо брать ИК фильтр, пока не обзавелись качественной монохромной камерой. Кроме того, с повышением длины волны линейно падает разрешение системы, и может понадобиться более сильная линза Барлоу, поэтому лучше искать некий оптимум для конкретной камеры и состояния атмосферы. Для цветной камеры его применение также имеет смысл. Но тут ни о каком цвете речи уже не идет, конечно.

12. Обработка (фильтрация кадров ролика, сложение, деконволюция, пост-обработка)

Снимки, сделанные описанной в статье камерой можно посмотреть здесь Луна и
Планеты


Пример расчета для рефлектора SW25012 и камеры Flea 3 Mono/16/Usb3.0

диагональ пикселя матрицы

px_size = 2.5µm

FWHM_viz ~= 1.02 * 550nm * f_ratio = 2.5µm * 3.3 , для видимого диапазона.
Т.е. пиксель на матрице должен быть в 3.3 раза меньше теор.разрешения. Отсюда
1.02 * 550nm * f_ratio = 2.5µm * 3.3 =>
f_ratio = 2.5µm *3.3 / (1.02 * 550nm) = 8.25µm/561nm = 8250/561 = 14.7

f_экв_teor = f_ratio * D => f_экв = 14.7 * 254 = 3.7м

Минимально необходимый угловой размер пикселя при макс. разрешении для телескопа 10"

M_teor = 0.54" / 3.3px = 0.164"/px

Реальный масштаб для Flea3 и ЛБ2х(+), измеренный по снимкам Юпитера: M_prakt = 0,137"/px,
т.е. разрешение системы телескоп/камера с данной ЛБ составило бы
R = M_prakt * 3,3px = 0,137" * 3,3 = 0,45"

C другой стороны,
f_Ratio ~= px_size * 206.3 / [D * R] , откуда
f_Ratio ~= 2.5µm * 206.3 / [254 * 0,137] = 515.75 / 34,798 = 14,82, откуда
f_экв_prakt = 14,82 * 254 = 3,76м

т.е. реальные параметры системы телескоп/ЛБ/камера оптимизированы.

Пример расчета для рефрактора ED80 и камеры LPI Meade


Параметры ED80
D = 80mm
f = 600mm
Разрешение 1.45"


параметры LPI Meade

matrix = 640х480px
Тип матрицы-приёмника:
EVS350A VGA CMOS Image Senor
Количество пикселов матрицы: 773х525,
Эффективная зона: 648х524
Оптический размер: 4.8мм х 3.6мм (640х480 пкс)
Размер пиксела: 7.5мкм х 7.5мкм
Световой диапазон: 400 - 1100 нм


Расчет Fэкв

диагональ пикселя матрицы
px_diag^2 = 2 * 7.5µm^2, откуда
px_diag=sqr(2 * 7.5µm^2) = 10.6µm


FWHM_viz ~= 1.02 * 550nm * f_ratio = 10.6 µm * 3.3 , для видимого диапазона. Т.е. пиксель на матрице должен быть в 3.3 раза меньше теор.разрешения. Отсюда
1.02 * 550nm * f_ratio = 10.6 µm * 3.3 =>
f_ratio = 10.6 µm *3.3 / (1.02 * 550nm) = 34.98 µm/561 nm=34980/561 = 62.35


C другой стороны,
f_Ratio ~= px_diag * 206.3 / [D * R] , где
R = 1.45" / 3.3 = 0.44" (угловой размер пикселя при макс. разрешении)
D = 80mm, откуда
f_Ratio = 10.6µm * 206.3 / [80mm * 0.44"] = 2186.78/35.2 = 62.1

Поскольку f_Ratio = Fэкв./D ,
Fэкв = f_Ratio * D , где f_Ratio примем за среднее значение 62.35 + 62.1 / 2= 62.2, откуда
Fэкв = 80mm * 62.2 = 4978 mm


Расчет ЛБ

Для ЛБ имеем - оптическая сила ЛБ
M = Fэкв./F = 4978 mm/600 = 8.3 , или
M = (P/Fлб) - 1 , где P - расстояние от ЛБ до матрицы фотоприемника, откуда
P = (M + 1 ) * Fлб
Поскольку таких ЛБ не бывает, имеет смысл применить окулярную проекцию.


Расчет окулярной проекции

Для окулярной проекции, как и для ЛБ имеем
M = P/Fок - 1 (M - оптическая сила или увеличение, P - расстояние от окуляра до матрицы фотоприемника, а Fo - фокусное расстояние окуляра), откуда задав один из параметров, находим другой. Например, имея окуляр 6,5мм вычислим расстояние P от окуляра до матрицы
P = Fок * (M - 1) = 6.5 * (8.3 -1) = 47.4 mm


Поле зрения системы телескоп/камера

Матрица имеет 640х480px, откуда кол-во пикселей по диагонали
N = Sqr(640^2 + 480^2) = Sqr (409600+230400) = 800
Поле зрения системы телескоп/камера составит по диагонали кадра
FOV = 0,0167 * N * R, где N кол-во пикселей по диагонали матрицы, R - разрешение "/px, а FOV в угл.мин. ('), или
FOV = 0,0167 * 800 * 0.44 = 5.87 '

Вот, в общем-то и все, что хотелось сказать по этому поводу.

Успехов в астро фото,
p.v., Санкт-Петербург, 08.2013.
upd: 11.2014