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Introducción a la Astrofotografia CCD

Introducción a la Astrofotografia CCD. II Escuela d e Astro nomí a para Profesores Santiago de Chile, 2 – 6 Enero 200 6 Presentación: Daniel Verschatse. Lo que necesitamos. El Montaje El Telesc ópio La Camara El Foco La Reducción o Calibración La Relación Se ñal-Ruido Color ?

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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. Mapear el Error en Excel Error periódico Error máximo Introducción CCD - DVe

  6. 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

  7. Montaje ecuatorial alemán (GEM) • Práctico • Alta precisión • Flexible Introducción CCD - DVe

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

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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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

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

  28. NGC 1365 - RGB 40:40:60 min Introducción CCD - DVe

  29. 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

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. Escala de imagen en la vida real Introducción CCD - DVe

  34. 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

  35. 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

  36. 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

  37. Zona Crítica de Foco y Razón Focal Introducción CCD - DVe

  38. El foco manual • Limitado por la calidad del focuser • Micrómetro • Perilla extra-grande Introducción CCD - DVe

  39. 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

  40. 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

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

  42. 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

  43. Una típica imagen „BIAS“ Introducción CCD - DVe

  44. Una típica imagen „DARK“ Introducción CCD - DVe

  45. Una típica imagen „FLAT“ Introducción CCD - DVe

  46. 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

  47. Pocos y cortos vs. Muchos y largos Introducción CCD - DVe

  48. El Arte de la Combinación Imagen solitário Imagenes combinadas

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

  50. 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

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