Enmarcar sus imágenes Astro: comprender el campo de visión y la escala de píxeles

Conocer la escala de píxeles de su configuración de astrofotografía lo ayudará a tomar mejores fotos. Y para determinar la escala de píxeles, primero debe conocer su campo de visión.

El mes pasado, vimos la diferencia entre ver y transparencia en la imagen astronómica, y prometí relacionar la vista con la escala de píxeles este mes. He aprendido mi primera lección de escribir un blog mensual; ¡no hagas promesas sobre el próximo mes! Entonces, justo después de hacer esa regla, voy a romperla y decir el próximo mes que haré eso nuevamente. Sí, acabo de hacer eso.

Relacionar la escala de píxeles con ver es realmente más sobre la teoría de muestreo, y tengo mucho que decir al respecto. Sin embargo, antes de hacerlo, necesito establecer algunos cimientos adicionales (ver lo que hice allí), así que primero voy a hablar sobre su campo de visión y usarlo para conducir a la escala de píxeles.

Campo de visión

La mayoría de los programas de gráficos incluyen una utilidad de campo de visión. Aquí se muestra el de TheSkyX de Software Bisque.

Cuando conecta una cámara a una lente o un telescopio, ve un área fija del cielo que está determinada por la distancia focal de la óptica de su lente y el tamaño del chip de imagen de su cámara. Los instrumentos de mayor distancia focal reducen el área del cielo que ves debido a la mayor ampliación; longitudes focales más cortas ensanchan el área. Del mismo modo, los chips de imágenes más pequeños restringen el campo, mientras que los sensores más grandes proporcionan campos de visión más amplios. La longitud focal y el tamaño del sensor trabajan juntos para determinar el área exacta del cielo que puede visualizar.

Si conoce el ancho de su chip de imagen y la longitud focal de su óptica en milímetros, puede calcular el campo de visión usted mismo:

Campo de visión en minutos de arco = (ancho del chip * 3460) / (longitud focal de la óptica)

Algunos programas de planetario y software de imágenes calcularán su campo de visión al permitirle seleccionar de una lista de telescopios y cámaras comunes (también calcularán su escala de píxeles directamente). Para mi configuración de ejemplo que se muestra a la derecha, tengo un chip de imagen que tiene 27 mm de ancho, en un refractor de distancia focal de 1.050 mm. Resolver las matemáticas con la fórmula anterior produce:

(27 * 3460) / 1050 = 89 minutos de arco de ancho

Esta información es útil porque ahora puedo planificar mi proyecto de imágenes sabiendo que tanto M42 como la nebulosa Running Man (NGC 1973, 1975 y 1977) encajarán perfectamente en mi marco.

Mayor distancia focal "acerca" más cerca.

Aumentar la distancia focal reduce nuestro campo de visión. Aquí, mantenemos la misma cámara, pero aumentamos la distancia focal en casi 3 veces con un telescopio diferente. Esta combinación reduce nuestro campo de visión en aproximadamente un tercio. No contendrá toda la nebulosa M42, pero quizás el Running Man podría ser un tema mejor.

La distancia focal tampoco es el único jugador en el campo. Los chips de imágenes más pequeños restringen aún más el campo de visión, mientras que los sensores más grandes lo aumentan. Tomando esto en la otra dirección, podemos obtener un campo de visión más grande / más amplio obteniendo una cámara con un sensor más grande o un telescopio con una distancia focal más corta.

Se puede obtener casi cualquier campo de visión para una distancia focal dada seleccionando diferentes tamaños de sensor, o viceversa para un sensor dado usando diferentes distancias focales.

Puede obtener casi el mismo campo de visión con longitudes focales y tamaños de sensor muy diferentes.

A la derecha hay dos campos de visión casi idénticos superpuestos: uno fue tomado con una óptica de longitud focal de 1.050 mm y el otro con una óptica de longitud focal muy corta de 400 mm.

Entonces, ¿por qué son tan similares? Debido a que la óptica de larga distancia focal tiene un chip de imagen muy grande, y la óptica corta tiene uno muy pequeño. Las matemáticas son maravillosas, ¿no?

Entonces, dije casi . El límite de este juego de manos matemático es qué tan grande puede ofrecer un círculo de imagen su óptica. Si intenta emparejar un sensor grande con una óptica que no puede cubrirlo (o tal vez intente expandir el campo con un potente reductor focal), obtendrá algo como la imagen a continuación en el panel derecho. La calibración de campo plano (otro tema futuro) ayudará a mitigar esto, ¡pero no puede corregir una imagen si no hay suficiente luz cayendo donde la necesita!

En la imagen de la izquierda, la óptica cubría adecuadamente el sensor de la cámara; a la derecha, no lo hizo.

Es por eso que cada vez que habla con un vendedor sobre la compra de una cámara astronómica, la primera pregunta que debe hacerle es qué tipo de telescopio tiene.

Escala de píxeles

Finalmente, volviendo a la escala de píxeles. . . ahora que hemos cubierto el campo de visión y sabes cómo calcularlo, solo hay un problema matemático más para obtener la escala de píxeles de tu sistema. Simplemente divida el ancho de su campo de visión por la cantidad de píxeles en el sensor de la cámara.

En mi ejemplo anterior, mi campo de visión es de 89 minutos de arco de ancho. Este sensor en particular tiene 4.540 píxeles en horizontal. Esto significa que cada píxel cubre un área de cielo (89/4540) minutos de arco de ancho, 0.0197 minutos de arco, o 1.18 segundos de arco por píxel. (Multiplique minutos de arco por 60 para obtener segundos de arco).

Entonces ahora sabemos cuál es nuestra escala de píxeles; por que nos importa Debido a que muchas métricas para el rendimiento de un sistema de imágenes también se miden en segundos de arco. Tomemos, por ejemplo, error periódico .

La mayoría de los problemas de seguimiento (como el efecto de desenfoque que se muestra aquí) se miden en segundos de arco, y cuánto afectarán esos problemas a sus imágenes astronómicas depende de su escala de píxeles.

Si su montura tiene un error periódico de, digamos, 5 segundos de arco, esto significa que en el transcurso de unos minutos, en lugar de seguir sin problemas con las estrellas, la montura esencialmente se tambalea hacia adelante y hacia atrás en aproximadamente 5 segundos de arco en ascensión recta. Si la escala de su imagen es de aproximadamente 1 segundo de arco por píxel, ¿qué cree que va a suceder? Así es, todas sus estrellas serán rayas de 5 píxeles de largo, y los detalles en la imagen se desenfocarán en la misma cantidad.

Por otro lado, si está disparando con una lente de cámara corta en una DSLR, y su escala de píxeles es, digamos, 15 segundos de arco por píxel, entonces el error periódico es mucho menor que un solo píxel. El bamboleo no tendrá ningún efecto visible en su imagen.

Cualquier montura es una buena montura dados los límites de la escala de píxeles y la duración de una sola exposición, incluidos los trípodes de cámara, ¡que no siguen en absoluto!

¿Has oído hablar de la regla de 600 ? Esta regla de oro indica cuánto tiempo puede obtener imágenes en un trípode antes de que las estrellas aparezcan alargadas. Si divide 600 por la distancia focal de su lente, este es el número de segundos que puede exponer antes de que las estrellas comiencen a aparecer. De lo que realmente se trata esta regla es del tiempo que toma antes de que la imagen de una estrella se mueva de un píxel al siguiente. Esto se determina solo por el lugar donde mira en el cielo (cuanto más cerca mira hacia los polos, más lentamente parecen moverse las estrellas) y por su escala de píxeles.

Una gran escala de píxeles es en realidad lo que hace que la regla de 600 funcione para paisajes nocturnos de trípodes.
Richard S. Wright Jr ..

Las cámaras con píxeles pequeños necesitan cubrir un poco sus apuestas, y las cámaras con píxeles grandes pueden aumentar un poco este límite. De hecho, la regla 600 a menudo se reduce para las cámaras con sensor de recorte. La razón dada a menudo es el factor de recorte de la lente en el sensor más pequeño. Pero la verdadera razón es que la mayoría de las cámaras con sensor de recorte tienen píxeles correspondientemente más pequeños que sus equivalentes de fotograma completo. Incluso he visto esto reducido a la regla de 500 para las cámaras más nuevas de megapíxeles más altos, por alguna razón . Sí, y ahora también sabes la razón.

La precisión de la alineación polar, los efectos de la refracción y la flexión (flexión) dentro de su tren óptico están limitados por la escala de píxeles de su configuración. Cuanto mayor sea su escala de píxeles, más indulgente se volverá todo lo demás. Una de las recomendaciones más comunes para un principiante es usar una óptica corta y rápida al comenzar. ¿Por qué? Porque entregan mucha luz muy rápidamente a una gran escala de píxeles (suponiendo que su cámara no tenga píxeles ridículamente pequeños).

Ahora, la escala de píxeles y la visualización también funcionan juntas para usted o en su contra. El mes que viene, prometo que esta vez, ese será el tema.