Introducción a la Astrofotografia CCD

Presentación del tema: "Introducción a la Astrofotografia CCD"— Transcripción de la presentación:

1 Introducción a la Astrofotografia CCD
Primer Encuentro de Astrofotografia Santiago de Chile, Dic. 2002 Presentación: Daniel Verschatse

2 Introducción a la Astrofotografia CCD
II Escuela de Astronomía para Profesores Santiago de Chile, 2 – 6 Enero 2006 Presentación: Daniel Verschatse

3 Lo que necesitamos El Montaje El Telescópio La Camara El Foco
La Reducción o Calibración La Relación Señal-Ruido Color ? El procesamiento de imagenes Introducción CCD - DVe

4 El Montaje La plataforma que tiene que mover los equipos con una precisión de arcsecs. Su calidad es mas importante que la calidad del telescópio, de la cámara o del software utilizado. Debe ser lo más grande que puedes manejar en tu tipo de observacíon. Introducción CCD - DVe

5 Limitaciones del Montaje
Errores del Montaje Error periódico (problema de variación) Error aleatório (problema de calidad) Error máximo Variación del error (pendiente) Introducción CCD - DVe

6 Mapear el Error en Excel
Error periódico Error máximo Introducción CCD - DVe

7 Tipos de montaje mas utilizados
Montaje equatorial alemán (GEM) Montaje ecuatorial de horquilla (Meade, Celestron, ...) Plataforma ecuatorial para Dobson Montaje alt-azimutal Introducción CCD - DVe

8 Montaje ecuatorial alemán (GEM)
Práctico Alta precisión Flexible Introducción CCD - DVe

9 Montaje ecuatorial de horquilla
Muchos montajes de horquilla son económicos pero con limites en la precisión. Introducción CCD - DVe

10 Plataforma ecuatorial
Permite el „tracking“ a grandes Dobsonianos. Introducción CCD - DVe

11 Como evaluar un montaje
Estimar el error atraves de imagenes Determinar el error: archivo de guia Como vencer los errores: Correcciones de guiado Reducir el largo focal Aumentar el tamaño de los pixeles Medición y corrección del „backlash“ Introducción CCD - DVe

12 Como ajustar el montaje
Ajuste del „backlash“ (juego mecánico) Tornillo sin fin y engranaje Emparejamiento Juego lateral en el tornillo sin fin Alineamento polar Estado mecánico general Mejorias y modificaciones (grasa, rodamientos,....) Introducción CCD - DVe

13 El Telescópio Tipos de telescópios para la astrofotografia en CCD
La importancia de la distancia focal La importancia de la razón focal La calidad óptica Introducción CCD - DVe

14 Tipos de Telescópios para AF CCD
El Astrografo El Refractor acromático El Refractor apocromático (APO) El Reflector tipo Newton El Maksutov-Newton (Mak-Newt) La família de los Cassegrain Introducción CCD - DVe

15 El Astrografo Diseñado especificamente para la astrofotografia...
... y para peliculas formato grande Calidad óptica, campo plano y libre de distorciones Caros, pero excelentes para AF Casi siempre tienen un campo grande (Takahashi Epsilon, Hypergraph, Televue NP101, ...) Introducción CCD - DVe

16 El refractor acromático
Problemas con la variación cromática del foco Puede necesitar filtro(s) para dar imagenes acceptables Hay que re-focar para cada uno de los filtro R, G y B Buenos resultados con filtros estrechos (H-Alpha) Introducción CCD - DVe

17 El Refractor APO Para muchos, es el instrumento ideal para la astrofotografia Óptica de alta calidad Contraste excelente Nitidez extraordinária Práctico Introducción CCD - DVe

18 El Reflector Newton Su mala fama para AF viene de la gran cantidad con óptica mediocre Es capaz de resultados extraordinarios, pero es importante conocer el origen Apertura >200 mm para buenos resultados Necesitan un mejor montaje (vol. y peso) Los Mak-Newt reducen „coma“ Introducción CCD - DVe

19 La familia de los Cassegrain
El omnipresente Schmidt-Cassegrain (SCT): Meade, Celestron, ... El Cassegrain clásico El Ritchey-Chrétien El Maksutov-Cassegrain Otros: Mewlon, Klevtzov, .... Introducción CCD - DVe

20 Importancia de la distancia focal
Telescópios con largo focal reducido facilitan la entrada en el mundo CCD .... y son imunes al „seeing“ Telescópios con largo focal grande necesitan un montaje superior Ajustar el tamaño de los pixeles a la distancia focal (teorema Nyquist) Introducción CCD - DVe

21 Importancia de la razón focal
Definición: distancia focal / apertura Determina la cantidad de luz por pixel Razón focal rápida: más luz, campo más ancho, más fácil de usar Razón focal lenta: menos luz, más aumento, más difícil de dominar Introducción CCD - DVe

22 Razón focal: Ejemplo # 1 8“ Fastar f/2 SBIG ST-237 7.4 micron pixels
400 mm largo focal 30 x 40 arcmin Largo focal corto, campo ancho, exposiciónes cortas Introducción CCD - DVe

23 Razón focal: Ejemplo # 2 8“ SCT f/5 ST-237 7.4 micron pixels
1000 mm largo focal 12 x 16 arcmins Largo focal mediano, campo reducido Introducción CCD - DVe

24 Razón focal: Ejemplo # 3 16“ SCT f/5 ( 8“ SCT f/10) ( 4“ APO f/20)
SBIG ST-237 2000 mm largo focal 6 x 8 arcmins Largo focal importante, campo estrecho, alto aumento, más exposiciones Introducción CCD - DVe

25 Razón focal: Ejemplo # 4 16“ SCT f/5 (Cámara hipotética)
14.8 micron pixels 2000 mm largo focal 12 x 16 arcmins Largo focal medio/largo, campo reducido, exposiciones cortas Introducción CCD - DVe

26 La Calidad Óptica Que logramos con un buen sistema óptico ?
Contraste, nitidez, ausencia de reflecciones (baffles), comodidad Muchos factores contribuyen a la excelente calidad: Precisión y „suavidad“ de las superficies, apertura, „baffling“, la obstrucción central Introducción CCD - DVe

27 La Camara CCD Introducción y Funcionamiento
Tamaño de pixels y escala de imagen To bloom or not to bloom ? „Casar“ telescópio y camara Introducción CCD - DVe

28 Introducción y Funcionamiento
Cada fotón que entra nuestro telescópio ha viajado distancias increíbles para impactar en un pixel de la cámara CCD Ahí desloca algunos electrons La cámara CCD los cuenta, digitiza y manda el resultado a la computadora donde aparece una imagen Introducción CCD - DVe

29 Una típica sesión CCD Alinear telescópio Fijar la cámara al focuser
Conectar los cables Establecer contacto por software Enmarcar el objeto evtl seleccionar filtro Enfocar Encontrar estrella guia, calibrar, guiar Programar e iniciar la(s) exposión(es) Introducción CCD - DVe

30 Imagen cruda vs Imagen combinada
10 min R – 10“ f/5.5 Median 4 imagenes calibradas Introducción CCD - DVe

31 NGC RGB 40:40:60 min Introducción CCD - DVe

32 La Cámara CCD es „cool“ CCD es mejor que película
exposiciones + cortas, resultado inmediato pero: película tiene campo mayor CCD es mejor que una cámara digital por que tienen mucho menos ruido pero: esas son excelentes para sol, luna,.. CCD es mejor que una cámara vidéo exposiciones de horas vs 1/60 s pero: vidéo muestra sol, luna, planetas „live“ Introducción CCD - DVe

33 Tamaño de pixels y escala de imagen
Escala de imagen: un parametro CCD muy importante Es función del tamaño de pixels TP y de DF, la distancia focal : 206 * TP/DF Nos dice cuanto cielo puede „ver“ cada pixel Se exprime tipicamente en arcsec/pixel Introducción CCD - DVe

34 Ejemplos de escala de imagen
8“ SCT – SBIG ST-9E 10“ SCT, reductor f/5, ST-7E 4“ APO, SBIG ST-10E 135mm camera lens, ST-8E Introducción CCD - DVe

35 Escalas de imagen en la práctica
< 1 arcsec/pixel imagenes planetárias y de alta resolución muy dependiente de „seeing“ y montaje de 1 a 1.75 arcsec/pixel limites por seeing, requiere equipo de precisión de 1.75 a 2.5 arcsec/pixel zona confortable para la mayoria de los AFs CCD de 2.5 a 3.5 arcsec/pixel no muy dependiente del seeing o del montaje Introducción CCD - DVe

36 Escala de imagen en la vida real
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37 Binning: combinando pixels
Muchas cámaras permiten combinar los pixeles 2x2, 3x3, etc.. entregando un nuevo pixel 4x, 9x, etc.. más grande y 4x, 9x, etc.. más sensible ! Desventaje: pérdida de resolución El binning se utiliza para largos focales mayores y para los canales de color (RGB) Introducción CCD - DVe

38 Blooming: una molestia ?
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39 Blooming: ABG vs NABG – 1a parte
NABG es obligatório para mediciones Tiene respuesta linear a la luz Permite exposiciones mas cortas Tiene > 30% mas sensibilidad que ABG Es molesto (mas para quien conoce ABG) Algunos objetos son muy dificiles (M45) Hay nuevo software que reduce/elimina Introducción CCD - DVe

40 Blooming: ABG vs NABG – 2a parte
ABG es mucho más fácil / cómodo Puerta ABG elimina carga excesiva Baja sensibilidad Requiere exposiciones mucho más largas Sirve para todos los objetos Ideal para „imagenes bonitas“ Introducción CCD - DVe

41 El Foco y su Evaluación La importancia del foco exacto El foco manual
El foco motorizado El foco automatizado Como medir la calidad del foco Introducción CCD - DVe

42 La importancia del foco exacto
Toda nuestra inversion en equipos, tiempo, esfuerzo, .. será inútil si el imagen sale desfocado Estamos hablando en milésimas de mm ! La zona crítica de foco (CFZ) depende unicamente de la razón focal (RF): i.e. para un SCT con f/10 => 220 microns y para cualquier sistema f/5 => 55 microns ! El ajuste mínimo debe ser inferior a la CFZ ! Introducción CCD - DVe

43 Zona Crítica de Foco y Razón Focal
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44 El foco manual Limitado por la calidad del focuser Micrómetro
Perilla extra-grande Introducción CCD - DVe

45 El foco motorizado / automatizado
Utilizar el focuser existente o uno nuevo ? Exito depende de la calidad del focuser El tamaño del paso es crítico El juego (backlash) te llevará al desespero Métodos de control: manual, software, .... Opciones: NJF-S, Robofocus, TCF-S, .... Introducción CCD - DVe

46 Como medir la calidad del foco
A simple vista.... hmmm Intensidad de pixel – nota 3 FWHM – nota 4 Implementos (mascara, etc) – nota 5 Estrellas débiles – nota 5 Software automatizado – nota 6 Introducción CCD - DVe

47 El foco crítico Estrellas débiles Indicador sensible
No siempre disponible Depende del „seeing“ Implementos (máscara, etc..) Solución barata Recomendado: dos triangulos Introducción CCD - DVe

48 La Reducción o Calibración
El imagen crudo obtenido en el telescópio está lleno de „defectos“ La calibración corrige esos efectos Usamos tres imagenes auxiliares: un „BIAS“ para compensar el pedestal un „DARK“ para eliminar ruido electrónico un „FLAT“ para eliminar el ruido óptico Introducción CCD - DVe

49 Una típica imagen „BIAS“
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50 Una típica imagen „DARK“
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51 Una típica imagen „FLAT“
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52 La Relación Señal-Ruido y Deep Sky
AF CCD es una batalla contra el ruido La mejor exposición es siempre la exposición más larga posible Para el mejor resultado se combinen el máximo posible de esas imagenes La relación señal-ruido varia con la raiz cuadrada del número de exposiciones Introducción CCD - DVe

53 Pocos y cortos vs. Muchos y largos
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54 El Arte de la Combinación
Imagen solitário Imagenes combinadas

55 Color ? Principios de AF CCD en color
Métodos de combinación: RGB y LRGB Gradientes Introducción CCD - DVe

56 Principios de AF CCD en color
Se utilizan tres filtros selectivos para generar un imagen en cada canal: R = RED = ROJO G = GREEN = VERDE B = BLUE = AZUL La combinación proporciona un imagen RGB que simula la respuesta del ojo humano Algunas cámaras tienen sensor multicolor Introducción CCD - DVe

57 Métodos de combinación
RGB simples con R, G y B en bin 1x1 LRGB - Método de mejor rendimiento: Luminancia (luz blanca) en bin 1x1 R, G y B en bin 2x2 LRGB - Método de mejor calidad: Exposiciones largas, todas en bin 1x1 Técnicas especiales: (RGB)RGB, RRGB, BRGB, Ha (Ha+R)GB, ..... Introducción CCD - DVe

58 Gradientes Contaminación lumínica molesta
.. y causa uno o más gradientes Hay vários métodos para su remoción Filtros ayudan (p.ej. Hutech LPS, filtro H-Alpha ) Introducción CCD - DVe

59 Princípios de procesamiento final
Cambios lineares del histograma Ajustes del punto negro y del punto blanco Cambios no-lineares del histograma Gamma (punto médio) Curvas Deconvolución, DDP en casos especiales Suavisar (blur) areas con ruido „Sharpen“ areas con buena relación S/R La relación S/R definirá la intensidad posible Introducción CCD - DVe

60 Aclarar lo débil, recortar lo claro
Curvas en Photoshop Aclarar fuerte Oscurecer el fondo; Aclarar lo claro Aclarar lo débil; bajar contraste Aclarar lo claro Oscurecer un poco Aclarar lo débil, recortar lo claro Introducción CCD - DVe

61 Contribuyentes al Éxito en AF CCD
La atmósfera era estable y transparente La contaminación lumínica era mínima La óptica era superior El guiaje resultó perfecto El largo focal era adecuado para el objeto y las condiciones La exposición era lo largo suficiente para mostrar los detalles débiles interesantes y suprimir el ruido Introducción CCD - DVe

62 Varios Escenários para CCD
En casa: una noche a la vez En casa: durante el verano En casa: control remoto Expedición o star party En un observatório fijo Introducción CCD - DVe

63 En casa: una noche a la vez
Mesa y silla (plegable) Protección para la computadora Extensiones, regletas, amarres, etc Organizarse: etiquetas, cajas, maletas,.. Una funda para emergencias Que se puede dejar conectado? Alineamento polar debe ser fácil / rápido Introducción CCD - DVe

64 En la calle en West-Knoxville - USA
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65 Nebulosa del Cono en H-Alpha
Astro-Physics 1200 GTO Takahashi FSQ 106. SBIG ST-10XME CCD 3nm Custom Scientific Hydrogen Alpha pass filter Introducción CCD - DVe

66 En casa: durante el verano
Dejar el equipo montado en época de buen tiempo Inventar una protección impermeable pero ventilada Alineamento polar puede variar Columna o no ? Decidir que equipo dejar resp. entrar Introducción CCD - DVe

67 En casa: Control remoto
Mucho más productividad Tubería enterrada o cables extendidos Foco motorizado / automatizado Tipo de software para control remoto ? GoTo es necesário Introducción CCD - DVe

68 Expedición o star party
Hacer una simulación antes de viajar ! Utilizar dos baterias Mejor las baterias del tipo solar Atención con las conexiones eléctricas y las polaridades Que tripode o columna ? Introducción CCD - DVe

69 En un observatório fijo
Ubicación, ubicación, ubicación ! Que estilo: roll-off, cúpula, clamshell, .... Apenas el telescópio o tambien espacio para estar, trabajar, dormir ? Cero contacto entre columna y estructura Control por Internet ? Introducción CCD - DVe

70 Conclusión La curva de aprendizaje será menos difícil empiezando con una distancia focal reducida Utilizar una escala de imagen que dará satisfacción El „seeing“ local y el montaje ponen los limites en lo que es posible. Exposiciones largas ! Go deep ! Introducción CCD - DVe

71 Bibliografía recomendada
The New CCD Astronomy Autor: Ron Wodaski Editora: New Astronomy Press The Handbook of Astronomical Image Processing Autor: Richard Berry & James Burnell Editora: Willmann-Bell, Inc. Obs.: incluye AIP4WIN software Introducción CCD - DVe