1° Forum di Astronomia Amatoriale Italiano

Continuo a non capire, e me ne scuso

Fabio Bocci asserisce che un sovracampionamento genera rumore. mi pare di capire che Giovanni, dopo una disamina sul campionamento (ma l'onda sonora e la sua teoria è assimilabile ad una situazione bidimensionale, propia del sensore ccd?), mi pare di capire che in sostanza sia in accordo con Fabio (giusto?) Quello che mi interessa è capire se esiste, a questo punto, una relazione tra il sovracampionamento e il rumore , a questo punto, inteso, come scrive Giovanni, come "incertezza del dato" ( ho capito bene?) soprattutto in zone a bassa luminosità, in quanto in zone ad alta luminosità il rapporto segnale \ rumore sarebbe a favore del segnale e ci consentirebbe un uso di deconvoluzione per evidenziare dettagli. Perchè la domanda che ho fatto? perchè potremmo orientare la scelta di un sensore e della focale di ripresa anche in virtù di questa questione, soprattutto per quanto riguarderebbe oggetti deboli e pose lunghe. Ecco, probabilmente non ho capito la risposta ma sarei felicissimo se aveste nuovamente la pazienza di spiegarla
Ciao,
Fabiomax

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http://www.astrofabiomax.it
Skywatcher 250 f4.8, Canon350D modificata Filtro 12nm Ha. Guida Magz
"tre cose sono necessarie per un buon pianista: la testa, il cuore e le dita". W.A.Mozart

Ciao a tutti.

Proviamo a ragionare ancora insieme, lo dico perchè anche io devo provare a figurarmi delle risposte... Sensate! E devo dire che attraverso questo thread sto comprendendo in maniera sempre più "profonda" il significato di certe cose, per cui ringrazio tutti e credo che i forum come questo acquisiscano un bel valore quando avvengono certi tipi di confronti.
Iniziamo da questo:



Qui credo tu ti voglia riferire alla quantità di fotoni che raggiungono il sensore ma, come abbiamo detto, il concetto non va preso in senso assoluto ma va considerato per superficie ovvero il flusso di fotoni che colpisce il sensore per un angolo considerato. Del resto la fotometria è proprio questo, non ha senso una quantità di flusso se non riferito ad un angolo. Quindi se è vero che questo flusso non cambia, è vero però che la probabilità di catturarlo è diversa. Quando si effettua un binning, non è che il sensore diventa più sensibile, ma è vero che, con il quadruplo dell'are, c'è il doppio delle possibilità di intercettare un fotone. Adesso se questo tipo di segnale quantitativo diventa maggiore, è solo in relazione ad un angolo maggiore. E' chiaro che se in quell'angolo ci sono 4 diverse stelle, io avrò il risultato della somma dei flussi di quelle stelle e quindi un SNR superiore, ma non potrò mai risolvere le stelle. Se viceversa quelle stelle, anche se deboli ricadono su angoli inferiori, potrò riuscire a risolverle entro un certo limite. Tornando al paragone audio, se ho una frequenza alta, diciamo di un violino con tutte le sue relative armoniche, avrò bisogno di una frequenza di campionamento alta per poterle ricostruire. Se invece è un timpano, magari mi serve una frequenza molto più bassa ma è preferibile avere dinamica rispetto a risoluzione.

Per tornare a Fabiomassimo quindi, va detto che il paragone audio in questo caso non è calzante in quanto una sinusoide si ricostruisce con un solo asse + il tempo mentre i nostri sensori non sono monodimensionali, ma hanno un'area data dal lato X Lato del pixel. Per questo motivo e per la forma "tridimensionale" della PSF non basta il teorema di Nyquist, da cui si arriva a frequenza*3.35 anzichè frequenza*2.
Ora cerchiamo anche di capire che il sovracampionamento si effettua per poter avere certezza di non perdere informazione per la ricostruzione di una data frequenza. Ne consegue che sovracampionare ci da la possibilità di avere più possibilità per poter risolvere un'angolo ma non aumenta la nostra possibilità di intercettare un fotone! Quindi, provaiamo a staccarci dai due concetti, poichè sono cose diverse. E' chiaro che aumentando la risoluzione angolare, il flusso debole e distribuito su angoli ampi, ha minor probabilità di essere rilevato in maniera sufficiente ad essere cosniderato un "dato certo" e non uno incerto.
Il rumore come forse lo concepiamo noi in maniera più generale, non aumenta o diminuisce in relazione al campionamento. Stiamo parlando del camera noise ovvero dall'insieme di dati incerti e fluttuanti che produce il nostro sistema di rilevazione indipendentemente dal segnale raccolto. Questo tipo di rumore è il primo a dover essere superato per avere dati certi che, anche attraverso la statistica (numero di pose e lunghezza delle stesse) possiamo sommare. E' ovvio che se il mio sistema produce un rumore intrinseco di 10e con un guadagno 1 (ovvero ad ogni fotone corrisponde 1 adu ovvero un conteggio di elettroni) se non acquisisco un segnale di almeno 11 fotoni, non potrò mai sapere cosa ho ripreso. Se vado oltre, allora si che potro poi venire a capo dello Sky noise che è l'inquinamento luminoso, i problemmi dell'ottica ecc. Se una sorgente emette un flusso di fotoni basso per un dato angolo ed io ho un sovracampionamento di quell'angolo, allora avrò meno probabilità di intecettare qualche fotone e potrei non superare il mio rumore base. Quindi, sottocampionare mi dà maggiori possibilità di rilevare con certezza una emissione di fotoni. Sovracampionare invece non mi da questa certezza ma mi dà certezza di poter risolvere spazialmente dei particolari che sono certo di aver catturato.
Come vedete il concetto stesso di rumore cambia rispetto a cosa stiamo andando a considerare. Spero però che queste ulteriori riflessioni ci aiutino a farci un'idea più precisa e magari siano punto di partenza per nuove considerazioni...

Ciao da JOE

Innanzitutto grazie per la tua disponibilità al dialogo

Anche a me piace approfondire e provo a farlo assieme




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Qui credo tu ti voglia riferire alla quantità di fotoni che raggiungono il sensore ma, come abbiamo detto, il concetto non va preso in senso assoluto ma va considerato per superficie ovvero il flusso di fotoni che colpisce il sensore per un angolo considerato. Del resto la fotometria è proprio questo, non ha senso una quantità di flusso se non riferito ad un angolo. Quindi se è vero che questo flusso non cambia, è vero però che la probabilità di catturarlo è diversa. Quando si effettua un binning, non è che il sensore diventa più sensibile, ma è vero che, con il quadruplo dell'are, c'è il doppio delle possibilità di intercettare un fotone. Adesso se questo tipo di segnale quantitativo diventa maggiore, è solo in relazione ad un angolo maggiore. "
solo una cosa, ma la probabilità di registrare la luce della stella non è funzione della posizione della stella (cioè del fatto che la stella sia inquadrata?) e basta?



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Ora cerchiamo anche di capire che il sovracampionamento si effettua per poter avere certezza di non perdere informazione per la ricostruzione di una data frequenza. Ne consegue che sovracampionare ci da la possibilità di avere più possibilità per poter risolvere un'angolo ma non aumenta la nostra possibilità di intercettare un fotone!"

appunto, quella è solo funzione della capacità di registrare il segnale e la posizione della stella (o del sensore e stella...vabbeh a seconda del sistema ma il risultato non cambia...)

" Stiamo parlando del camera noise ovvero dall'insieme di dati incerti e fluttuanti che produce il nostro sistema di rilevazione indipendentemente dal segnale raccolto. Questo tipo di rumore è il primo a dover essere superato per avere dati certi che, anche attraverso la statistica (numero di pose e lunghezza delle stesse) possiamo sommare. E' ovvio che se il mio sistema produce un rumore intrinseco di 10e con un guadagno 1 (ovvero ad ogni fotone corrisponde 1 adu ovvero un conteggio di elettroni) se non acquisisco un segnale di almeno 11 fotoni, non potrò mai sapere cosa ho ripreso. Se vado oltre, allora si che potro poi venire a capo dello Sky noise che è l'inquinamento luminoso, i problemmi dell'ottica ecc. Se una sorgente emette un flusso di fotoni basso per un dato angolo ed io ho un sovracampionamento di quell'angolo, allora avrò meno probabilità di intecettare qualche fotone e potrei non superare il mio rumore base. Quindi, sottocampionare mi dà maggiori possibilità di rilevare con certezza una emissione di fotoni."
" Sovracampionare invece non mi da questa certezza ma mi dà certezza di poter risolvere spazialmente dei particolari che sono certo di aver catturato.
Come vedete il concetto stesso di rumore cambia rispetto a cosa stiamo andando a considerare. Spero però che queste ulteriori riflessioni ci aiutino a farci un'idea più precisa e magari siano punto di partenza per nuove considerazioni..."

Quidni interessandoci di un rapporto e cioè S\N, la situazione flusso per angolo è definita per il rumore, mentre variando in funzione del campionamento possiamo aumentare quel rapporto sottocampionando. Quindi ci converrebbe riprendere le parti deboli di una galassia o nebulose sottocampionando e il contrario per le parti luminose....insomma bin 2 e bin 1 ?

Ciao,

Fabiomax

P.S. solo una cosa, ma l'angolo che indichi non è sempre lo stesso?

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Skywatcher 250 f4.8, Canon350D modificata Filtro 12nm Ha. Guida Magz
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Ci provo...
L'angolo varia, appunto dal campionamento, sto a 1.5arc/pix, se vado a 1.2 sovracampiono ancora di piu', l'angolo e' piu' piccolo. Spero sia cosi'.

Posto anche io un orrore dopo averne parlato tante volte, e' il motivo del mio interesse a questo argomento: la Eskimo.
Posto uno zoom 400% (cosi' si vedono i pixel) di un confronto F1240 e F2000 (quindi non e' neanche il doppio).
Avete presente quelle pubblicita' dove vi propongono di scegliere tra un catorcio rosso e una auto blu?
Quella aF1240 e' al naturale. Quella a F2000 e' deconvoluta all'esagerazione (l'auto blu...).
Ma vorrei far notare le dimensioni. Lo scudo, su quella a F1240 occupa troppi pochi pixel in ogni caso per venire bene.
Ho provato a deconvolverla ma come dire, quello scudo non ha pixel su cui spalmarsi...
Purtroppo le durate sono molto diverse quindi non ha senso fare il paragone con la profondita', ma penso abbia ancora senso quello sulla risoluzione.
Mi domando se c'entra nulla con il discorso di JOE quando dice che sono cose diverse, penso stesse parlando di risoluzione e profondita'? Infatti si puo' dire che, metro piu' metro meno lo scudo della Eskimo sotto i ...bo.. 1.5 arcsec/pix non ha senso, a prescindere da S/N o rapporti focali, e' troppo piccolo, per risolverlo devi salire? A me sembrerebbe di si'.

PS: sto pensando di usare la Eskimo F2000 come avatar, cosi' si capisce il mio livello di precisione e di gusto....

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Telescopio e montatura: Meade ACF LXD 75 (SC 8'') - Riduttore: Baader Alan Gee Mark II (attualmente: Feq 1090, f5.4)

CCD Deep: Orion DSCI II (color ICX429AKL 752*582 8.6nm*8.3nm) - Guida: OAG tramite Meade DSI Pro
CCD HiRes: Philips SPC900NC
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SW di acquisizione ed elaborazione (su Vista32 e XP): MaxIm DL EE, Registax - SW di guida: PhD e ASCOM 5.5 Pulse Guide

Tra piccole iene anche il Sole sorge solo se conviene (Afterhours)

Ciao,

andiamo con ordine (è un eufemismo )
Fabiomassimo,

magari fosse solo questo! Infatti ben sappiamo che, nelle nostre inquadrature, ci sono una infinità di altri oggetti che, seppure inquadrati, non possiamo registrare (vedi Hubble deep fields....). Adesso, proviamo a considerare solo alcuni aspetti della faccenda, quelli che più possono riguardarci ovvero: la stella non è un punto matematico (angolo 0, dimensioni 0) purtroppo ma sottende un'angolo già di persè. Non considerando ciò dobbiamo arrenderci al fatto che, le nostre ottiche, concentrano tutti i fotoni che colpiscono l'area inquadrata (area dello specchio o della lente primaria) in maniera non perfetta. Infatti generano un circoletto od una copia della forma di diffrazione che essa stessa, indipendentemente da altri fattori (anche nello spazio uno strumento non concentra la luce in un punto di dimensioni 0), ha una dimensione. Questo fattore già ci fa comprendere una differenza se consideriamo poi, il sensore. I ccd infatti hanno una data Q.E. e quindi se tutti i fotoni di raccolti dall'ottica potessero cadere su di un singolo pixel, avremmo comunque una percentuale di probabilità di registrarli pari a questa Q.E. per la lunghezza d'onda considerata. E' chiaro che, in questo caso migliore è l'ottica, maggiore sarà la sua capacità di concentrare la luce in angoli più piccoli. Un SC commerciale, in media, concentra la luce circa 4/5 volte peggio di un RC ad esempio. Ne consegue che anche con una posa inferiore, un RC ci dovrebbe consentire di registrare oggetti più deboli anche a parità di diametro. La posizione stessa della stella poi, varia nel tempo a causa degli errori di inseguimento e, soprattutto, del seeing. Con queste semplici e poche considerazioni, iniziamo forse già a comprendere come aspetti teorici ed aspetti pratici interagiscono e ci portano ad un risultato anzichè un'altro in base alle condizioni...

esatto, e quindi gli unici fattori in grado di modificare questa condizione sono due: l'efficienza del nostro sistema (Q.E., qualità delle ottiche, riflettività totale ecc.) e poi il diametro dell'ottica! Si inizia anche a capire perchè il rapporto f:ratio non influisce affatto sul SNR ma solo il diametro...

In effeti... Si, ci potrebbe convenire poichè considerando (ovvero "guardando") angoli più grandi vediamo più il flusso totale e quindi ne raccogliamo una maggior quantità efficacemente, mentre viceversa, guardando angoli più piccoli vediamo solo flussi di "singoli" oggetti che compongono il flusso totale che ci arriva da quell'angolo di cielo... Ovviamente l'ideale non sarebbe quello di fare binning ma di utilizzare un'ottica che ha il doppio del diametro!

Fabios, mi sembra che, in modo empirico e "pratico" tu abbia potuto verificare la "consistenza" di quento stiamo discutendo! Complimenti! Credo che solo effettuando prove, mentre si considera quello che stiamo tentando di comprendere, indipendentemente dal risultato "estetico", ci possiamo fare una idea più precisa...

Ciao da JOE

Penso che ci siano degli equivoci di fondo. Io mi riferisco al campionamento, ossia su quanti pixel va a ricadere l'immagine di una stella. Parlate di angoli, ma perchè? Io considero una sola variabile, la dimensione dei pixel, la focale del telescopio deve restare la stessa, e quindi gli "angoli" sono sempre gli stessi. Come pure la dimensione della stella sul sensore. Il campionamento non aumenta o diminuisce direttamente il rumore. E' semplicemente che se si sovracampiona, ossia si fa cadere l'immagine della stella su pixel piccolissimi e tanti, si avrà meno segnale per ciascun pixel e quindi una diminuzione del segnale letto, quindi per forza un peggioramento del segnale/rumore. Qualsiasi operazione matematica o deconvoluzione non potrà mai far aumentare il segnale. Tutto qui. Se poi si prende come punto fermo la dimensione del sensore e dei suoi pixel e si fa un ragionamento a ritroso, sulla focale con la quale si avrà un sovra- o sottocampionamento è la stessa cosa vista da un altro punto di vista, ma non si possono mischiare assieme le due cose contemporaneamente, altrimenti non ci si capisce.

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“Ciò che non ha termine non ha figura alcuna” Leonardo da Vinci

Ciao,

Fabio, essenzialmente stai dicendo la stessa cosa. Presumendo una focale fissa, aumentare il numero di pixel per registrare una stella, significa considerare un angolo sempre più piccolo inquedrato da ogni singolo pixel. E' a questo che ci si riferisce parlando di angoli. Ai fini pratici, se un'oggetto emette "luce" in un dato angolo fisico di cielo, allora questo angolo lo possiamo sistemare su una certa quantità di pixels, ma è sulla somma totale dei pixels che inquadrano quell'angolo che dovremmo misurare il flusso totale relativo a quell'oggetto.

Ciao da JOE

L'angolo sul quale ricade la luce di una stella resta sempre quello, qualsiasi dimensione di pixel si usi, altrimenti il campionamento cosa ci starebbe a fere? Quello che cambia è il numero dei pixel che ricevono. Ad esempio, un telescopio a f=10 avrà sul piano del sensore una dimensione di 13 micron come diametro del disco di Airy (per una lunghezza d'onda di 550 nm). Ora se si avrà un sensore con 15 micron di diametro, potrebbe ricevere tutta la luce un solo pixel (stella quadrata). Se si userà un sensore con pixels di 2 micron la stessa luce cadrà su una trentina di pixels. La luce sarà sempre la stessa, quindi nel secondo caso si avrà una stella più tonda e il segnale che ciascun pixel riceverà sarà grossomodo 1/30 come intensità. L'angolo illuminato resta sempre lo stesso.

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“Ciò che non ha termine non ha figura alcuna” Leonardo da Vinci

Ciao,

Fabio, stai dimenticando la lunghezza focale... un 25cm a f10 ti da un'angolo, un 50 te ne da un'altro giusto? Inoltre abbiamo gia stabilito che una stella, purtroppo, non è un punto matematico. Del resto se così fosse potremmo facilmente ottenere una PSF e riportare il tutto alle condizioni ottimali con la matematica. Inoltre, a parte le stelle, gli oggetti che riprendiamo hanno effettivamente una dimensione sottesa in un'angolo. La luna ne ha uno di circa 30'. Quindi il ragionamento va fatto anche in relazione al soggetto che intendiamo campionare. Il che ci riporta al discorso che stiamo facendo sulla giusta "frequenza" di campionamento.
Mi rendo conto che sembrano un pò scatole cinesi, ma i confini sono spesso sottili

Ciao da JOE

Mi sembra di aver ripetuto molte volte che il tubo deve essere sempre lo stesso. Ad esemjpio un 250 mm F=10. Che dà una immagine di una stella sul piano focale non puntiforme, ma darà un disco di Airy della larghezza di 13.4 micron, per una luce di 550 nm di lunghezza d'onda. Se cambiamo il tubo non si capisce più un tubo...

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“Ciò che non ha termine non ha figura alcuna” Leonardo da Vinci