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NON SARO BREVE!

Ho deciso di inerpicarmi in questo argomento per via delle domande continue che vengono rivolte in genere quando si tratta l’argometno astrofotografico, rivolgendomi soprattutto a chi non ha ben chiara l’importanza del campionamento. Si passa da chi non la considera per nulla a chi la considera addirittura troppo! Trovo sbagliate entrambe le visioni… Leggendo miriadi di discussioni online e decine di domande rivolte nella mia chat, penso sia bene fare chiarezza utilizzando possibilmente terminologia semplice ed efficace. Se ci riesco non lo so, ci provo…non me ne vogliano i guru dell’astrofotografia se qualche concetto può essere tirato via, ma “dovemo capisse”, sennò si continua a parlare sempre delle stesse cose e a fornire sempre le stesse risposte mal spiegate a domande mal poste. E inquesto lancio anche un segnale…non se ne può piu. Datevi una calmata tutti ahahah

Per i neofiti, invece, è impensabile raggruppare in poche manciate di righe tutto l’argomento. Su questi aspetti si scrivono tonnellate di libri e di formule matematiche, quindi per forza di cose non possiamo essere teorici…ma cerchiamo di essere pratici, vedendo ciò che ci serve sapere, perchè e come.

Partiamo dal principio teorico? dai..due minuti.

Proviamo a fare un pò di chiarezza. Seguitemi che forse ci arriviamo…

Il campionamento nasce dai numeri.

Immaginate il vostro occho che osserva una luce. Bene, potete dire che è luminosa, ma non sapete quanto giusto? E’ o “piu luminosa” o “meno luminosa” ma non abbiamo assolutamente idea di “quanto sia luminosa”. Questo perchè il nostro occhio possiamo paragonarlo alla pellicola fotografica, quindi seguendo questa logica ci troviamo nell’ambito analogico.

Bene, fino a un pò…perchè siamo approdati da tempo nell’era digitale e uno dei fondamenti dell’era digitale rappresentativa sta nel “rappresentare” appunto la realtà nella maniera piu reale possibile, con una marcia in piu però…e cioè, riprodurla in numeri,

Questo processo si chiama DISCRETIZZAZIONE. Ci siamo fin qua?

Bene, per rappresentare però la realtà in numeri abbiamo bisogno di un dispositivo che raccolga il segnale (che sia un microfono, un videoregistratore o un sensore fotografico appunto) e che lo trasformi in numeri. Il problema che nasce è che se prendo ad esempio un contesto musicale, ho bisogno che venga rappresentata quanta piu gamma di suoni possibili sia in timbro, sia in ampiezza che nella sua durata.

Facciamo un esempio, supponiamo che io prenda unmicrofono e voglia registrare la mia voce che dice per un minuto “Astrofilo Neofita Astrofilo Neofita Astrofilo Neofita etc.” . Lo registriamo con un dispositivo che però ha un clock che crea un ciclo al secondo. Purtroppo, ogni ciclo (o cella, per comodità visto che arriviamo al pixel) può contenere solo una informazione ergo un solo suono. Di tutto quel minuto, alla fine saranno registrati solo 60 cicli (un ciclo al secondo, 60 cicli), e quindi avrò registrato 60 suoni….ergo solo una lettera al secondo. Avrete perso buona parte della registrazione giusto? Di un centinaio di parole dette in un minuto, vi rimarranno solo 60 lettere. Ecco, questo si definisce come sottocampionamento, cioè rispetto all’informazione analogica, la digitalizzazione in questo modo ha creato una perdita di informazioni. Risultato, io ho detto “Astrofilo Neofita” ma ho registrato solo: “ATNFT“.

Ora facciamo un altro esempio diametralmente opposto…supponiamo di avere un clock che registra 1.000.000 di celle al secondo, otteremo un effetto inverso, cioè….”Astrofilo Neofita” verrà registrato cosi : “AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAASSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS” etc…. Questo è il SOVRACAMPIONAMENTO, che si traduce in una aberrazione dovuta alle troppe informazioni inutili registrateche sporcano il segnale con una molteplice ripetizione dell’informazione identica e che è difficile poi rimaneggiare.

Il Campionamento in Astrofotografia

Ci siamo fin qua? Dai è semplice …ora, dobbiamo arrivare all’astrofotografia. Quindi sostituiamo la parola “analogico” con “cielo”. Poi sostituiamo la parola clock O cella con PIXEL.

Bene, Il risultato in termini di effetto non cambia…il mio cielo è un cerchio il cui diamtro passa per infiniti punti.. Il mio pixel invece ha una dimensione fisica stabilita, non è infinito e si esprime in micron.

Quindi possiamo girare il discorso tranquillamente, dicendo che quando riprendiamo la volta celeste con un sensore, campioniamo il cielo, lo discretizziamo…e quindi rientriamo nelle regole di campionamento. Avete ora presente quello che succede in quanto spiegato in contesto audio? La stessa identica cosa succede nel cielo solo che

a) la cella appunto è la dimensione del pixel Il pixel può registrare una sola informazione e una soltanto!

b) il segnale audio analogico è il cielo, e passa per infiniti punti.

Proseguiamo…essendo il cielo paragonabile un cerchio, l’unità di misura diventa “angolare” e la cui unità di misura è l’arcosecondo, e quindi ecco spiegato perchè parliamo di arcosecondi.

Il campionamento astrofotografico quindi altro non è che la quantità angolare di cielo che cade all’interno di un pixel. e si esprime in Arsec/px (arcosecondi/pixel)

Anche qua abbiamo lo stesso identico effetto…se io SOTTOCAMPIONO, significa che una porzione troppo grande di cielo finice su un singolo pixel, al punto ad esempio di far cadere una stella in un solo pixel che diventerà un puntino bianco quadrato e questo effetto sarà presente su tutta l’immagine (avete presente l’esempio “ASTN” no?)

Se invece SOVRACAMPIONO, significa che una prozione TROPPO PICCOLA di cielo finisce su un singolo pixel, al punto ad esempio di far cadere una singola stella su TROPPI PIXEL, facendola diventare un pallone e sporcando quindi il mio segnale. (se 10 fotoni cascano su un pixel lo riempiono, ma se gli stessi 10 fotoni cascano su 5 pixel, peggiora il rapporto segnale/rumore)

Ora..poste le dimensioni di un pixel, chi determina quanta porzione di cielo ci entra dentro? Ovviamente la grandezza del pixel rispetto ALLA LUNGHEZZA FOCALE. Cioè, come è intuibile, piu è lunga la focale, meno cielo inquadrerà un singolo pixel e piu ingrandirò la stella che si spalmerà su piu pixel, ergo sovracampiono (“aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaassssssssssssssssss”), viceversa piu accorcerò la focale e piu la stella cascherà su meno pixel fino ad arrivare a farla cadere su un pixel solo, ergo sottocampiono (“ASTN”)

Da qui comprendiamo che c’è una relazione tra la grandezza dei pixel del sensore e la lunghezza focale dell’ottica su cui lo utilizzeremo. La formula con cui questo è calcolabile sui vostri setup è stra conosciuta ed è questa:

C = (Dp /F) x 206265

dove C = campionamento (in secondi d’arco su pixel) , Dp = dimensioni dei pixel del sensore utilizzato e F = focale del telescopio.

Ok ma all’atto pratico??? Qual è il valore giusto?

Ecco io lo sapevo che fin qua il discorso poteva essere chiaro ma che poi l’applicazione del concetto causa la piu grande marea di post di cui si possa aver memoria. Allora, faccio chiarezza secondo un MIO PARERE partendo da un concetto base

Se hai cominciato da poco e stai usando la reflex della fidanzata e il telescopio del nonnno NON FARTI STE PARANOIE E RIPRENDI. FINE.

Se hai già acquistato qualcosa e non ne hai tenuto conto, FREGATENE, NON FARTI PARANOIE E RIPRENDI. USA. FAI ESPERIENZA.

Se invece devi acquistare qualcosa, allora si..è opportuno tenerne conto…e quindi partiamo da un valore di riferimento con cui misursarci. Il valore di riferimento con cui misurare un campionamento lo possiamo trovare nell’astrofotografia antica se cosi la vogliam chiamare. E questo valore di masima ce lo fornisce IL NORMO GRAMMA

Lo Zio Normogramma.

Come si legge? Allora a destra abbiamo la Pixel Size. In centro abbiamo una riga con dei valori che riportano una lunghezza focale. A sinistra abbiamo gli arcosecondi pixel. Le bande in BLU rappresentano quello che per la lunga posa è un campionamento considerabile corretto. Allora prendete un righello…lo posizionate in linea retta sul valore della riga centrale 1.500. Bene, Il normogramma ci dice che a 1.500 di focale, utilizzando un pixel da 10 micron ci troviamo a campionare a 1,5 Arcescondi Pixel, quindi nel range di accettabllità. Viceversa se ci mettiamo un pixel da 8 Micron, andiamo a un valore di sovracampionamento. Già cosi potete cercare di capire se siete in linea con una ipotesi di lavoro.

PERCHE’ E’ CORRETTO DA 1,5 A 2 ARCOSECONDI/PIXEL?

iIl motivo per cui si considera questo valore come corretto è presto detto…fin’ora abbiamo parlato di teoria, e la teoria è quella del mondo ideale dove tutto è bello e funziona. Nella pratica abbiamo un elemento di disturbo rispetto al campionamento teorico, che è la massa d’aria che sta sopra le nostre teste.

Questa massa d’aria si muove, si sposta, riflette, rifrange…e crea aberrazioni al modo in cui la luce arriva al telescopio e di conseguenza ha influenze pesanti sul modo in cui viene registrata l’informazione. Una massa d’aria che si sposta verso una direzione ha come risultato quello di deviare il fascio di luce spostando letteralmente la stella, rendendola non piu tonda ma ovale, poi torna tonda, poi si ovalizza verso l’alto, poi diventa una roba strana a punte etc.etc.

Parlo di ovalizzazione proprio perchè si può intuire come la stella non cadrà piu sulla manciata di pixel dove dovrebbe cadere ma cadrà anche su quelli adiacenti…bene, piu saremo sovracampionati e piu questo problema sarà evidente, spallonando le stelle. Viceversa, meno avremo aria che si muove e piu andremo verso un sottocampionamento, dal momento che la stella ipoteticamente “fissa” si raccoglierà in un puntino coprendo molti meno pixel.

Quindi regola assoluta: SI DEVE TENERE CONTO DEL SEEING. Ovviamente siccome non si può cambiare telescopio e sensore tra uno scatto e l’altro, serve un valore di riferimento che permetta di avere un certo margine ed ecco sparato il valore del normogramma. Ma occhio….e’ valido per la lunga posa!!!

Mio cugino riprende campionando a 0,5 arcsec/px e la foto gli viene perfetta

Questa frase, spesso sparata la, costituisce il piu grande misunderstanding in questo contesto e spiego perchè.

Il fatto che ci sia un valore riferimento, non implica che sia la regola assoluta ma solo un margine di garanzia. Anche io riprendo a volte con un campionamento da 0,9 arcosecondi/pixel, ma se devo dire che è il setup che piu mi diverte mentirei…sono sempre in agguato, sempre all’erta e cala il numero di serate in cui è conveniente riprendere con quel determinato setup. Quando invece le cose vanno bene, ottengo immagini dettagliate.

Al di là di questo,quindi, tuo cugino deve anche spiegare con che tecnica riprende. Infatti, ad esempio, il valore citato riguarda sostanzialmente la lunga posa. Significa che tutto ciò che non è lunga posa, può portare ottimi risultati anche se sovracampionati. Perchè la lunga posa? Perchè ad esempio, se io riprendo scatti brevissimi, soffrirò meno dell’effetto del seeing! Cioè praticamente, la reiterazione di migliaia di scatti da 10 secondi in termini di dettaglio sarà migliore rispetto a 10 pose da 15 minuti ma poste alcune condizioni base:

a) OTTICA VELOCE. (< f/4)

b) DIAMETRO (>200 mm)

c) Sensore sensibile e con basso rumore di lettura

Diversamnte, il rapporto segnalre rumore acquisito non può essere vantaggioso, o perlomeno diventa una sfida e una prova da fare. Questa tecnica si chiama Lucky Imaging, è conosciuta dall’albore dei tempi ma è tornata oggi in voga grazie ai nuovi performanti sensori CMOS. Analogamente, l’imaging planetario che consiste nel riprendere un soggetto piuttosto luminoso, predilige lunghissime focali e campionamenti particolarmente “risoluti” proprio perchè si sfrutta una tecnica video con frame molto corti e riduzione dei nefasti effetti del seeing.

Finisco questo papello, dicendo che solo TU sai cosa in mente di fare e COME, chiedere il consiglo è assolutamente OPPORTUNO, ma prendi coscienza che se metti mano al portafoglio non puoi basarti esclusivaemnte sulle esperienze di altri, spesso mal spiegate e mal comprese. Il seeing cambia ogni istante, in ogni momento starai sottocampionando o sovracampionando e viceversa, nel susseguirsi delle pose. Quindi non fartene una malattia…ma tieni conto quando scegli cosa acquistare e sopratutto come utilizzerai il setup (lunga posa, corta posa, planetario)

In soldoni e per finire: NON FARTENE UNA MALATTIA. E’ importante sapere il corretto campionamento ma solo in fase d’acquisto e per effettuare le varie valutazioni in corso di ripresa. Ma di fatto, stiamo parlando di campionamenti teorici, e nella teoria non esiste il disturbo del seeing. Personalmente, io mi attesto sempre intorno a 1,5 arc/sec px quando decido di mettere mano a qualcosa nei miei setup, e come base di partenza la trovo piuttosto efficace.

Cieli Sereni

Fabio Mortari.