Cum vă ajută tehnica drizzle să obțineți o rezoluție mai mare

Trecerea la fotografii cu rezoluție mai mare

Această problemă afectează și telescopul Hubble: cum apare undersampling-ul și ce software ajută la rezolvarea problemei.

$Roiul stelar globular M5, în stânga cu expunere normală, iar în dreapta, cu drizzle-stacking de 20 de fotografii a 300s fiecare. Versiunea normală a fost redimensionată, spre comparație, la aceeași scară ca fotografia cu drizzle. Configurarea fotografiei s-a făcut în zona de undersampling, ceea ce se poate observa din stelele care nu sunt reproduse în mod ideal și care apar oarecum pixelate. Un refractor cu o apertură de 105 mm și o distanță focală de 670 mm a fost echipat cu un aparat de fotografiat cu pixeli de 9μm. Prin urmare, samplingul este de 2,77"/pixel, cu o rezoluție teoretică de 1,14". Prin tehnica „drizzle” (rezultatul din dreapta) este posibilă o redare mai fină a densității mari de stele - perechile apropiate de stele sunt separate mai clar. M. Weigand$ Roiul stelar globular M5, în stânga cu expunere normală, iar în dreapta, cu drizzle-stacking de 20 de fotografii a 300s fiecare. Versiunea normală a fost redimensionată, spre comparație, la aceeași scară ca fotografia cu drizzle. Configurarea fotografiei s-a făcut în zona de undersampling, ceea ce se poate observa din stelele care nu sunt reproduse în mod ideal și care apar oarecum pixelate. Un refractor cu o apertură de 105 mm și o distanță focală de 670 mm a fost echipat cu un aparat de fotografiat cu pixeli de 9μm. Prin urmare, samplingul este de 2,77"/pixel, cu o rezoluție teoretică de 1,14". Prin tehnica „drizzle” (rezultatul din dreapta) este posibilă o redare mai fină a densității mari de stele - perechile apropiate de stele sunt separate mai clar. M. Weigand

În cazul în care se utilizează un senzor de format mare pentru a realiza fotografii pe o suprafață mare a cerului, se poate ajunge la un undersampling - o problemă care afectează și telescopul spațial Hubble. Pentru a se evita acest lucru se poate folosi un procedeu inteligent: tehnica drizzle.

Rezoluția detaliată a unei fotografii nu este determinată doar de condițiile de observare, ci și de doi factori care țin de instrumentele folosite: rezoluția telescopului și finețea grilei de pixeli a aparatului de fotografiat. Nu toate combinațiile aparat de fotografiat-telescop utilizează pe deplin capacitatea de rezoluție a sistemelor optice. Dacă, de exemplu, se alege un senzor de format mare cu pixeli relativ mari pentru a obține o fotografie a unei suprafețe cât mai mari a cerului, acest lucru duce la undersampling. Telescopul Hubble se află, la rândul lui, în această situație ca urmare a utilizării așa-numitei „Widefield Planetary Camera“, motiv pentru care a fost dezvoltat un algoritm care să salveze o parte din rezoluția pierdută: tehnica drizzle.

Ideea de bază din spatele tehnicii drizzle dezvoltată de A. Fruchter și R. Hook constă în utilizarea mai multor fotografii în care grila de pixeli, prea grosieră, este ușor deplasată în raport cu obiectul de la o fotografie la alta. Deplasarea permite scanarea obiectului la nivel de sub-pixeli.

Pentru a face acest lucru, pixelii din toate fotografiile sunt micșorați și proiectați pe o grilă de pixeli mai fină. Valorile de luminozitate „picură“ astfel pe noua grilă de pixeli corespunzător suprapunerii celor două grile și sunt mai apoi distribuite. Valorile de luminozitate ale tuturor fotografiilor dintr-o serie sunt calculate pentru fiecare pixel după organizarea pe grila nouă. În cazul în care factorul drizzle este ales adecvat de mic, suprapunerea mai multor fotografii duce la o afișare uniformă cu un sampling mai fin.

Dithering și multe fotografii

Ușoara deplasare necesară pentru procesul drizzle dintre fotografiile individuale dintr-o serie se face prin dithering. Poziția telescopului este ajustată automat în mod aleatoriu cu câțiva pixeli după fiecare fotografie. În general, dithering-ul se utilizează de obicei pentru a elimina pixelii care interferează cu un proces de stacking adecvat. Acest lucru poate fi realizat, de exemplu, cu ajutorul autoguider-ului, care se ajustează după fiecare fotografie la o poziție diferită cu doar câțiva pixeli. Toate software-urile obișnuite de autoguiding oferă această opțiune.

În plus, sunt necesare cât mai multe fotografii pentru a reconstrui informațiile pierdute. Numai atunci pot fi umplute golurile rezultate din redistribuirea valorilor de luminozitate.

Aceeași stea în fotografii diferite, la care poziția a fost ușor modificată. Profilul stelei pare asimetric, fapt după care recunoaștem undersampling-ul. De asemenea, profilul se schimbă de la o fotografie la alta, lucru care se face în cadrul procesului de drizzling. M. Weigand

Limitele procedurii

Bineînțeles, tehnica drizzle are și ea limitele sale. Factorul drizzle nu este arbitrar, deoarece samplingul nu poate fi crescut în mod arbitrar. Numărul de fotografii necesare pentru o imagine uniformă ar fi foarte mare și practic imposibil de realizat. De regulă, se recomandă un factor de 2. În plus, rezoluția telescopului și seeing-ul limitează tehnica. În condițiile unui seeing tipic în Germania, tehnica drizzle ar putea fi profitabilă în cazul timpilor lungi de expunere, cu un sampling de cca 1,5"/pixel sau mai fin. Procedura este deosebit de interesantă în situațiile de undersampling, cum ar fi fotografiile de ansamblu ale Lunii și Soarelui, precum și în zona deep-sky, cu distanțe focale mai degrabă scurte. Mai trebuie remarcat că tehnica drizzle nu poate fi combinată cu proceduri de stacking cum ar fi median stacking sau sigma-stacking. Acest lucru se datorează faptului că pixelii din grila mai fină sunt serviți cu conținut doar alternativ, ceea ce este similar cu apariția unui pixel de interferență, care este eliminat în aceste procese de stacking.

Principiul de funcționare al tehnologiei drizzle: În imaginea din stânga, o stea a aterizat exact la intersecția a patru pixeli, iar valorile luminozității sale sunt distribuite în mod egal pe toți pixelii. Acest lucru face ca steaua să apară pixelată, iar profilul real al acesteia nu este reprodus. Grila originală de pixeli a fotografiei (albastru) este acum micșorată (roșu) și proiectată pe o nouă grilă (a doua fotografie). Noua grilă este mai fină cu factorul 2. În cazul unei singure fotografii, apar evident lacune în unele locuri, după cum se poate observa în distribuția valorilor rezultate în cea de-a treia fotografie. Acesta este motivul pentru care sunt necesare mai multe fotografii cu deplasări mici și variabile. După calcularea mediei, profilul stelelor este acum, în cazul ideal, mai bine afișat (fotografia din dreapta). M. Weigand

Software

Din păcate, doar unele programe de stacking oferă opțiunea de drizzle sau un algoritm similar. Pentru clipurile video cu obiecte din sistemul solar, această funcție poate fi găsită, de exemplu, în programele AutoStakkert! sau RegiStax. Pentru fotografiile deep-sky mai sunt disponibile și Fitswork și DeepSky Stacker. Toate aceste programe sunt disponibile gratuit pe internet.

Concluzie

Tehnica drizzle oferă posibilitatea de a utiliza mai bine rezoluția unui telescop cu un anumit undersampling definit și de a îmbunătăți definiția profilurilor stelare. Acest lucru este avantajos în ceea ce privește reproducerea detaliilor. Procedura funcționează dacă sunt îndeplinite următoarele condiții: Combinația aparat de fotografiat-telescop se află în zona de undersampling, sunt disponibile cât mai multe fotografii individuale și există un decalaj între fotografiile individuale (dithering).

Autor: Mario Weigand / Licență: Oculum-Verlag GmbH