Apertura, seeing e risoluzione in R, G e B

[xenomorfo]

Apro questo thread per sviluppare un argomento che è affiorato, su considerazioni in particolare di Raffaello, in un altro thread (che spero vada a fondo presto).

La questione è spiegare come mai con seeing così così il canale R è il migliore e come questa differenza fra canali cambia al cambiare del seeing e della apertura.

Volendo impostare le cose in maniera rigorosa, il punto di partenza è lo studio di Fried https://www.osapublishing.org/josa/abst ... 56-10-1372 (che può essere scaricato liberamente.

In particolare l'equazione 5.16 a, è quella che quantifica la risoluzione ottenuta in rapporto alla risoluzione limite consentita dal seeing (occhio che c'è un errore tipografico sull'esponente di D/r0 che si scopre confrontando la formula 5.15).
In pratica questa equazione dice quanto si guadagna in risoluzione, sta una certa apertura D e un certo seeing di scala r0, usando altissimi frame rate.
Una rappresentazione grafica di questo è data nella figura che segue (che altro non è che la Fig.1 curva "C" dell'articolo, che ho quei ricalcolati con la formula 5.16a).

RR.jpg (5.62 KiB) Visto 7186 volte

La figura va letta in questo modo: dato un certo rapporto fra D e r0, la risoluzione raggiunta, rappresentata in ordinata, è la risoluzione che si raggiunge usando esposizioni molto brevi. Per esempio, per D/r0 = 3.8 si raggiunge la massima risoluzione che è 3.5 volte la risoluzione che il seeing consente su esposizioni lunghe (formula 5.14 dell'articolo).
Due precisazioni sono d'obbligo.
1) la definizione usata per la qualità dell'immagine, nel caso dell'articolo, è il "volume" sottostante la MTF, che è proporzionale al quadrato del rapporto lambda/D /formula 5.14). Si tratta quindi di una risoluzione intesa per unità duo area (vale a dire del tipo là dove il seeing permetter di vedere "un" dettaglio se ne ottengono 3.5 se D/r0 è pari a 3.8 e si opera con frame rate molto elevati.
2) quello che le formule quantificano è il "valore atteso" della risoluzione, che si può interpretare come la risoluzione raggiunta in un frame "medio". Con le normali tecniche di selezione dei frame, si può fare meglio. Lo studi di Fried quantifica il guadagno sul frame medio dovuto a esposizioni sufficientemente brevi da "congelare" il seeing. Un ulteriore guadagno si può ottenere selezionando i frame migliori (Lucky imaging) che va a ulteriore favore delle aperture maggiori, ma questo non è trattato nel paper in questione.

Ora veniamo al punto. Partendo dalla formula 5.16a, tenuto conto che si riferisce alle aree (e quindi calcolandone la radice quadrata) è possibile quantificare la risoluzione raggiunta in funzione di D e r0. Per questo si considera che ( http://www.ing.iac.es/Astronomy/develop ... /dimm.html ):
a) la risoluzione limite consentita dal seeing vale 0.98 lambda/r0 (questo valore va moltiplicato per la radice quadrata della formula 5.16a).
b) oltre alla dipendenza dalla lunghezza d'onda lambda che compare al punto a sopra, un'altra dipendenza da lambda è implicita in r0. Infatti r0 è proporzionale a lambda^(6/5).

Il grafico che segue rappresenta la risoluzione lineare raggiunta nei tre canali, per un telescopio con apertura 40 cm, in funzione di diverse condizioni di seeing (in ascissa).
La curva grigia è la risoluzione che sarebbe raggiunta in una lunga esposizione alla lunghezza d'onda di 550 nm. Nella parte di grafico dove le curve colorate stanno sotto la grigia, il telescopio è limitato dal seeing. A sinistra della curva grigia il telescopio è limitativo dalla sua apertura e dalla diffrazione.
Come si può vedere, con seeing di circa 0.9" i tre canali hanno circa la stessa risoluzione che è 0.5". Con seeing di 1.5" si raggiunge circa 1" nel B e 0.9" nel rosso (poi in pratica si fa meglio selezionando i frames e questo può anche portare a una maggiore differenza fra B e R). La differenza fra R e B sembra comunque un po' sottostimata e credo in parte proprio perché viene trascurato l'aspetto di Lucky Imaging.
Con seeing molto molto buono, per esempio 0.4" il canale B è nettamente migliore (esempio di Olivetti).

Dopo cercherò nei raw che ho di quantificare le differenze osservate fra R G e B (che mmi sembra un po' maggiori dii quelle previste da questo modello, ma non tanto).

Ricordo che una immagine con risoluzione di 0.9" fa abbastanza pena. Con 0.5" si comincia a ragionare e questa potrebbe essere raggiunta nel R con seeing di circa 1-1.2" d'arco e selezione dei frame.
Molte delle immagini prodotte da Guidi (su chi non presenta in raw ma giudica a occhio non mi pronuncio) raggiungo in R 0.4" che significa che la selezione dei frames ha contribuito non poco.

[Acronauta]

Mi sembra molto chiaro, Xeno, avrei comunque qualche domanda ma devo rinviarla a domani, stasera sono troppo stanco

[xenomorfo]

A titolo di confronto, posto la situazione per una apertura di 30 cm.

1) rispetto al 40 cm il punto di equilibrio dei tre canali recede. Cioè si ottengono canali uguali per seeing di 1.2" (risoluzione 0.65"), mentre per il 40 cm si ottenevano uguali per seeing 0.85". In altre parole, a destra del punto di equilibrio (con seeing meno buono), l'apertura maggiore vede anche una differenza più evidente di resa fra i tre canali.

2) teoricamente, a destra del punto di equilibrio, il canale B è leggermente migliore nel 30 cm (in realtà selezionando i frames probabilmente non succede perché). Si tratta operò di una zona operativa di scarsa utilità perché si parla di risoluzioni intorno a 1" o poco meglio.

3) a sinistra del punto di equilibrio, per esempio con un seeing di 0.6" (tipo quello delle Tre Cime) il 30 cm raggiunge 0.5" bel rosso contro meglio di 0.4" del 40 cm.

Penso che Olivetti si sia trovato in condizioni come queste (ma non sempre: se non ricordo qualche volta i canali erano leggermente invertiti anche per lui, con R migliore di poco di B).

[emadeg72]

Ho scritto tempo fa (non so se sia già uscito )un articolo su Coelum dove ho riassunto praticamente le stesse considerazioni: ho solo amplificato il gap nei grafici per una più facile visualizzazione dei risultati. Ora si tratta di capire in quale condizione di seeing ci si trova, o o comunque quale sia, statisticamente, la più probabile per il proprio sito di ripresa. Dal mio ad esempio , nella stragrande maggioranza dei casi, mi trovo nel ramo del grafico in cui il canale R è ben al di sopra come risoluzione raggiungibile rispetto agli altri due. In tal caso, trovo più utile puntare tutto sul canale R, nel senso che statisticamente ho più probabilità di ottenere ottimi risultati nel canale R. Da quanto vedo anche Raffaele si trova in queste condizioni

[Acronauta]

In particolare l'equazione 5.16 a, è quella che quantifica la risoluzione ottenuta in rapporto alla risoluzione limite consentita dal seeing

non ho capito perché usi la formula del caso near field

Per chi non avesse dimestichezza con la trattazione di Fried a questo link si trova una spiegazione semplificata del problema della turbolenza con la definizione dei parametri più importanti.

[xenomorfo]

Prima della 5.5.a è scritto che la condizione Near Filed si ha quando il diametro D è molto maggiore di (lambda L)^0.5. Viceversa se è molto più piccolo la condizione e Far Field. L è lo spesso dello strato turbolento (tipicamente qualche centinaio di metri alla interfaccia fra diversi strati atmosferici ma ce ne possono essere più di uno).

Se prendi L = 1000 m e lambda 550 10^-9 hai (lambda L) ^0.5 = 23 mm.

Significa che con D=400 mm siamo in condizioni quasi di Near Filed (mentre per l'occhio umano con D=6 mm siamo sotto).
Ovviamente se la turbolenza fosse su tutti gli strati di atmosfera L sarebbe dell'ordine di 10 km e il calcolo di prima darebbe circa 8 cm come punto di separazione. Ma se tutta l'atmosfera è turbolenta tanto vale non osservare...

Diciamo che con 30-40 cm D dovrebbe essere 10-20 volte maggiore del punto di divisione fra FF e NF.

[Ivano Dal Prete]

In particolare l'equazione 5.16 a, è quella che quantifica la risoluzione ottenuta in rapporto alla risoluzione limite consentita dal seeing

non ho capito perché usi la formula del caso near field

Per chi non avesse dimestichezza con la trattazione di Fried a questo link si trova una spiegazione semplificata del problema della turbolenza con la definizione dei parametri più importanti.

Grazie del link, molto interessante. Mi pare di capire che la tecnica del "lucky imaging" sia stata adottata in ambito professionale prendendo spunto dai risultati ottenuti dagli astrofili, e' cosi'?

[GiulianoT]

Molto interessante, grazie per i link.

[xenomorfo]

Questi son gli spettri dei tre canali di una ripresa di Olivetti. Stiamo parlando dei raw. Osservazioni.

1) Il contrasto è molto simile e la risoluzione (sul raw) è intorno a 0.4".
2) Il contrasto è lineare (la parte orizzontale è il rumore).

Rispetto al grafico sul primo post sembra che, in questo caso, Olivetti si sia trovato a operare con circa 0.8" dii seeing visuale (forse meglio).

[xenomorfo]

Io penso, e Raffaello potrai capire, un conto è porsi il problema e l'obiettivo di raggiungere la massima risoluzione possibile altro è l'obiettivo di fare effetto non importa se presentando informazioni che non possono essere corrette.

E' possibile elaborare i canali moncormatici, per esempio, in maniera tale da dare l'impressione di una "risoluzione" maggiore di quelle che c'è. Basta googlare risoluzione e acutanza per trovare fior di spiegazioni al riguardo. Ci sono immagini di grande effetto visivo che hanno bassa risoluzione, e viceversa.
Ma comunque sul singolo canale più di tanti "trucchi" non si fanno (e infatti Maniero non confrontava mai i suoi R con quelli di Guidi, nemmeno con quelli riusciti male... tie!). Al dire il vero si potrebbe ... ma non dico come.

Dove però si può fare di tutto, è sulle immagini in tricromia. La cosa "minima" è sostituire L con R o fare un RGB pesando R più di G (non che sia vietato, ma bisogna dirlo perché non è più una immagine a colori ma una in tecnicamente in falsi colori). Ma si possono fare anche altre cose molto più sofisticate. Per esempio si potrebbe, (con una tecnica che non descrivo nel dettagli per non dare idee a chi ancora non la conosce) ricavare un segnale di acutanza da un R particolarmente ben riuscito e fonderlo in un RGB che non ha la stessa risoluzione, ottenendo una immagine dalla apparente elevata nitidezza.
Peccato che sarebbe falsa. Io ho dei sospetti su chi possa conoscere e/o usare questa tecnica (è chiaro non tutti, perché chi facendo gli R-RGB sballa i colori è chiaro che non la conosce).
Ora, questa tecnica è facile da "inventare" partendo dai principi della visione umana e potrebbe produrre immagini di grande effetto (un assaggio l'ho dato nella terza versione del Giove di Vanoni ma si può fare molto di più).

Alla fine però sarebbe costruire una immagine senza curarsi minimamente se quello che mostra è vero e guardando solo all'effetto visivo.

[Andrea Maniero]

Ma comunque sul singolo canale più di tanti "trucchi" non si fanno (e infatti Maniero non confrontava mai i suoi R con quelli di Guidi, nemmeno con quelli riusciti male... tie!). Al dire il vero si potrebbe ... ma non dico come.

Devo dedurre che con questa affermazione mi accusi di "truccare" ( e Guidi sara' pure d'accordo con te ) le mie tricromie per poterle confrontare e quindi per i confronti utilizzerei immagini "truccate " perché possano tenere testa a quelle di Guidi ?

Visto che si parla di trucchi in astrofotografia planetaria puo' essere interessante rispolverare qualche caso :

http://www.northek.it/forum2/index.cfm? ... &start=141

Sono amareggiato che anche questo topic venga inquinato con le solite modalita' e dalle solite fonti , che tristezza , ora capisco
perché poi qualcuno si sfoga " al telefono con gli amici " raccontando timori ed ossessioni che non li fanno dormire alla notte .
Mi chiedo se tutto cio' si puo' ancora chiamare passione per il cielo e gli astri .

Saluti

[xenomorfo]

Non ti sei accorto che avevo postato un RGB e un R-RGB? Avevo detto che l'immagine migliore era quella morbida, ma se avessi postato solo quella avresti festeggiato dicendo che gli RGB di Guidi facevano pena.
Quello era il primo di una serie di messaggi volti a richiamare l'attenzione sul fatto che non si possono confrontare gli "RGB" a meno che non siano fatti con lo stesso criterio (vedi sotto).

Allora, vogliamo prendere atto che a partire dagli stessi raw si possono produrre canali con elaborazioni uniformi o differenziate e che poi si possono sommare in misura differente, e poi si può intervenire sul canale L (per esempio modificandone l'acutanza oppure facendo altri tipi di elaborazioni, alcune delle quali ti sono evidentemente ancora sconosciute)?

Una immagine corretta dovrebbe avere a) elaborazioni uniformi sui tre canali, b) curve di contrasto lineari e c) somma di R G e B con uguale peso. L'unico modo per essere certo di questo è che l'autore accompagni l'immagine con i tre canali (così che, almeno la percentuale di combinazione sia chiaramente v edificabile).

In mancanza di questo, converrai che abbia molto più senso confrontare canale per canale (e non un RGB con un altro RGB di cui non si sa il processo).

PS Altro fatto "misterioso" è come mai se il canale R di Guidi era nettamente migliore del tuo canale R, gli RGB erano invece confrontabili (e anzi l'RGB "morbido" era inferiore). Ma come spieghi che partendo da ingredienti migliori si ottenga meno?

[xenomorfo]

PPS, guarda che tutti i tuoi ragionamenti sui "profili" sono alquanto grossolani. Lo so che hai iniziato a fare così prendendo che l'avevo fatto io, ma bisogna anche saper bene come interpretare il dato. Nella fattispecie da un profilo si puà avere una idea del contenuto spettrale di un segnale ma in molti dei tuoi ragionamenti non ci sei proprio. Comunque, ti potrebbe interessare sapere che gli spettri (quelli che ti auguri che non funzionino) sono una specie di valutazione oggettiva di TUTTI i possibili profili tracciabili su una immagine.

[piergiovanni]

Ciao a tutti. Posso fare una domanda da ignorante?
Nella fotografia classica, anche se usa il metodo del "cartoncino bianco", sensori diversi su reflex differenti danno colori leggermente diversi e tonalità differenti.
Capita anche con le camere CCD? Giusto?
La questione è questa: anche sapendo di riprendere in tricromia come fate a stabilire se la resa dei colori del CCD utilizzato rappresenta veramente la realtà?Anche se poi, come aveva anticipato Raf, la questione della percezione dei colori è alquanto complessa oltre che molto soggettiva.
Avete mai provato a fare qualche scatto con varie camere CCD a una tabella dei colori?
Grazie anticipatamente per la risposta.
Piergiovanni