Az asztrofotózás elméleti háttere

Ebben a könyvben az asztofotózás különböző aspektusainak elméleti hátterét tagaló cikkek vannak.

Francsics László: Utazás a kozmosz mélyére - asztrofotós szemmel

A felvétel Székesfehérvárott készült a Hajmási József előadássorozat részeként, 2015. április 7-én.

Schmall Rafael: A modern asztrofotózás alapjai

Az előadás a Vega Csillagászati Egyesület szervezésében a Virtuális Csillagászati Klub prograján hangzott el
2015. szeptember 21-én.

Tóth Gábor: Élességállító maszkok összehasonlítása

Az élességállításról

Mindenki aki készített már fényképet ismeri az élességállítás fontosságát. Az objektív által leképezett kép az objektív mögött, attól bizonyos távolságra lesz éles. Ez a távolság függ az objektív fókusztávolságától, és a fényképezett téma és az objektív közötti távolságtól is. A képrögzítő eszközt, akár emulzióról, akár digitális képrögzítő eszközről van szó, pontosan a megfelelő távolságban kell az objektív mögött elhelyezni, ha éles képet szeretnénk rögzíteni. A fotográfiában számtalan eszköz segíti a megfelelő távolság megtalálását, kezdve a képrögzítő eszköz helyébe tett egyszerű mattüvegtől, a törőékes keresőkön át, a modern autofókusz rendszerekig. De mi a helyzet az asztrofotózás terén?

Az asztrofotózásban az egyik alapprobléma a témáról érkező kevés fény, hiszen gyakran több órányi expozíció szükséges a téma megfelelő rögzítéséhez. Ilyen körülmények között a vizuális élességállítás nem jöhet szóba. A keresőben (már ha van egyáltalán kereső a kamerán) csak a legfényesebb csillagok látszanak, de azok pontszerű fényforrások, nem kiterjedt felületek részletekkel amik segíthetnék a szemet az élesség megtalálásában. A törőékes keresőhöz szintén látható felületek szükségesek, lehetőleg az ékre merőleges élekkel a képen, ami a csillagok esetében szintén nem adott. A hagyományos autofókusz rendszerek is csődöt mondanak ha nincs elegendő fény és részlet a képen. A csillagok pontszerű képének van azonban egy óriási előnye, amit kihasználva mégis lehetségessé válik a pontos élességállítás.

A csillagok képének az emberi szem számára hátrányos pontszerűsége előnnyé kovácsolható a diffrakció jelenségének felhasználásával. A jelenség lényege az, hogy egy egyenes él mentén elhaladó fény az él irányára merőlegesen megtörik, a fény hullámhosszától és az él közelségétől függő mértékben. Ez a jelenség okozza a Newton rendszerű távcsövek esetében (a segédtükör-tartó lábai mellett elhaladó fény diffrakciója folytán) a csillagok képén látható kereszt alakú diffrakciós tüskéket is. Megfelelő elrendezésű éleket tartalmazó maszkot helyezve a fény útjába olyan diffrakciós mintázat alakul ki, ami segíti a pontos fókuszálást.

Mielőtt azonban az egyes maszk-típusok bemutatásra kerülnek, szükséges megvizsgálni hogy mekkora pontossággal kell a képrögzítő eszköz objektívtől mért távolságát beállítani ahhoz hogy a hiba ne okozzon jelentős képminőség-romlást. Ez a hibahatár alapvetően két tényezőtől függ: az objektív fényerejétől és az alkalmazott képrögzítő eszköz felbontóképességétől (fotoemulzió esetén a szemcseméret az irányadó, míg digitális kamera esetén a szomszédos pixelek közötti távolság). A tűrés meghatározása történhet például az alapján, hogy egy csillag képének átmérője ne legyen nagyobb a pixelek közötti távolságnál. Ennek kiszámítása egy egyszerűsített képlettel történhet:

T=F*P

ahol T jelöli a tűrést, F a távcső nyílásviszonyát és P a pixelek közötti távolságot. Láthatjuk hogy a f/4 fényerejű távcső és 4.7 mikronos pixeltávolság esetén 18.8 mikronnál kisebb hibával kell eltalálni a fókuszsíkot. Ez nem túl nagy érték, ezért nagyon fontos a megfelelő módszer alkalmazása.

Az alábbiakban bemutatott maszkok diffrakciós képeit Niels Noordhoek Maskulator nevű remek programjával állítottam elő. Minden maszkhoz három-három képet készítettem, egyet tökéletes fókuszban, a másodikat 12 mikronra a fókuszsíktól, a harmadikat pedig 36 mikronra a pontos fókusztól. A lenti szimulált képek 250/1000mm paraméterű távcső elé helyezett maszkok diffrakciós képét mutatják.

 

Bahtinov maszkA Bahtinov maszk

Az egyik legelterjedtebb maszk-típust Pavel Bahtinov találta fel. A maszkon három különböző irányban állnak az élek oly módon, hogy a harmadik irány a másik két irány szögfelezőjével párhuzamos. A maszk előnye, hogy nem csak a hiba mértékéről, de irányáról is információt ad, azaz nem csak az derül ki a diffrakciós képből hogy távol van az érzékelő a fókuszsíktól, de az is, hogy távolabb, vagy közelebb van-e az objektívhez az ideálistól. A diffrakciós képen három diffrakciós tüske látszik, pontos fókusz esetén a három tüskére fektetett egyenesek egyetlen pontban metszik egymást, míg a hiba növekedtével egyre jobban eltávolodnak a közös metszésponttól. A hiba irányától függően a középső tüske az egyik vagy másik irányban tér ki, ez segít megállapítani a szükséges korrekció irányát. A gyakorlatban érdemes a tüskék által kijelölt egyenes helyett a három tüskén látható első fényes csomópontokra koncentrálni, mert azokkal könnyebben észrevehető már a legkisebb hiba is.

Tökéletes fókusz

12 mikron hiba

36 mikron hiba

 

Hartmann maszkA két, kerek lyukú Hartmann maszk

Ez a szintén széles körben elterjedt maszk kivétel, mert nem a diffrakciót használja ki, hanem a két kerek nyílásának köszönhetően két keskenyebb fénykúp keletkezik az objektíven úgy, hogy csúcsaik a fókuszsíkban a csillag képének helyén találkoznak, míg tengelyeik egymással szöget zárnak be, Tökéletes fókusz esetén a csillag képe pontszerű lesz, a fókuszsíktól távolodva pedig először megnyúlik, majd két, egymástól távolodó, növekvő átmérőjű korongba megy át. A csillag képéből nem derül ki hogy a fókuszsík mely oldalán van az érzékelő, és a lenti képekből az is látszik, hogy a 12 mikronos hiba még szinte észre sem vehető,

Tökéletes fókusz

12 mikron hiba

36 mikron hiba

 

Hartmann maszkA három egyenlő oldalú háromszögből álló Hartmann maszk

Ez a maszk hasonlóan a kétlyukú változathoz megtöbbszörözi, jelen esetben megháromszorozza a fénykúpok számát, viszont mivel egyenes élek is találhatók benne, diffrakciós tüskéket is eredményez. A felső háromszögben található függőleges él a Newton távcső segédtükör-tartó lábát modellezi. Mivel bármilyen állásban van a maszk, a négy láb közül valamelyik mindenképpen látszani fog, ezért érdemes ezt az irányt alkalmazni, mert így a negyedik tüske derékszöget fog bezárni a  háromszögek talpa által keltett tüskével. A lenti képeken látszik, hogy ez a maszk sem egyértelműen mutatja ki a 12 mikronos hibát.

Tökéletes fókusz

12 mikron hiba

36 mikron hiba