Посібник від AAVSO зі спостережень змінних зірок за допомогою цифрових дзеркальних камер. Частина 3.

Продовження перекладу Посібника від AAVSO зі спостережень змінних зірок за допомогою цифрових дзеркальних камер.

Частина 3: Огляд програмного забезпечення

Попередня частина: http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?page=189

Оригінал: https://www.aavso.org/dslr-observing-manual


Частина 3: Огляд програмного забезпечення

Після пристрою для отримання зображень (камери), компьютер та програмне забезпечення -- найважливіший компонент DSLR-фотометрії. Багато аспектів планування спостережень, отримання та калібрування зображень, вимірювання, аналізу та створення звітів проводиться за допомогою відповідного програмного забезпечення. Є багато вільних та комерційних варіантів, також на ринку час-від-часу з’являються  нові пропозиції. Деякі програмні пакети багатофункціональні, інші більш спеціалізовані. Нема універсального пакету з усіма необхідними функціями, тож ви, можливо, підберете для себе невеликий комплект програм, кожна з яких буде виконувати конкретну задачу у вашому робочому процесі.

Оскільки програмне забезпечення постійно змінюється, цей посібник не описує в деталях ніякий конкретний програмний пакет. Замість цього ми подамо загальний огляд тих функцій, які вам будуть необхідні, тих, якими ви, можливо, захочете скористатися, та тих, які вам можуть бути доступні у процесі обробки фотометричних даних. Керівництво з фотометрії з використанням кількох популярних програмних пакетів доступне на інтернет-сайті AAVSO  (www.aavso.org/dslr-observing-manual).

3.1 Мінімальні вимоги до програм DSLR-фотометрії

Обираючи програмне забезпечення для DSLR-фотометрії, необхідно мати на увазі чотири ключові особливості: можливість працювати з зображеннями у форматі RAW, здатність застосовувати кадри “зміщення”, ”темнові” та ”плоского поля”, виділяти окремі кольорові канали та проводити фотометричний аналіз. Неможливо назвати єдину “правильну” програму, можливо, ви будете використовувати кілька програм для різних етапів обробки. Наступні кілька параграфів присвячені обговоренню кожного етапу більш детально.

3.1.1 Підтримка формата RAW вашої камери

Як це описано у попередній частині, для того, щоб проводити точні фотометричні виміри на ваших зображеннях, абсолютно необхідно, щоб сирі необроблені дані, записані камерою, не були змінені будь-якою додатковою обробкою. Тому фотометричне програмне забезпечення має читати та вміти манюпулювати тим RAW форматом, який записує ваша камера. Універсального RAW-формату немає: Canon використовує файли типу CRW та CR2, Nikon -- файли типу NEF. Інші виробники використовують свої власні формати.

Коли ви купуєте програмне забезпечення (або нову камеру), майте на увазі, що, у випадку камер найновішої конструкції, може пройти кілька тижнів або місяців доки фотометричне програмне забезпечення буде адаптовано до нового RAW-формату. Ви маєте пересвідчитися, що ваша камера підтримується програмним забезпеченням (зверніться до інтернет-сайту виробника програми).

3.1.2 Підтримка калібрування зображень (корекція за допомогою кадрів “зміщення”, “темнового струму” та “плоского поля” (“bias”, “dark”, “flat”))

Як це було пояснено в попередніх частинах, на додачу до основних зображень необхідно зробити серію калібрувальних зображень. Ці “bias“-, “dark“- та “flat“-зображення відображують постійне зміщення, нерівномірне освітлення, обумовлене вашою оптикою та “гарячі пікселі” (або інші недоліки) детектору камери. Вплив цих факторів має бути усунений для точної оцінки інтенсивності зірок. Таким чином, ваше програмне забезпечення має не лише бути спроможним читати та відображати зображення, але і вміти застосовувати калібрувальні кадри до ваших основних зображень.

3.1.3 Виділення окремих кольорових каналів

Як описано у попередній частині, Баєрівський масив кольорових фільтрів DSLR-камери дає змогу одночасно записувати червоний, зелений та синій канали на одному і тому ж зображенні. Кожний колір -- окремий канал або площина. Ваше фотометричне програмне забезпечення має вміти розділяти RAW-зображення на окремі  зображення для червоного, зеленого та синього каналу. Насправді зелених каналів два, деякі програми, наприклад, AIP4Win, комбінують їх в одне зображення. Інші програми, наприклад, MaxIm DL, обробляють кожний зелений канал окремо. Наразі більшість програм виділяють лише один кольоровий канал за раз, тому, можливо, буде необхідно повторити процес виділення каналів, якщо потрібна інформація про всі три кольори.

Багато з розповсюджених програм фотометрії мають можливість виділяти кольорові канали з RAW файлів (приміром, MuniWin, IRIS, AIP4Win, MaxIm DL). Якщо у вас одна з них, ви можете використовувати єдину програму для виділення кольорових каналів, виконання калібрування зображень та проведення фотометричного аналізу. Деякі популярні фотометричні програми не підтримують DSLR RAW-файли (наприклад MPO Canopus, VPhot), або не мають можливостей виділення окремих кольорових каналів. Якщо вам подобаються інструменти фотометрії цих програм, ви маєте спочатку виділити та конвертувати зображення, що відповідає конкретному кольору у формат, який підтримується програмами MPO Canopus та VPhot.

Більшість програм виділяють зображення кольорових каналів у менші зображення, ніж RAW (наприклад, RAW зображення 5200 x 3460 пікселів дасть зображення для окремого кольорового каналу розміром 2600 x 1730 пікселів). AIP4Win, однак, виконує інтерполяцію та визначає, скільки червоного, зеленого та синього світла попало б на кожен піксель зображення. Ця програма робить інтерполяцію, наприклад, для зеленого, проглядаючи оточуючі зелені пікселі та оцінюючи, скільки зеленого світла попало б на червоні та сині пікселі. Тому виділене зображення кольорового каналу має той самий розмір, що і RAW-зображення. В програмі є кілька методів інтерполяції, важливо вибрати білінійну для максимальної точності.

Примітка: В залежності від того, яке програмне забезпечення ви використовуєте, може виявитись необхідним виділити кольорові канали перед калібруванням. Дуже важливо не змішувати калібрувальні кадри для різних кольорових площин.

3.1.4 Фотометричний аналіз

Фотометричний аналіз -- це вимірювання інтенсивності світла зірки, яке було зібране детектором під час експозиції. Найбільш поширений підхід у програмах, які використовуються аматорами -- апертурна фотометрія; це єдина техніка, що обговорюється в цьому керівництві. Детальний опис подається в Частині 5; якщо коротко, при апертурній фотометрії вимірюються два параметри як для цілі, так і для зірки порівняння. Перший -- загальна інтенсивність всередині невеликої кругової апертури з центром на зірці, це апертура вимірювання. Ця загальна інтенсивність включає фотони від зірки плюс фотони від фона неба. Другий параметр -- середня інтенсивність на піксель у регіоні, що не містить зірок і називається колечком неба [sky annulus], воно також центроване на зірці, але має більший радіус, ніж апертура вимірювання (див. Рис. 5.3). З цих двох параметрів програмне забезпечення обраховує інтенсивність кожної зірки, скоректовану на інтенсивність фона. Багато програм мають засоби для пакетного виконання такої процедури (див. нижче обговорення пакетної обробки та скриптингу), що значно спрощує та прискорює аналіз, якщо обробляються кілька зображень.

3.2 Корисні функції програмного забезпечення

Далі описані додаткові функції, що існують у деяких пакетах програмного забезпечення для фотометрії, які роблять процес обробки зображень більш ефективним.Вони не є обов’язковими, але з ними ваша робота буде легшою.

3.2.1 Пакетна обробка зображень

Щоб усунути роботизну ручної обробки кожного зображення індивідуально, більшість спостерігачів з DSLR віддадуть перевагу пакетній обробці зображень за один прохід. В залежності від способу отримання зображень та властивостей цільової зірки, вам може знадобитися записати десятки або сотні зображень того ж самого поля, не забувши про кілька калібрувальних кадрів. Обробляючи таку кількість кадрів один за одним ви швидко втратите задоволення від DSLR-фотометрії. Пакетна обробка проводить операції калібрування та вимірів, що повторюються, на серії файлів.

3.2.2 Скриптинг

Навіть краще, ніж пакетна обробка, скриптинг дозволяє комбінувати декілька операцій в робочий процес, параметри якого можна настроювати. Деякі програмні пакети мають власну просту ‘мову програмування’, яка дозволяє користувачу писати скрипти (наприклад, IRIS), інші використовують графічний інтерфейс (GUI), щоб визначити робочий процес інтерактивно та застосувати його до набору файлів (наприклад, Fitswork). Ця розширена функціональність існує лише в деяких програмних пакетах, особливо в тих, що також використовуються професійними астрономами. Початківці не мають дуже турбуватися щодо скриптингу та на початку робити всю послідовність операцій вручну, однак досвіченим спостерігачам ця функціональність може виявитися корисною для підвищення продуктивності та уникнення розчарування, яке може виникнути від необхідності виконувати ті ж самі  тривіальні процедури знову і знову. Вибираючи програмний пакет, ви можете забажати пересвідчитися, що у подальшій роботі є можливість використовувати скриптинг, хоча на початку під час навчання вам, можливо, ця функціональність не знадобиться.

3.2.3 Вирівнювання та складання (стекінг)

Ефективний шлях підвищити співвідношення сигналу до шуму (SNR) ваших зображень та/або досягти тьмяніших цільових зірок -- це процедура вирівнювання та стекінгу (тобто, складання або усереднення) зображень. Багато фотометричних програмних пакетів можуть вирівнювати та підсумовувати фото, хоч в деталях процедура може трохи відрізнятися. Загалом, програмне забезпечення спочатку реєструє кожне зображення, визначаючи кілька зірок, які є спільними для всіх зображень. На фазі вирівнювання окремі зображення обертаються та зміщуються, щоб зареєстровані зірки на послідовних зображеннях співпали. На фазі складання обраховується медіанне або середнє значення кожного пікселя для набору зображень. Кінцеве зображення містить такі складені значення пікселів.

Шумова компонента кожного пікселя не є константою для всіх зображень, вона коливається навколо середнього значення та може змінюватися від одного зображення до наступного. У сумарному зображенні відношення сигналу до шуму має тенденцію до поліпшення. Це тому, що при складанні кількох зображень абсолютні значення як сигналу, так і шуму зростають, однак шум, оскільки він випадковий, росте більш повільно, ніж сигнал. В областях сумарного зображення, де нема зірок, результатом будуть значення пікселів, що близькі до постійного рівня фонового сигналу неба (близькі до нуля для коротких експозицій, зроблених у темному місці) і розкид даних зменшується у порівнянні з індивідуальними зображеннями. Пікселі, з яких складаються зображення зірок, не сильно змінюються від одного зображення до іншого, таким чином в результаті вирівнювання та складання шум зменшується, в той час як зірки майже не змінюються.

3.2.4 Компьютерне керування фокусуванням та отриманням зображень

Процес отримання зображень може керуватися компьютером, якщо камера під’єднана до нього за допомогою USB кабеля (який зазвичай використовується для списування зображень з карти пам’яті камери). Canon надає програму EOS Utility, що працює з їхніми DSLR-камерами. Інші виробники камер також пропонують подібне програмне забезпечення, або безкоштовно, або за додаткову платню. Програмне забезпечення від сторонніх виробників також існує, приміром BackyardEOS, BackyardNIKON та MaxIm DL.

Таке програмне забезпечення суттєво полегшує кадрування цілі, встановлення відповідної міри дефокусування та тривалості експозиції. Ви можете швидко перевірити кадрування цільової зірки та зірок порівняння, отримавши зображення та відобразивши його на компьютері. Якщо необхідно, напрямок, в якому дивиться камера, можна підлаштувати перед тим, як робити основні зображення. Зображення також може бути обміряне, щоб бути впевненим, що зірки, які становлять інтерес, не пере- або недоекспоновані та відповідно підібрати  тривалість експозиції.

Автофокусування не буде працювати на нічному небі і його треба вимкнути. Фактично, для фотометрії зображення має бути трохи розфокусованим (див. Частину 4 -- Отримання зображень). Встановлення об’єктиву на нескінченність (∞) також навряд чи буде придатним, особливо якщо ви використовуєте об’єктиви-трансфокатори. Фокусування вручну може забрати надто багато часу та дратувати, тож для нього також бажане програмне керування. BackyardEOS -- одна з програм, що робить це з електронними об’єктивами Canon. Інше програмне забезпечення може бути доступним для конкретних камер.

BackyardEOS також автоматизує процес отримання зображень, як і інші програми. Це особливо корисне, якщо необхідно зробити знімки одного і того ж поля для подальшого складання (стекінгу) або для реєстрації зірок, що відносно швидко змінюються, наприклад, затемнюваних подвійних. Програмне забезпечення може бути налаштоване на отримання встановленої кількості зображень за задані інтервали часу.

MaxIm DL -- це потужний пакет для отримання зображень та їхнього аналізу, популярний у користувачів як CCD, так і DSLR-камер. Однак, на відміну від більшості інших програм, MaxIm DL зберігає зображення в форматі FITS [див. розділ 3.2.6], а не RAW-форматі камери. Це не є проблемою, оскільки FITS -- це звичайний вхідний формат файлів для фотометричного програмного забезпечення.

3.2.5 Автоматичне розпізнавання зоряного поля (астрометрія)

Це процес автоматичної ідентифікації зірок, виявлених на зображенні звіркою з каталогами зірок. Якщо ви готуєтесь до вашого сеансу спостереження, спершу дивлячись на пошукову карту (як ви маєте робити), ви швидко вчитеся ідентифікувати цільову зірку та зірки порівняння без допомоги автоматичного розпізнавання. Однак у випадку деяких просунутих методик, таких, як автоматична фотометрія, або якщо ви вважаєте, що помітили зміну блиску однієї з зірок у полі зору, яка може навіть не бути частиною вашої оригінальної програми спостережень, автоматичне розпізнавання може бути корисним. Деякі просунуті пакети, такі, як MPO Canopus (http://www.minorplanetobserver.com/MPOSoftware/MPOCanopus.htm) навіть викориcтовують цей метод для автоматичної ідентифікації змінних зірок (або астероїдів, тощо). Існує інернет-сайт astrometry.net, що реалізує розпізнавання поля, також цей сайт пропонує автономне (працює під Linux) програмне забезпечення, яке ви можете завантажити та використовувати локально.

3.2.6 Перетворення зображень у формат FITS

Формат FITS (“Flexible Image Transport System”, система гнучкої передачі зображень) -- це відкритий стандарт для зображень (та деяких інших астрономічних даних, таких, як інформація в табличному вигляді), він дуже поширений у астрономічній спільноті. Цей формат зберігає дані без втрат (збережений у форматі FITS файл містить всю інформацію, що присутня в оригіальному файлі RAW); це є суттєвим для фотометрії. Згадайте, що JPG -- це стиснутий формат з втратами. Оскільки FITS підтримується практично всіма серйозними пакетами астрономічного програмного забезпечення, це вдалий вибір, якщо ви хочете обмінюватися зображеннями між різними програмними пакетами. Інше велика перевага формату FITS -- це те, що він дозволяє зберігати метадані зображення (такі, як час спостереження, місце, довжину експозиції, небесні координати поля зору, тощо) стандартизованим чином, так, що інші програми це зрозуміють. Також FITS -- це найкращий вибір формату для архівування ваших зображень. Однак, існують декілька підформатів FITS, тому вам, можливо, доведеться трохи поекспериментувати, щоб знайти підформат, що підтримується всіма вашими улюбленими програмами.

Програма Fitswork (http://www.fitswork.de/software/softw_en.php) може перетворювати RAW-файли в формат FITS у пакетному режимі та навіть підтримує деяку функціональність зі створення скриптів.

3.2.7 Корекція різного поглинання атмосферою та трансформація спектрального відгуку

Як це буде пояснюватись більш детально в Частині 6, щоб одержати найбільш точні результати, до наших виміряних зоряних величин необхідно застосувати два різновиду корекцій. Перша корекція бере до уваги ефект різного атмосферного поглинання, що обумовлене тим, що світло від різних зірок проходить шлях різної довжини крізь атмосферу, якщо поле зору відносно велике, а висота зір над горизонтом відносно мала. Ця ситуація часто виникає у DSLR-фотометрії з використанням фотооб’єктивів. Зірки в частині кадру, що ближче до горизонту, більш затемнені атмосферним поглинанням, ніж зірки, яки ближче до зеніту і це може спотворити нашу оцінку величини цільової змінної зірки.

Друга корекція називається “трансформацією” і необхідна, тому що фільтри та CMOS-сенсори в DSLR-камерах мають не такі спектральні функції пропускання, як стандартні астрономічні фільтри та CCD-камери. Ця друга корекція -- процес трансформації виміряних інструментальних величин у стандартні астрономічні величини, наприклад, трансформація величини, виміряній у зеленому каналі DSLR у Джонсонівську V-величину.

Більшість фотометричних програм не робить таких корекцій; VPhot від AAVSO виконує трансформацію але не має можливості корекції різного атмосферного поглинання. Зазвичай ці корекції виконуються за допомогою електронної таблиці.

3.2.8 Створення звітів та їх подання за допомогою інтернет-сайту

Спостереження можуть бути завантажені до Міжнародної Бази Спостережень AAVSO за допомогою сайту WebObs (http://www.aavso.org/webobs). Кілька фотометричних пакетів (наприклад, AIP4Win, MaxIm DL, VPhot та MPO Canopus) можуть генерувати відповідні текстові файлі звітів.

Як альтернатива, спостереження можуть бути внесені у відповідним чином форматовану електронну таблицю для подальшого завантаження до WebObs (http://www.aavso.org/aavsoextended-file-format).

3.2.9 Синхронизація часу

Встановлення вручну дати та часу в камері  за радіосигналами точного часу на початку сеансу спостереження зазвичай достатньо при спостереженні довгоперіодичних змінних. В інших ситуаціях необхідні більш точні відмітки часу для зображень, наприклад, при зйомці серій зображень затемнюваних змінних подвійних зірок, щоб визначити точний час мінімуму яскравості. Камери Canon, та, можливо, інші, можуть бути сконфігуровані, щоб синхронізуватися з годинником компьютера, коли вони під’єднані до нього за допомогою USB кабеля. Годинник компьютера може автоматично синхронізуватися через регулярні проміжки часу з сервером часу інтернету. Багато сучасних операційних систем роблять це автоматично; однак, для цього може бути використане спеціально призначене програмне забезпечення, таке, як Dimension 4 (http://www.thinkman.com/). Програмне керування DSLR (Розділ 3.2.4) дозволяє у зручний спосіб пересвідчитися, що годинник камери встановлений коректно до початку отримання кожного окремого зображення.

3.3 Порівняльна таблиця можливостей програмного забезпечення

Найбільш поширені програмні рішення, які використовуються у спостереженнях змінних зірок, розроблені для Windows або Linux. В Таблиці 3.1 нижче наведене порівняння чотирьох розповсюджених програмних пакетів для фотометрії. Примітка: Існує кілька версій MaxIm DL. Для DSLR-фотометрії вам потрібна версія MaxIm DL Pro. Функції та ціни наведені на початок 2013 року.

Таблиця 3.1. Порівняльна таблиця програмного забезпечення

Примітки:

1) Підтримується обмежений набір форматів; зв’яжіться з автором відносно формату вашої камери (інтернет-сайт Muniwin).

2) Ціна у 99 USD включає книгу “Довідник з обробки астрономічних зображень” (The Handbook of Astronomical Image Processing).

3) Лише MaxIm DL Pro та Suite має всі функції, що потрібні у DSLR-фотометрії.

4) http://www.astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm

5) http://c-munipack.sourceforge.net/

6) http://www.willbell.com/aip/Index.htm

7) http://www.cyanogen.com/maxim_main.php


3.4 Інше корисне програмне забезпечення

3.4.1 Зоряні мапи та програми-планетарії

Друковані зоряні мапи, або мапи, відображені на електронному пристрої, корисні для пошуку області неба для зйомки. Мапи, на яких позначена змінна зірка та зірки порівняння, можуть бути згенеровані онлайн за допомогою “Variable Star Plotter” від AAVSO (http://www.aavso.org/vsp). Рис. 3.1 показує сторінку введення даних для VSP; для детальних пояснень див. посилання на довідник із VSP в горішній частині сторінки.

Рис. 3.1. Сторінка введення даних для “Variable Star Plotter” (VSP). (Mark Blackford)

На побудованій за допомогою VSP мапі змінна зірка розташована в центрі, Рис. 3.2. Під час налаштування та фокусування ця мапа корисна для перевірки того, що змінна зірка правильно розташована на ваших зображеннях. Також вказані величини деяких сусідніх зірок і ви маєте пересвідчитися, що для деяких зірок, що попадають в поле зору, їхні величини близькі до величини цільової зірки, щоб їх можна було використати як зірки порівняння у процедурі фотометрії. Величини позначені без десяткової крапки (яку можна сплутати з позначкою слабкої зірки); таким чином, зірка величини 7.1 позначена як 71.

Рис 3.2. Мапа зоряного поля, згенерована за допомогою “Variable Star Plotter”, навколо змінної R Leo, разом з поясненням інформації, що міститься на мапі. (AAVSO)


Величини зірок порівняння на VSP-мапі подаються лише з точністю до однієї десятої. Це, зазвичай, досить для візуальних спостережень, однак не підходить для DSLR-аналізу. Оберіть функцію VSP “Таблиця фотометрії”, щоб згенерувати детальний список зірок порівняння для обраного зіркового поля. Зоряні величини та оцінка похибок подаються з точністю до трьох знаків після десяткової крапки.

Якщо ви використовуєте екваторіальне монтування з добре виставленою полярною віссю, координати зірок, наведені в таблиці, можуть допомогти вам швидко навестись на потрібну ділянку неба.

Якщо ви використовуєте простий штатив, для спрямування камери вам може бути корисна мапа, яка відображує більше поле зору. Для цього можуть бути використані паперові мапи, які зображують великі ділянки неба, або зоряні атласи. Однак, більш зручно користуватись програмами-планетаріями, тому що мапи, які вони відображують, можуть бути масштабовані та орієнтовані відповідно до вашої зображуючої системи і ціль може бути легко знайдена та відцентрована. Багато з програмних пакетів-планетаріїв можуть також керувати монтуванням телескопу (див. “Керування телескопом та/або монтуванням” нижче). Існує багато вільних та комерційних пропозицій, такі, як Stellarium, Cartes du Ciel або TheSky. Деякі програми-планетарії для мобільних пристроїв можуть визначати напрям, в який спрямований пристрій, та підлаштовувати вигляд мапи так, щоб показувати зірки у цьому напрямку, що може бути дуже зручним.

Використовуючи подібне програмне забезпечення, ви маєте пам’ятати, що змінні зірки можуть бути відображені з іншою яскравістю, ніж ви побачите в ніч спостережень,  саме тому, що вони змінні!

3.4.2 Керування монтуванням

Багато з монтувань для телескопів з функцією “GoTo” можуть керуватись за допомогою програм на вашому компьютері. Ці типи монтувань часто постачаються разом з драйверами або комунікаційними протоколами, які розуміють програми-планетарії, такі, як Stellarium або TheSky. Керування монтуванням за допомогою програм має щонайменш дві великі переваги. Одна -- це те, що “ціль” може бути одразу легко знайдена (якщо, звісно, вона видима на небі в цей час). Друга -- це те, що монтування з трекінгом утримує камеру на тій же самій цілі, компенсуючи обертання Землі. Це дозволяє використовувати довші експозиції та детектувати тьмяніші зірки. В ідеалі, камера має бути встановлена на екваторіальному монтуванні, однак багато монтувань з “GoTo” є азимутальними; вони простіше розгортаються і легко керуються з компьютера. Точно кажучи, використання азимутального монтування (без дорогого пристрою для повороту камери) призводить до того, що зображення трохи обертається. Більшість програмного забезпечення, що обробляє послідовності кадрів, може компенсувати цей ефект і для коротких витримок для окремих зображень це не є серйозною проблемою.


Далі буде...




SMF 2.0.4 | SMF © 2011, Simple Machines
SMFAds for Free Forums
TinyPortal © 2005-2012

Повернутися назад