ccd kamery a jejich použití v astronomii
DESCRIPTION
CCD kamery a jejich použití v astronomii. Lukáš Král. Kde se vzalo CCD. zkratka Charge Coupled Devices (nábojově vázané prvky) polovodičová matice přeměňující světlo na elektrický náboj vznik v 70. letech 20. stol., původně jako paměťová zařízení - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/1.jpg)
CCD kamerya jejich použití v astronomii
Lukáš Král
![Page 2: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/2.jpg)
Kde se vzalo CCD• zkratka Charge Coupled Devices
(nábojově vázané prvky)• polovodičová matice přeměňující světlo
na elektrický náboj• vznik v 70. letech 20. stol., původně
jako paměťová zařízení• vysoká účinnost (až 90%) => dnešní 15
cm dalekohled s CCD kamerou se vyrovná 1 m dalekohledu s fotografickou deskou ze 60. let
![Page 3: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/4.jpg)
Princip CCD
• dopad fotonu na křemíkovou destičku vyvolá uvolnění elektronu
• elektrony drženy vnějším elektr. polem v místě svého původu (v daném pixelu)
• po skončení se změří počet elektronů v každém pixelu – úměrný intenzitě světla
• přenos dat do počítače –> obrázek
![Page 5: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/6.jpg)
Astronomické CCD kamery
• kvalitnější CCD čipy než v digitálních fotoaparátech, velmi malý tepelný šum
• firma SBIG – průkopník CCD kamer pro astroamatéry, u nás nejrozšířenější, kamery ST-4 až ST-10
• Meade (kamery Pictor) – levnější alternativa, méně kvalitní software
• Apogee, Audine, webkamery apod.
![Page 7: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/7.jpg)
Co je uvnitř?• samotný CCD čip (ST-7: 6,9 x 4,6 mm, 765
x 510 pixelů o velikosti 9 mikrometrů)• elektronika pro ovládání čipu, digitalizaci
obrazu a komunikaci s počítačem• mechanická závěrka – ne u všech kamer!• chlazení – dříve kapalný dusík, dnes hlavně
Peltierův článek (–> velký odběr proudu)• desikant – vysoušecí látka; nebo vakuum• někdy otočné kolo (karusel) s barevnými
filtry
![Page 8: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/8.jpg)
CCD čip
![Page 9: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/9.jpg)
Pořizování astronomických snímků• vychladit před pozorováním (běžně 30 stupňů
pod okolní teplotu; problémy s námrazou)• nastavit správně čas v počítači!!• úzké zorné pole => nutné přesně zcentrovat s
hledáčkem, jinak nic nenajdeme• režim Focus („video“) – nastavení objektu do
středu zorného pole• pořízení zkušebního snímku –> odhad vhodné
expoziční doby• pořízení korekčních snímků (dark, flat)• vlastní snímkování objektu (skládání/barevné
filtry)
![Page 10: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/10.jpg)
Korekční snímky – dark frame• dark frame (temný snímek) – při stejné teplotě
a expozici jako normální snímek, ale se zakrytým objektivem => jen šum
• odečte se v počítači od normálního snímku–> odstranění zejména tzv. horkých pixelů
• pozor na boční světlo
![Page 11: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/11.jpg)
Korekční snímky – flat field• flat field – korekce na různou citlivost
jednotlivých pixelů, vinětaci dalekohledu a nečistoty na čipu
• pořídí se nasnímáním rovnoměrně osvětlené bílé plochy – nejlépe zakrýt objektiv průsvitným papírem a namířit soumrakovou oblohu
• musí být hodně nasycený (omezení šumu), často se průměruje několik flat fieldů
• světlý snímek se flat fieldem vydělí a poté se znovu vynásobí konstantou
• pořídit dobrý flat field je umění, špatný flat field snímek naopak pokazí
![Page 12: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/12.jpg)
Příklad flat fieldu (ostravská SBIG ST-7)
![Page 13: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/13.jpg)
Příklad zpracování obrázkuŘasová mlhovina v Labuti, SBIG ST-7, Ostrava
1) surový světlý snímek
![Page 14: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/14.jpg)
Příklad zpracování obrázkuŘasová mlhovina v Labuti, SBIG ST-7, Ostrava
2) odečten dark frame
![Page 15: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/15.jpg)
Příklad zpracování obrázkuŘasová mlhovina v Labuti, SBIG ST-7, Ostrava
3) upraven jas a kontrast
![Page 16: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/16.jpg)
Příklad zpracování obrázkuŘasová mlhovina v Labuti, SBIG ST-7, Ostrava
4) poděleno flat fieldem
![Page 17: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/17.jpg)
Příklad zpracování obrázkuŘasová mlhovina v Labuti, SBIG ST-7, Ostrava
5) sečteno dohromady 8 snímků
celková dobaexpozice:8 x 3 = 24 minut
![Page 18: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/18.jpg)
Barevné snímky• snímáme přes barevné filtry (RGB) a výsledné
snímky zkombinujeme do jednoho barevného (speciálním programem)
M 27 „Činka“
SBIG ST-7
teleobj. 9 cm
exp. 3x2x3 min
HaP Ostrava
![Page 19: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/19.jpg)
Jas a kontrast• neboli brightness/contrast, range/offset,
low/high threshold apod.• nejedná se o úpravu samotného snímku, ale
pouze o nastavení jeho zobrazení na monitoru• 16-ti bitová kamera rozliší 65536 odstínů šedi
(intenzit světla), kdežto oko jen několik set• => musíme si ze snímku „vytáhnout“ jen tu
oblast intenzit, ve které je to, co nás zajímá
![Page 20: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/21.jpg)
CCD fotometrie• měření jasnosti hvězd (komet, planetek, ...)
CCD kamerou• pořízení série snímků hvězdného pole• zpracování fotometrickým softwarem:1. odečtení darku, podělení flatem2. automatické rozpoznání hvězd3. automatické změření instrumentálních jasností
hvězd (součet intenzity pixelů v urč. oblasti mínus intenzita pozadí, přepočet na magnitudy)
4. spočtení rozdílu proměnná – srovnávačka –> relativní (diferenciální) fotometrie
5. známe přesnou jasnost srovnávačky a korekce daného přístroje –> absolutní fotometrie
![Page 22: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/22.jpg)
Příklad CCD světelné křivkyProjekt Eridanus, HaP J. Palisy Ostrava
1433,38 1433,40 1433,42 1433,44 1433,46 1433,48 1433,50
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
-0,4
predicted mid-eclipse
23:50 UT21:16 UT
11./12. 9. 1999, Lukáš Král, CCD ST-7 (unfiltered), HaP Ostrava
DI Peg
Dif.
Mag
.
JD - 2450000
![Page 23: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/23.jpg)
Software• CCDOPS – pro kamery SBIG, snímání i základní
zpracování, DOS i Win verze, zdarma na www.sbig.com
• Iris – skvělý a stále se zlepšující program pro pokročilé zpracování snímků, umí i jednoduchou astrometrii a fotometrii, Windows, zdarma na http://www.astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm
• Munipack – automatická fotometrie, Linux/DOS/Windows, zdarma na http://munipack.astronomy.cz
• GIMP – univerzální program pro práci s obrázky (jako Photoshop), zdarma pro všechny platformy
![Page 24: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/24.jpg)
CCD versus klasická fotografie• Přednosti CCD:
– vysoká citlivost –> kratší expozice menším dalekohledem
– přímo digitální snímky –> ihned je vidět výsledek, snadné zpracování na PC, možnost skládání mnoha kratších expozic
– ideální pro fotometrii a astrometrii, automatické snímkování i zpracování
• Nevýhody CCD– vyšší cena kamery (ale zase malé provozní náklady)– malý čip => malé zorné pole– nutnost kvalitní montáže i dalekohledu– nutnost mít u dalekohledu počítač pro ovládání CCD
![Page 25: CCD kamery a jejich použití v astronomii](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/56813b18550346895da3c77c/html5/thumbnails/25.jpg)
Stránky o CCD pozorování v Ostravě:
http://ostrava.astronomy.cz/
M 101 „Vírová“SBIG ST-7teleobj. 9 cm5x2 + 6x3 minHaP Ostrava