O światłosile i głębokich ujęciach w astrofotografii

Zastosowanie reduktorów

Reduktor może pomóc w dopasowaniu ogniskowej do rozmiaru obiektu, lub do warunków atmosferycznych.

Reduktory służą do skracania ogniskowej i są często stosowane w celu zmniejszenia wartości przysłony (f/), czyli stosunku ogniskowej do apertury. Często można przeczytać w Internecie, że w ten sposób można uzyskać "więcej sygnału" na chipie. Celem jest lepszy stosunek sygnału do szumu (SNR) – ważny przy wykonywaniu szczególnie głębokich zdjęć nieba – lub skrócenie czasów naświetlania.

Liczba fotonów z obiektu rejestrowanych przez kamerę CCD zależy w dużej mierze od powierzchni zbierającej światło w teleskopie oraz od czasu naświetlania. W fotografii klasycznej, wraz z dopasowaniem do warunków oświetleniowych i ustawieniem przysłony zmienia się liczba fotonów trafiających na chip przy stałej ogniskowej. W przypadku astrofotografii z obiektywami szerokokątnymi i teleobiektywami obowiązuje zatem zasada: mniejsza F prowadzi do lepszego SNR przy tym samym czasie naświetlania. W astrofotografii mówi się więc o głębszych zdjęciach, ponieważ z szumu obrazu odcinają się słabsze obiekty.

W przypadku teleskopów sytuacja jest jednak nieco inna. Tutaj stosuje się reduktory, które skracają ogniskową teleskopu, a apertura pozostaje stała. W ten sposób wzrasta nie liczba zebranych fotonów, a liczba fotonów na piksel. Oznacza to, że statystyka fotonów poprawia się tylko w odniesieniu do poszczególnych pikseli, a nie dla obiektu jako całości. Dotyczy to jednak tylko obiektów o rozciągłej powierzchni. Z kolei źródła puktowe nie "reagują" na reduktor, a jedynie na większą aperturę. W przypadku obiektów rozciągłych czas ekspozycji potrzebny do uzyskania określonego SNR zmniejsza się o współczynnik R:

R = (f/ skrócona f/ normalna)2 = (współczynnik redukcji)2

Reduktor 0,75x skraca więc czas naświetlania o prawie połowę. Przy tym samym czasie naświetlania SNR dla obiektów rozciągłych polepsza się o odwrotność krotności reduktora. Reduktor 0,75x zapewnia więc 1,33-krotnie lepszy SNR. Jednocześnie jednak nieuchronnie zmniejsza się rozdzielczość, co oznacza utratę informacji. W efekcie ziarnistość obrazu analogiczna do zastosowania większego piksela staje się jedynie mniej widoczna. Aby jednak faktycznie uzyskać więcej informacji o obrazie, a tym samym rzeczywiście głębsze zdjęcie, należałoby wybrać teleskop o większej aperturze. Co więcej, zamiast reduktora można by też rozważyć późniejszy binning programowy łaczący wartość sygnału z kilku pikseli. Po tych spostrzeżeniach można by zadać pytanie, po co w ogóle stosować reduktory. Istnieje jednak kilka powodów, które przemawiają za sensem ich wykorzystania.

SNR może mieć decydujące znaczenie w przypadku projektu astrofotograficznego dotyczącego na przykład detekcji ekstremalnie słabych struktur. Należy tu wspomnieć o detekcji słabych struktur zewnętrznych galaktyk i fotografii z filtrami wąskopasmowymi. Jak dotąd nie brano tu pod uwagę, oprócz statystki fotonów, szumu samej kamery. Aby obiekt lepiej odcinał się z tego szumu, zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem byłaby większa apertura, ale może być to niewykonalne. W scenariuszach z bardzo niską statystyką fotonów, reduktor poprawia odległość sygnału od szumu kamery, ponieważ więcej fotoelektronów napotyka tę samą liczbę elektronów szumu na piksel. Tego samego efektu nie da się osiągnąć poprzez zwykłe zmniejszenie rozmiaru zdjęcia bez reduktora podczas obróbki obrazu. Reduktor daje nam więc tutaj faktyczny zysk.

Teleskopy o długiej ogniskowej, takie jak na przykład RC, są często używane do wykonywania szczegółowych zdjęć mniejszych obiektów głębokiego nieba. Jednak użytkownicy takich instrumentów lub kamer CCD z bardzo małym pikselem często mają w naszym klimacie problemy z seeingiem. Gwiazdy na zdjęciach są powiększone, a drobne szczegóły rozmyte. Nie można w żaden sposób wykorzystać zdolności rozdzielczej teleskopu. Jeśli nie możesz lub nie chcesz kupować całej gamy sprzętu na każdą sytuację, alternatywą jest reduktor. W zasadzie, w tym przypadku można by po prostu zmniejszyć rozmiar obrazów po ich rejestracji lub zastosować binning. Zastosowanie reduktora ma jednak zaletę w postaci większego pola obrazu. Ostatnim, ale nie mniej ważnym zadaniem astrofotografa jest wybór kadru dla estetycznej kompozycji zdjęcia. Niektóre motywy mogą wymagać szerszego pola widzenia, więc reduktor może okazać się niezbędny.

Reduktor może być ważnym elementem pozwalającym dopasować ogniskową do rozmiaru obiektu lub do warunków atmosferycznych. Nawet w przypadku bardzo słabych obiektów rozciągłych skrócenie ogniskowej jest opłacalne, jeśli zaakceptujemy spadek rozdzielczości. W przeciwnym razie, przy takich obiektach ważne jest tylko jedno: jak największa apertura!

Autor: Mario Weigand / Licencja: Oculum-Verlag GmbH