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Author Topic: Analisi delle immagini deep sky, alcuni cenni. (16 messages, Page 1 of 1)

maxproject
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Posted: Jun 23, 2013 01:21 PM          Msg. 1 of 16
Nel thread "micrometri" abbiamo mostrato alcune videate di analisi del programma CCD INSPECTOR. Questo ha suscitato interesse da parte di parecchi lettori. Gli astroimager più smaliziati non hanno ovviamente bisogno di queste nostre annotazioni, riteniamo tuttavia interessante svolgere un ragionamento pratico e semplice, frammentato nel tempo in modo che sia facilmente comprensibile ai lettori meno esperti.

Per prima cosa consigliamo a tutti l'acquisto del programma in oggetto, lo trovate in questo sito:

http://www.ccdware.com/products/

Il costo è di circa 180$, una spesa dunque affrontabile da molti, semplice da usare e molto intuitivo, un po' scarno nelle istruzioni ma la base c'è e si può lavorare.

I risultati sono molto buoni, anche in previsione d'acquisto di un nuovo strumento, questo programma da indicazioni interessanti sulle prestazioni del sensore collegato al telescopio.

Quanto andremo a scrivere è ovviamente una infarinatura esemplificata, lasciando al singolo indagini e test più accurati. A noi interessa dare delle indicazioni di massima.

Nota: CCD inspector, fa parte del set di collimazione che andremo ad illustrare in un apposito testo in "Argomenti Tecnici", in modo da chiudere definitivamente le paure e i timori che hanno molti fruitori di RC.

Ben accolti gli interventi dei lettori più esperti che vorranno dire la loro al riguardo, non abbiamo la presunzione di aver capito tutto e, per quanto ci riguarda, lo usiamo da anni con grande soddisfazione per i nostri scopi (controllo e messa a punto dei tubi ottici).

Maxproject


Di tutto questo, o caro lettore, lascio a te l'ulteriore considerazione. Io scendo dall'Ippogrifo; tu, se ti aggrada, puoi continuare la volata.
(G. Schiaparelli)

Edited by maxproject on Jun 23, 2013 at 03:52 PM

maxproject
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Posted: Jun 23, 2013 01:54 PM          Msg. 2 of 16
Per praticità e per non ingarbugliare il ragionamento, saltiamo tutti i passaggi che sono strettamente legati all'uso del programma durante i test sul campo. Le schermate sono moltissime, molto intuitive, ma che non sono utili in questa semplificazione. Ne tengano conto i lettori in modo da non incorrere in errori.

Maxproject

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maxproject
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Posted: Jun 23, 2013 02:34 PM          Msg. 3 of 16
Prima di iniziare l'esposizione, visto che è rivolta ai meno esperti, elenchiamo le definizioni tecniche con la loro spiegazione, sarà così più semplice comprendere quanto si va a scrivere.

Prendiamo dall'Help del programma che è bello che pronto e basta tradurlo:

Un punto luminoso illumina un numero di pixel che circondano il centro della stella. Il pixel centrale è solitamente il più brillante, con l'intesità dei pixel che diminuisce piuttosto rapidamente a mano a mano che ci si distanzia dal pixel centrale. Più velocemente scende questa luminosità, rispetto al pixel centrale, migliore è la qualità e la nitidizza della stella. Più lentamente scende, più pixel vengono occupati e quindi la luminosità è meno concentrata.

Per trovare un metodo standard per misurare la qualità della stella, indipendentemente dalla luminosità e dalla magnitudine della medesima, viene utilizzata la misura del FWHM.

FWHM acronino di Full Width at Half-Maximum è semplicemente la larghezza (o diametro) del cerchio che circonda la stella in cui l'intensità luminosa è caduta del 50% rispetto al valore di picco (praticamente la metà del massimo).

FWHM può essere misurata in pixel o in secondi d'arco. I pixel meno si adattano in CCD Inspector se la lunghezza focale e la dimensione dei medesimi nella camera di ripresa non possono essere determinati. Se questi sono specificati in CCD Soft, CCD Inspector può essere utilizzato per convertire automaticamente i pixel in secondi d'arco. Il valore in pixel dipende sia dalla lunghezza focale che dalle dimensioni dei pixel di ripresa, pertanto non si possono paragonare immagini prese con CCD diversi o telescopi diversi. D'altro canto, la misura in secondi d'arco è indipendente dalla lunghezza focale del telescopio o dalla dimensione dei pixel del CCD , e puo' essere utilizzata come confronto diretto tra i diversi telescopi.
Valori di FWHM bassi sono i migliori - indicano che la luminosità della stella cade più velocemente.
Ci sono molti fattori che limitano il valore di FWHM. Alcuni di questi sono:

1) Messa a fuoco: il telescopio deve avere una messa a fuoco più precisa possibile;
2) Collimazione: una scarsa collimazione porterà a stelle con luce più sparpagliata e quindi con un FWHM maggiore;
3) Le condizioni di visibilità: l'atmosfera è uno dei maggiori fattori limitanti anche per gli astronomi professionisti. In una buona giornata, un dilettante medio con eccellente ottica e collimazione può sperare in valori di FWHM di 2"-2,5". In rare occasioni o in postazioni molto buone, si può arrivare ad un valore di 1,6", ma non molto al di sotto. Frequentemente si hanno valori entro un range di 3" - 4". Qualsiasi cosa sopra i 4" è da considerarsi scadente e non va presa in considerazione.
4) Inseguimento e guida: la FWHM di una stella in una lunga esposizione può essere molto maggiore della FWHM della medesima stella ripresa in una breve esposizione. Ciò accade perchè le masse d'aria continuano a muoversi causando fluttuazioni (seeing), i piccoli errori a questo punto si sommano e la stella si deforma sparpagliando la sua luminosità.

Aspect Ratio: è il rapporto tra l'asse più lungo e l'asse più corto del profilo della stella, espresso in percentuale. Un valore contenuto entro il 20 o 30% rappresenta una stella piuttosto rotonda. Un valore del 0% rappresenta una stella non deformata, ma questo è un valore praticamente impossibile da raggiungere a causa del rumore e dell'errore standard nelle misure.

Maxproject

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maxproject
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Posted: Jun 23, 2013 04:03 PM          Msg. 4 of 16
fig. 1



Per motivi tecnici dobbiamo postare immagini di dimensioni limitate e quindi un po' si perde.

Questo è una immagine su cui si puo' lavorare un po':
strumento: RC 250 F 8,5
ccd : Canon D 5
posa: 60 secondi

Osservate nell'immagine : dove viene puntato il mouse appare una finestrella che ci fornisce alcune indicazioni utili (l'FWHM di ogni singolo punto, il calo di luminosità in percentuale rispetto al punto più luminoso e lgi ADU).

Su questa immagine cercheremo di scavare per avere più informazioni possibili, naturalmente il grezzo sorgente è in formato diverso da quello del forum.

Maxproject






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Edited by maxproject on Jun 23, 2013 at 04:17 PM
Edited by maxproject on Jun 23, 2013 at 04:19 PM

maxproject
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Posted: Jun 29, 2013 01:27 PM          Msg. 5 of 16


La prima analisi che possiamo fare da un grezzo è quella di capire come siamo messi con la collimazione dello strumento e gli altri parametri sul piano focale.

L'opzione "Curvature" disponibile nel menu a fianco o sopra in Analysis, fornisce una mappa topografica della superficie dell'immagine. I colori differenti sono assegnati ai vari livelli di qualità:
i colori più scuri indicano una messa a fuoco molto migliore dei colori brillanti o chiari. Cio' vale ovviamente e di conseguenza anche per la curvatura di campo.

CCD Inspector estrae il maggior numero possibile di stelle da ogni immagine e calcola il loro valore FWHM. Una funzione polinominale distribuisce questi valori in modo coerente e ne traccia una mappa usando diversi colori:

FWHM più basso: nero
Blu: leggermente sfuocato o deformato
Verde: maggiore sfuocatura o deformazione
Rosso: situazione peggiorativa del verde.

Spostando il mouse su una porzione della mappa di curvatura si visualizzerà la misura FWHM associata con le stelle di questa zona. Ecco dunque un primo indizio importante che ci fa capire, al di la del colore che è utile indicazione, se il valore di sfuocatura o curvatura è influente o ininfluente per noi.

L'angolo superiore sinistro della immagine contiene una serie di statistiche preziose derivate dall'immagine misurata:

Min FWHM: misura del valore FWHM minimo riscontrato;
Max FWHM: misura del valore FWHM massimo riscontrato;
Curvatura: percentuale di sfuocatura (che noi potremmo definire valore di curvatura) tra il punto più "alto" e il punto più "basso" della mappa;
Tilt in X, Y: sfuocatura (attenzione a questo termine.....indicano sfuocatura intendendo anche derformazione da curvatura) da sinistra a destra , dall'alto in basso dell'immagine, espressa in secondi d'arco;
Tilt totale: è la quantità assoluta di inclinazione misurata sull'immagine, espressa in percentuale, e la sua direzione mostrata in gradi, nonchè una freccia che punta nella direzione dell'inclinazione;
Collimazione: la distanza tra i centri fisici e ottici dell'immagine, mostrati in secondi d'arco (in pixel per chi usa questa opzione). Il fatto che i due centri coincidano ci dicono che entro certi limiti la collimazione è perfetta.

Le due serie di crociere al centro della figura segnano le dimensioni fisiche (cerchio grande) e ottiche (cerchio piccolo) dell'immagine.

E' possibile ingrandire o rimpicciolire la nostra immagine cliccando in un qualsiasi punto della mappa con il tasto dx del mouse e lavorando sul livello zoom.

Ci sono poi altre funzioni nel menu che si apre col tasto destro, che sono abbastanza intuitive.

Quando si analizza una immagine e ci viene presentata da CCD Inspector, bisogna tenere presente la dimensione del sensore e il campo corretto che in teoria ci deve dare lo strumento, è naturale che con un grande sensore e un campo corretto piccolo le deformate laterali siano molto importanti.

Maxproject





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Edited by maxproject on Jun 29, 2013 at 02:08 PM

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Posted: Jun 29, 2013 02:22 PM          Msg. 6 of 16




Appena abbiamo visualizzato l'immagine precedente e ne abbiamo estrapolato i valori, è dunque il momento di rendersi meglio conto della situazione sul piano focale relativa alla nostra immagine.

In CCD Inspector la funzione "Curvature" nel menu a sx o sopra in Analysis ci offre una schermata molto interessante.

Proprio come la precedente questa funzione ci offre una mappa della superficie della immagine. L'immagine è tridimensionale, con diversi colori assegnati ai vari livello di sfasamento: i colori più scuri sono i megliori come messa a fuoco e livellamento del piano, i colori chiari come al solito sono un elemento peggiorativo.

Come sempre spostando il mouse sull'immagine possiamo avere il valore FWHM per quel punto.

Come un vero e proprio tridimensionale possiamo far ruotare e inclinare la nostra immagine premendo il tasto sx del mouse. Con il tasto Ctrl premuto ingrandiamo spostando avanti o indietro il mouse.

Anche qui l'angolo sinistro contiene informazioni utili. Inutile ripetere quanto scritto sopra, i significati sono i medesimi e l'immagine arriva dallo stesso orginale.

I lettori osservino bene la figura precedente (dove si trova il nero?), la prima figura di questo post (dove si trova il nero), e la seconda figura molto armonica essendo il sensore molto più grande del campo corretto dello strumento, ma.......guardate il centro.

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Edited by maxproject on Jun 29, 2013 at 02:31 PM

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Posted: Jun 29, 2013 04:47 PM          Msg. 7 of 16
Una ulteriore analisi, sempre della stessa immagine, può quantificare e indicare le isofote del nostro grezzo. Vengono dunque indicate le varie zone con variazioni di luminosità in percentuale.

Su Analysis a menu Analysis frame, ecco il risultato:



CCD Inspector raccomanda di non usare ammassi stellari, nebulose, galassie ecc, ma solo campi stellari ricchi e disuniformi per poter avere una lettura corretta dei valori (nel caso di un ammasso stellare, per esempio. le isofote sarebbero di forma rotonda e a scalare, ma non frastagliate come in un campo stellare aperto).

Le linee frastagliate indicano il calo di luce dal centro dell'immagine, pertanto la linea etichettata 2% racchiude l'area con un calo di luce inferiore al 2%.

In questa immagine abbiamo un calo di luminosità del nostro piano focale dal 2 al 7% circa, in prossimità di ciascun valore se si clicca col mouse ci viene indicato il calo di luminosità e la distanza dal centro dell'immagine in percentuale (es.: 5% vignetting@68% from image center, il che significa che a una distanza del 68% dal centro campo abbiamo una vignettatura del 5%).

Se osserviamo l'immagine notiamo che al centro c'è un (+) che indica il centro del sensore, mentre una (x) indica il centro ottico illuminato. Lo scostamento di questi due simboli e la non sovrapposizione deve essere un campanello d'allarme.

Con questo procedimento possiamo capire abbastanza precisamente i valori numerici della vignettatura sul campo totalmente ripreso. Valori che ovviamente risentono anche delle condizioni di partenza del nostro grezzo: collimazione ecc.

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Posted: Jun 30, 2013 10:58 AM          Msg. 8 of 16
Un passo importante, anzi diremmo fondamentale, per renderci conto se il nostro telescopio e la nostra montatura sono settati in modo adeguato, è verificare la puntiformità stellare.

Abbiamo detto che la deformazione di una stella dipende da:
1) collimazione
2) campo corretto
3) campo spianato
4) inseguimento corretto
5) stabilità della struttura (treno ottico e accessori)
6) seeing

L'opzione Aspect Ratio Wiever è uno strumento che aiuta a visualizzare eventuali allungamenti delle stelle su TUTTA l'immagine.

Il codice dei colori è come in tutte le altre opzioni: nero = perfetto, rosso = scadente.

Nel display in alto a sx fornisce un valore minimo e massimo di deformazione in percentuale su tutta l'immagine (quindi è ovvio che un sensore grande in un campo corretto piccolo non farà che aumentare il valore verso l'alto). Il valore TILT è indice di asimmetria nella distribuzione delle stelle allungate. Mentre la freccia indica la direzione in cui le deformazioni aumentano di più e in percentuale la quantità della asimmetria totale.

Dunque la prima schermata è:



In questa tabella, con un'altra funzione si possono aggiungere e togliere colonne con i vari dati.

Maxproject


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Edited by maxproject on Jun 30, 2013 at 09:29 PM

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Posted: Jun 30, 2013 11:47 AM          Msg. 9 of 16
Ed ecco come indicato nel post precedente la elaborazione :



E' EVIDENTE che in questa immagine le stelle sono tutte deformate anche dove le precedenti analisi non ci davano deformazioni.

A concorrere a queste deformazione ci sono TUTTI gli aspetti che abbiamo elencato più sopra, ed in tale fase è necessario affrontarli uno ad uno in modo di arrivare ad ottimizzare la situazione.

Non si creda che immagini molto belle non siano affette da tali problemi. Abbiamo analizzato alcuni RAW e i risultati sono stati molto scadenti.

Maxproject

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Posted: Jun 30, 2013 11:54 AM          Msg. 10 of 16
Nella nostra schermata iniziale possiamo anche indagare ulteriormente sull'aspetto o sulla puntiformità stellare.

In IMAGES premere VIEW STARS.

Il risultato ci da, soprattutto aumentando l'ingrandimento (tasto dx del mouse) una indicazione grossolana delle deformazione stellare nei vari punti dell'immagine.

Ecco un frammento per dare un'idea, si tratta dell'angolo in basso a sx che già visivamente nel raw pare deformato:



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Posted: Jun 30, 2013 01:11 PM          Msg. 11 of 16
Una cosa importante: il programma si può scaricare e usare gratuitamente per 30 giorni, per cui prima di spendere uno può anche provarlo e vedere se ne trae giovamento o meno.

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Posted: Jun 30, 2013 02:49 PM          Msg. 12 of 16
Approfondendo la sperimentazione, esistono una serie di opzioni interessanti che ci aiutano anche a capire PRIMA se uno strumento è adatto a un determinato CCD (e viceversa). CCD Inspector sotto questo aspetto è molto interessante.

Andiamo in Analysis e in Sensor Extrapolation. avremo tre sottomenu: FWHM, Aspect Ratio, Vignetting. Nella relativa finestrella c'è un lungo elenco di sensori e CCD lasciando dunque all'utente la scelta delle dimensioni o del modello che usa (sempre che non sia stato impostato di default prima). Ad esempio , se il CCD che si usa ha un chip KAF 3200, e l'utente sta pensando di passare al più grande KAF 16803, alcune domande che occorre porsi sono:

1) quanto sarà spianato il campo in prossimità dei bordi? Le stelle ai bordi saranno molto deformate? E' necessario l'uso di un correttore?
2) quanto come è presente agli angoli? Quanto si allungheranno o deformeranno le immagini stellari nel nuovo sensore?
3) Quanta vignettatura avro' col chip più grande? I bordi e gli angoli saranno sufficientemente illuminati?

Senza una simulazione l'unica soluzione è prendere a prestito una camera CCD come la vogliamo e fare delle riprese, per poi misurare. CCD Inspector rende questo processo molto più facile (ed economico!). E' sufficiente riprendere un campo stellare molto ricco (no ammassi, nebulose, galassie), caricare l'immagine (o le immagini - si possono esaminare più raw in sequenza creando appunto delle sequenze automatiche).

Vediamo dunque alcuni esempi, facciamo riferimento alla nostra solita immagine, così da dare un senso logico alla spiegazione.

Clicchiamo Analisys > Sensor Extrapolation > FWHM, mettiamo di default il sensore della Canon 5 D e avremo:



Ora estremizziamo un pochino, cambiando sensore (uno a caso):



Come si leggono questi grafici lo vedremo nel prossimo post.

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Edited by maxproject on Jun 30, 2013 at 09:37 PM

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Posted: Jul 6, 2013 11:09 AM          Msg. 13 of 16
Le immagini di cui sopra presentano, in questo caso il valore di curvatura del campo misurato sul dato di FWHM, con i dati del chip in alto a sx.

Nel grafico avremo la linea inferiore che rappresenta una traccia ideale sulla nostra immagine che inizia nella parte superiore sx e termina nella parte inferiore dx, tracciando in diagonale tutto il campo ripreso. L'asse verticale rappresenta la misura (valore FWHM), mentre l'asse orizzontale in percentuale la distanza dal centro del chip, mentre -100% si trova nell'angolo in alto a sx e +100% nell'angolo in basso a dx.

Si noti che dai grafici sopra, si puo' osservare una certa inclinazione dell'immagine che rende le stelle in basso a dx più grandi delle stelle in alto a sx. Nel complesso le dimensioni (nella Canon 5D) sono circa il 30% più grandi agli angoli. Una prestazione abbastanza scadente.

Facciamo un passo al contrario riducendo il sensore, in questo caso un 13,8x13,8. E' subito evidente che l'anomalia è molto contenuta (10-11% massimo , quindi molto buona) anche se asimmetrica. Possiamo definire che il sensore della Canon è troppo grande per questo strumento senza correttore?

Maxproject




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Edited by maxproject on Jul 7, 2013 at 11:23 AM

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Posted: Jul 7, 2013 11:33 AM          Msg. 14 of 16
Aspect Ratio.

Sempre sul nostro menu a tendina chart: > aspect ratio - chip size : Canon 5D

Questo è quello che ci troviamo nella prima linea, otteremo dunque un grafico come il seguente:



Poi lo rimodifichiamo per il sensore più piccolo:




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Posted: Jul 14, 2013 01:56 PM          Msg. 15 of 16
Osserviamo i due grafici e cerchiamo di interpretarli. Abbiamo dunque il punto zero che rappresenta il centro del campo, con il segno (-) abbiamo il lato sx in alto del fotogramma e dove non c'è il segno abbiamo il lato dx in basso (secondo la logica della diagonale che attraversa tutto il nostro sensore).

I numeri laterali rappresentano IN PERCENTUALE la deformazione della stella (la deformazione è dovuta a tutti i fattori strumentali ed esterni presenti sull'immagine).

Se guardiamo la tabella del sensore più grande noteremo che ai bordi avremo una deformazione molto pesante. Ancora una dimostrazione che il sensore è troppo grande se non viene compensato da uno spianatore.

Nella seconda tabella di esempio, con un sensore leggermente più piccolo, questi valori migliorano, ma dovremo ridurre ancora le dimensioni per arrivare a valori adeguati. Diremo che deformazioni sotto il 15% sono più che buone.

Questo esempio, ricavato da un grezzo, ci indica subito se tutto il nostro sistema strumentale (telescopio, correttore, sensore) è calibrato in modo adeguato, naturalmente queste misure andrebbero fatte con tutto ben collimato e sistemato, altrimenti si introducono elementi di distorsione che falsano pesantemente i risultati.

Tanto per giocare un po', e per dimostrare quello che abbiamo scritto nel paragrafo precedente, abbiamo rifatto il grafico con un sensore molto piccolo:


Come vedete la situazione migliora ma non più di tanto, anzi ben al di sotto delle potenzialità del telescopio, segno che tutti i problemi che abbiamo evidenziato nelle pagine precedenti stanno deteriorando anche questo aspetto.

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Edited by maxproject on Jul 14, 2013 at 01:56 PM

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Posted: Jul 14, 2013 02:12 PM          Msg. 16 of 16
Analogamente, sempre nel nostro menu a tendina, possiamo usare una nuova funzione che indica la quantità di luce ridotta negli angoli del sensore.

Selezionare "vignetting". Otteremo dunque in percentuale la quantità di luce disponibile sempre lungo la nostra diagonale ideale che attraversa l'immagine.

Riprendiamo il nostro grezzo e lo analizziamo con il sensore della Canon 5D:



Notiamo la percentuale ai bordi: un calo di circa il 38% di luce quindi una vignettatura sensibile.

Ora proviamo con un sensore intermedio:



il calo di luce ai bordi è praticamente insignificante, stiamo trovando una dimensione del sensore ideale - su questo tema - senza l'utilizzo di sistemi di correzione.

Ancora un test di fantasia con il piccolissimo sensore:



siamo praticamente a zero. Di norma il massimo livello accettabile di vignettatura nei grezzi è intorno al 30%. Provate con qualche grezzo Vostro e vedete come siete collocati.

Maxproject




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Edited by maxproject on Jul 14, 2013 at 02:20 PM
 

 

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