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Eccoci dunque arrivati ad un argomento molto importante per quanto riguarda l’astrofilia, piu specificatamente per l’argomento astrofotografico.

La questione verte sostanzialmente in una scena tipica che si presenta con una certa costanza durante le sessioni di astrofotografia; hai montato il tuo setup, una Eq6 che porta un Newton 250 f/5, un tubone bello grosso, con il sensore collegato al focheggiatore. E’ normalissimo che in questa situazione si venga avvicinati da persone che come prima domanda chiedono “A quanti ingrandimenti stai fotografando?”

Soprattutto quando ero agli inizi, io stesso ero caduto in questa specie di tranello, interpretando il telescopio come se fosse uno zoom di cui tipicamente vengono espresse le potenzialità con un valore di ingrandimento massimo. E, analogamente, mi son trovato nella situazione contraria,  in cui mi è stata posta la domanda e ho dovuto cercare una risposta adeguata.

 Cerchiamo quindi di essere chiari: non è sbagliato parlare di ingrandimenti quando si fa astrofotografia. Ma è fuorviante fornire un valore di ingrandimento basato su valori numerici con affianco un “per” (x), come ad esempio 100x o 10x.  Questo discorso, come vediamo immediatamente, è differente per i visualisti dove gli ingrandimenti sono forniti da una semplice formula tra i millmetri dell’oculare rispetto alla focale del telescopio. La formula è questa

focale/mm oculare = ingrandimenti

Esempio banale: se abbiamo un telescopio con 750mm di focale a cui applichiamo un oculare da 10mm, avremo un ingrandimento di 75x.

Ma quando facciamo astrofotografia non abbiamo oculari (a meno che non stiamo facendo proiezione dell’oculare) e quindi ricavare un valore di ingrandimento in queste modalità può portare a non comprendere appieno la noce della questione

CALCOLI DA FARE

Ok, ci siamo, vediamo di entrare in partita ed andiamo subito al sodo: l’unità di misura relativa al campo inquadrato da un sensore sul telescopio, è l’arcosecondo.

L’arcosecondo è un’unità di misura angolare, che corrisponde a 1/3600 di grado. Per renderlo piu “tangible” (anche se  corretto dal punto di vista concettuale ma meno da quello pratico) potreste immaginare la volta celeste come un enorme orologio analogico. Mentre il rapporto tra la lunghezza focale e la dimensione del pixel possiamo interpretarla come il movimento minimo possibile della lancetta.  Ne deriva che, in seguito al rapporto appena citato tra la focale e la dimensione del pixel,  lo scattino della lancetta tra un secondo e l’altro disegnerà nella volta celeste il nostro ipotetico arcosecondo,  che possiamo quindi definire come la porzione di cielo inquadrata ad una determinata focale con un pixel di dimensioni X. Boom. Non si capisce niente…

Va bene va bene…Facciamo allora un altro esempio. Fingiamo di essere mosche, con gli occhi a quadretti.

MOSCA

Chiamiamo i quadretti “pixel”. Guardiamo il cielo a occhio nudo: ogni quadretto del nostro occhio “a mosca” inquadrerà una porzione di cielo. Mettiamo davanti agli occhi un cannocchiale, ogni quadretto del nostro occhio inquadrerà una porzione di cielo minore rispetto a prima. Noi dobbiamo sapere quanto cielo viene inqudrato da ogni quadretto dell’occhio della mosca.

Compreso questo deduciamo un aspetto importante, soprattutto per noi neofiti: abbiamo capito uno dei motivi per cui all’interno delle schede tecniche dei sensori astronomici viene dichiarata la grandezza in micron del singolo pixel. Lo voglio evidenziare, perchè quando scelsi il primo sensore per effettuare l’autoguida, non mi curai assolutamente di questo parametro, tantomeno mettendolo in relazione alla focale del telescopio di guida stesso con il rischio di trovarmi con un sistema di guida non opportuno.

Vediamo quindi la formula banalissima per sapere quanti arcosecondi vengono inquadrati da un pixel su un telescopio, valore la cui definizione instriseca è “campionamento”:

C = (dimensione pixel x 206265) / Focale utilizzata

Dove

c = valore di campionamento espresso in arcosecondi per pixel

dimensione pixel = dimensione in millimetri del pixel

206265 = costante radiale

Focale utilizzata = focale utilizzata per riprendere.

Esempio: supponiamo di avere un telescopio da 1250mm di focale e che vogliamo riprendere un oggetto celeste con una reflex, tipo la canon Eos450D

Abbiamo quindi: focale = 1250mm, pixel = 5,2 micron

Convertiamo subito i micron dei pixel in millimetri: 5,2/1000 = 0,0052

Applichiamo la formula

C = (0,0052*206265)/1250 = 0,85 arc/sec per pixel

Analogamente, supponiamo di riprendere con un telescopietto da 347mm di focale

C = (0,0052*206265)/347 = 3,09 arc/sec pixel

Come vediamo, piu che parlare di ingrandimento, possiamo riferirci a questo valore per comprendere che anche in questo caso, a parità di sensore, una focale piu spinta diminuisca la porzione ripresa per ogni pixel, viceversa accorciandola, aumenti.

Questo inoltre suggerisce un altro aspetto: cioè che se io volessi sapere quanta “porzione” di cielo riprende il mio sensore con un determinato telescopio, posso semplicemente moltiplicare il valore arcosec/px per il numero dei pixel presenti nel sensore.

Rifacciamo quindi il calcolo tenendo presente i due campionamenti, sapendo la risoluzione della reflex che è 4,272 × 2,848.

a) Newton 1250mm di focale con canon

 0,85 x 4,272 = 3.631 arcosecondi in larghezza del sensore

e 0,85 x 2848 = 2420 arcosecondi in altezza del sensore

Li dividiamo per 60 e abbiamo il valore in primi che diventa: 61 x 40 circa.

b) Rifrattore 347mm di focale con canon

3,09 x 4272 = 13200,48

3,09 x 2848 = 8800,32

Li dividiamo per 60 e abbiamo il valore in primi che diventa = 220 x 146 e rotti.

Abbiamo quindi visto che a parità di sensore,  aumentando la focale diminuisce la quantità di cielo ripresa per ogni singolo pixel e analogamente diminuisce il campo inqudrato dal sensore.

L’IMPORTANZA DEGLI ARCOSECONDI

Fino ad ora ci siamo concentrati nel comprendere come ricavare il dato, veidamo ora in cosa può esserci utile

a) Nello stabilire opportunamente il sistema di guida: conoscendo quanto “cielo” viene visto da un pixel nel sistema di ripresa e quanto “cielo” viene visto da un pixel nel sistema di guida, posso comprendere il rapporto reale che esista tra i due sistemi e quindi valutare se il sistema di guida campiona in maniera sufficiente a consentire

b) nella possibilità di conoscere le posizioni degli astri: tipica condizione su cui si basa qualsiasi sistema di plate solving, siamo nel campo dell’astrometria. Tramite la conoscenza del valore di campionamento, abbiamo la possibilità di conoscere la distanza angolare tra due astri, e riconoscere cosi le velocità (ad esempio) angolari di spostamento di un asteroide, o di una cometa, o semplicemente indivudare un campo inquadrato tramite il calcolo delle distanze tra piu stelle

c) nella possibilità di decidere con quale ottica riprendere in base al seeing: essendo il seeing determinato dal movimento delle masse d’aria che spalmano la figura della stella ed essendo anch’esso espresso in arcosecondi, possiamo decidere in base alle condizioni del seeing con quali accoppiate sensori telescopio operare in modo da facilitare la raccolta del segnale. Ecco un esempio di una tabella prelevata dal sito treckportal, tabella relativa a campionamenti consigliati per riprese planetarie:

tab_campionamento

d) Nella conoscenza findamentale del proprio sistema ottico basato sul campionamento: considerando che il campionamento rappresenta un indicatore qualitativo relativamente alla registrazione dell’informazione sul sensore, e considerando che questo viene teoricamente considerato efficace per valori che variano da 1,5/2 arcsec/pixel, abbiamo modo di comprendere quanto il nostro sistema sarà pronto a registrare correttamente le informazioni. Qualora si abbiano quindi valori troppo alti, o troppo bassi di campionamento, subentra il rischio di ottenere pose piu rumorose ed effetti indesiderati sui nostri frame e che richiederanno quindi interventi di post elaborazione piu incisivi.

Questi sono solo alcuni degli aspetti che suggeriscono l’importanza di conoscere quindi il valore di campionamento in arcosecondi del nostro sistema di ripresa. Farò poi un ulteriore articolo dedicato esclusivamente all’autoguida e al rapporto tra questa e il sistema di ripresa, argomento spesso messo da parte da noi neofiti e che invece merita un focus approfondito sopratutto nel momento dei primi acquisti.

Stay Tuned e se non è chiaro, chiedete!

In questa fase della mia passione astrofila, sono arrivato alla conclusione che è ora di provare a fare delle riprese in Narrow Band, dal momento che l’inverno diventa particolarmente ostico recarsi in altura e passare notti al freddo. Ben lungi dal ricercare una comodità tout court ed avendo a disposizione un terrazzino, ho pensato che questo tipo di fotografia potrebbe essere interessante proprio per cieli cittadini e quindi continuare a sviluppare esperienze anche in periodi in cui il meteo non è proprio gradevole.

Per questo motivo, mi sono affacciato al mondo dei CCD, che ha chiaramente molte analogie con l’astrofotografiea tramite reflex.

Importando obsoleti concetti tipici della fotografia diurna, ho avuto modo di provare un sensore CCD atik 450 a colori, grazie ad un grande amico che ha deciso di prestarmelo. E qua sono nati i grattacapi.

Sul sito della Atik si leggono le caratteristiche:

Sensore ICX655
Pixel Size 3.45 MICRON
Risoluzione 2448×2050

Sulla carta, a vederla cosi e pensando al “neofita” vien da pensare “cavolo, quanta bella risoluzione”. Effettivamente, 5 megapixel in ambito astrofotografico sono “un bell’andare.”

Leggendo poi la destrizione del prodotto viene specificato quanto segue:

The 5MP sensor is an ideal match to shorter focal length refractors and HyperStar systems, giving DSLR levels of resolution in a camera optimised for deep-sky Astrophotography.

..shorter focal lengh? Che significa? Da neofita, non riuscivo a capire per quale motivo un sensore di quel costo e di quella risoluzione, fosse studiato specificatamente per corta focale. E poi corta quanto? Ma non vanno bene tutti i sensori per fare astrofotografia??

Dall’insinuarsi di tutta una serie di dubbi, sono partito alla ricerca di risposte: consultando tante fonti (da amicizie via facebook a dispense in pdf) , sono giunto alla conclusione che c’è un mondo da capire quando si tratta di astrofotografia (e non solo). Infatti la tendenza che ha un qualsiasi neofita è quella di far “migrare” il concetto del “millemilamegapixel”. Ha senso in fotografia? in parte si..ma non può essere l’unico criterio che fa propendere per un sensore rispetto ad un altro. Anzi, c’è una base molto piu importante del “megapixel”, che spesso non traspare a chi si affaccia a questa passione: la grandezza dei pixel. Venire a contatto con questa realtà e raffrontandola con le ottiche a mia disposizione, sono arrivato a comprendere alcuni aspetti fondamentali legati al campionamento, che è il vero perno su cui gira tutto il mondo astrofotografico. E dopo esser venuto a conoscenza di formule e formuline, ho deciso di creare un software che permettesse in pochi click di avere una chiara idea delle proprie potenzialità di campionamento e sul corretto bilanciamento delle proprie riprese.  Ma procediamo con ordine.

IL SEGRETO? NEL CAMPIONAMENTO

Checchè se ne dica, quindi, non è il numero di pixel che fa la foto corretta. Ma è il campionamento. Il campionamento in un certo senso è il “modo” con cui si va a digitalizzare un segnale analogico. E’ detta male, lo so, è davvero molto sintetico ciò che ho scritto, ma consiglio di leggere le numerose dispense che ci sono online se volete approfondire. Di base ciò che ci interessa capire in questa breve anticipazione è che a parità di dimensioni di un sensore, il numero dei pixel presenti influsice direttamente sulle grandezze dei pixel (espresse in micron) con risultati inaspettati per un neofita (diverso il discorso per esperti, che già sono molto dentro alla materia)

Da questo concetto ho appreso che per avere un corretto campionamento, le “filosofie” degli astrofili si dividono in tre classi

  1. Chi considera un campionamento tenendo conto del seeing medio
  2. Chi considera un campionamento tenendo conto un valore standard di 2″ arcsec/pixel
  3. CHi fa alta risoluzione planetario, che esegue calcoli direttamente sulle focali per ottenere un sovracampionamento enorme ma che restituisce piu risoluzione.

Quello che interessa sapere a noi, comunque, è che il campionamento sarà il valore che determinerà la qualità delle nostre foto, molto piu del numero dei pixel. Da qui l’esigenza di creare un software che faccia “per me” i calcoli, in maniera rapida e avendo pochi dati a disposizione. Ecco il progetto Facepalm for Telescope!

 FACEPALM FOR TELESCOPE

Facepalm for telescope è un software che ho creato per monitorare nell’immediato la risoluzione in arc/sec pixel del proprio sistema di ripresa e valutare quindi l’esigenza o meno di effettuare scatti con un binning 2x o 3x sulla base della risoluzione necessaria. Inoltre, è possibile anche mettere in relazione il proprio sistema di ripresa, con il sistema di guida per valutare se i rapporti tra i due sistemi permettono una guida adeguata, compresi gli eventuali binning. Il software effettua inoltre un calcolo sulla focale consigliata per raggiungere il corretto campionamento in base al seeing medio, oppure sulla base del criterio dei 2″ arcsec/pixel oppure ancora sulla base di un campionamento voluto. E’ presente infine una tab che permette la valutazione della focale necessaria per l’Hi-res con l’applicazione della formula di Nyquist.

Grazie a questo software sono riuscito a comprendere alcuni errori dei miei sistemi (sia di guida che di ripresa) e a capire come campionare al meglio in determinate condizioni. Inoltre ho capito le insidie che possono derivare da acquisti impulsivi…da qui il nome “FacePalm!”

Tradotto in parole povere, ho pensato di creare uno strumento di valutazione sommaria del proprio sistema, strizzando l’occhio proprio ai campionamenti. Vediamolo in dettaglio.

Il software si avvia con una Splashscreen con due soli bottini: Calcoli e Normogram.

 

splashscreen

 PAGINA DEI CALCOLI

Cliccando su “Calcoli” si attiva la funzione di calcolo dei campionamenti. I dati che servono sono “semplicemente” i seguenti

  • Focale del telescopio
  • Apertura
  • Grandezza dei pixel in micron
  • Risoluzione
  • Binning
  • Seeing

calcoli1

 Nota sul valore SEEING: il valore SEEING da impostare sarebbe quello medio di zona, espresso in arcosecondi. Esiste un sito della UAI o altri servizi meteo che forniscono una stima del seeing, ma non può ovviamente essere garantita la realtà del dato. Considerare quindi un seeing teorico, cercando di capire fino a che valore di seeing il proprio sistema campionerà corettamente.

Facciamo due calcoli, prendo ad esempio proprio la situazione che mi ha permesso di capire le reali possibilità del mio sistema.

Io utilizzo una Atik450 su un telescopio Newton 250 di apertura e 1250mm di focale. I pixel sono grandi 3,45 micron, il seeing medio è 2,5 arcosecondi, la risoluzione è di 2448×2050. Mettiamo i valori all’interno del software e clicchiamo su “CALCOLA”

PRIMO TAB: CAMPIONAMENTO SU SEEING

Il primo tab CAMP.SU SEEING sarà quello che considererà il campionamento “corretto” prendendo a riferimento la metà del seeing in arcosecondi.

CAMPSUSEEING

Come si può vedere, la situazione è abbastanza gravosa. Dovrei campionare a 1,25 arcsec/pixel, mentre il mio campionamento arriva a 0′,569! Quindi so sovracampionando, con stelle che diventeranno dei palloni e difficoltà di guida.

Imostando nella casella Binning un binning 2x arriverò invece a un campionamento di 1,138 arcsec/pixel col risultato che il sovracampionamento sarà migliorato.

SECONDO TAB: CAMPIONAMENTO SU SEEING

Nel secondo tab, viene calcolata la focale necessaria per ottenere il campionamento necessario. E qua si capisce per quale motivo la Atik450 è consigliata per corte focali. Guardate il valore di focale..550mm..contro i 1.250 con cui riprendo io..è o no un bel facepalm?.

 focalecorretta

TERZO TAB: IL CAMPIONAMENTO PER PLANETARIO, FORMULA NYQUIST

Il terzo tab presenta invece i calcoli per la risoluzione HI-RES necessaria per il planetario. Utilizzando questo CCD e volendo fare planetario con questo telescopio, mi servirebbe una barlow che proietti la mia focale a 3.000 mm..

NYQUIST

QUARTO TAB: IL CAMPIONAMENTO 2 ARCSEC/PIXEL

In questa tab viene invece specificata la focale necessaria per ottenere sul proprio sistema un campionamento di 2 Arcsec/pixel, criterio utilizzato da molti astrofili per la valutazione del proprio sistema di ripresa o per la scelta sull’acquisto di un ccd. E’ inoltre possibile impostare un campionamento medio voluto. Qui arrivano nel mio caso nuovi dolori, perchè finalmente viene specificata la focale da utilizzare ed è consona alle prescrizioni del costruttore. Quindi non ha sbagliato Atik…355mm di focale per campionare a 2 Arcsec/pixel (ragionando sempre a binning 1x…il doppio se mettiamo binning 2x…

arcsec

QUINTO TAB: AUTOGUIDA

Questo tab trova la propria realizzazione tramite il prezioso file di Excel di Renzo del Rosso, che ringrazio per aver messo a disposizione di tutti uno strumento efficace di valutazione. Nel mio caso, si vede come utilizzando binning 1x sul sistema di guida, il rapporto tra i telescopi sia corretto ma la risoluzione del sistema di guida sia ben sotto al potere risolutivo del telescopio di guida. In questo caso ho capito che utilizzando un binning 2x sul sistema di guida, il problema si risolve. Ed effettivamente ho trovato giovamento utilizzando questa impostazione. Ecco il dato Autoguida

 DOWNLOAD, INSTALLAZIONE E AGGIORNAMENTI

E’ probabile che questo software col tempo venga aggiornato con nuove funzioni e calcoli, soprattuto per quanto riguarda la personalizzazione e l’inserimento in un database dei propri dati.  Nel caso, verranno scritti nuovi articoli sugli aggiornamenti a nuove versioni.

Il sofware lo potete scaricare gratuitamente su questo sito, al seguente link di DOWNLOAD

LINK DIRETTO

http://astrofiloneofita.altervista.org/facepalm/Facepalm_for_Astronomer_Ver_109.zip

Per installare su sistemi windows 8 o 7  è necessario disabilitare temporamente lo smartscreen protection di Windows, che si trova sotto impostazioni di sicurezza nel pannello di controllo.

Al momento è una versione di prova e potrebbero essere migliorabili alcune funzioni, per cui se trovate anomalie, segnalate pure con un commento. Buone valutazioni.

DISCLAIMER

Il software è stato creato da Mortari Fabio che ne detiene tutti i diritti di proprietà ma è rilasciato comunque in licenza gratuita. L’installazione del software è a proprio rischio e pericolo, pertanto programmatore non è da ritenersi responsabile per eventuali perdite di dati o danneggiamenti del proprio PC. Inoltre il programma è da utilizzare solo per valutazione e applicazione di formule e non può costituire in alcun modo un criterio di scelta su strumenti da acquistare, che è a discrezione dell’utilizzatore del software in ogni sua forma.