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标题: Ccd像元尺寸和望远镜的搭配 [打印本页]

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 01:06
标题: Ccd像元尺寸和望远镜的搭配
本帖最后由 watcher003 于 2015-6-4 23:38 编辑

Ccd像元尺寸和望远镜的搭配

鉴于回复中提到的视宁度极限取值问题，这里只是提供的一个平均的参考，大家可以根据环境、目标以及金钱等因素重新计算。另外感谢eurekahmily提供的3*3的信息。

作者: ecloud 时间: 2015-6-2 03:02
这里面有两个地方影响很大但是又非常无厘头
一个是凭什么极限角分辨率是2"？1"怎么就不行了？
另一个就是那个3*3怎么来的？
这两个不说清楚，其结论就站不住脚

记住天文摄影不是单张，多张合成实际上通过增加信噪比而加强分辨率，所以2"我个人认为不合理

作者: CXIA 时间: 2015-6-2 03:29

ecloud 发表于 2015-6-2 03:02
这里面有两个地方影响很大但是又非常无厘头
一个是凭什么极限角分辨率是2"？1"怎么就不行了？
另一个就是那 ...

那个3*3在《星野摄影》里面有过探讨。
“让像素比星点的FWHM一半还小，最好是1/3”
不过那个瑞利极限取的并非是FWHM，FWHM是杜氏极限
也建议LZ还是改一下

作者: crazygame12345 时间: 2015-6-2 08:05
需要充分采样

作者: northwolfwu 时间: 2015-6-2 08:26
实际配置中要看视宁度，一般情况下分辨率最好>1角秒(平均视宁度2角秒的一半)，再小最好上AO,不然图像会很模糊，反卷积的效果不是很理想。
此外，除了QE，还要看输出多少位精度以及CCD的动态范围。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-2 09:23
本帖最后由 eurekahmily 于 2015-6-2 09:28 编辑

ecloud 发表于 2015-6-2 03:02
这里面有两个地方影响很大但是又非常无厘头
一个是凭什么极限角分辨率是2"？1"怎么就不行了？
另一个就是那 ...

角分辨率受大气视宁度制约，1角秒是极限了，很少能遇到。按2角秒估算也正常。

3*3那个么，应该来自奈奎斯特采样定理。这个定理是说数字信号采样过程中必须保证采样频率大于信号中最高频率的2倍，这样采到的信号才不失真。

对于深空拍摄来说，“信号的最高频率”对应星点大小，“采样频率”对应CCD像素大小，也就是说星点在XY方向上至少都要被2个以上像素拍到才不失真，这就是3*3的来历。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-2 09:33
楼主下功夫了，对器材理解很到位。
我就是RC8搭Q9，当初选器材也是按你的思路考虑的，但没你整理这么细致。
赞一个。

作者: woaijzf017 时间: 2015-6-2 09:55
地面天文望远镜的分辨率极限仅1''的说法靠谱吗？
http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-311223-1-4.html

作者: tiantian99 时间: 2015-6-2 10:37
LZ所说：各种理论综合，简单一句，2秒摊到3个像素上，也就是0.66角秒/像素的搭配合适。

我的实战：RC8 搭配D7000（4.8u），在北京周边比较好的视宁度的情况下，可以得到比 Q9m（5.4u）更好的细节。所以，如果去视宁度更好的地方，是可以搭配0.5角秒/像素的配置的。

个人经验：1）追求细节，拍小目标，比如星系，建议搭配 <1角秒/像素。2）拍星云，追求光比和覆盖面积，建议搭配 ~3-4角秒/像素。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-2 10:53

woaijzf017 发表于 2015-6-2 09:55
地面天文望远镜的分辨率极限仅1''的说法靠谱吗？
http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-311223-1-4.html ...

靠谱。
视宁度测量是一件比较复杂的事儿，不过每个天文台都会专门去测，可以查论文。
比如这篇论文：
云南天文台丽江高美古和昆明的大气视宁度研究，天文学报，2001年01期，P101-111
直接看结论：95-96年高美古视宁度是0.79秒，昆明凤凰山是1.09角秒。
(, 下载次数: 112)

这些天文台海拔都两千米以上了，低海拔的看这个：
山东大学威海天文台视宁度研究，天文研究与技术，2012年01期，
直接看结论：山大威海天文台视宁度1.69角秒......
(, 下载次数: 144)

平原上的威海天文台都比1角秒大不少，昆明凤凰山天文台逼近1角秒，不过那是20年前了，现在城市扩张肯定不如从前。
业余天文观测四五角秒的视宁度屡见不鲜按照2角秒估算都是比较乐观的，1角秒的视宁度需要祖坟冒青烟啊。

作者: tiantian99 时间: 2015-6-2 10:54
本帖最后由 tiantian99 于 2015-6-2 10:59 编辑

另外：像素面积 x QE 得到效率，仍然只是粗估，假设了其他因素相当，比如读出噪声等等。Q22搭配RC8肯定比Q9m强，我没有考虑Q22实在是因为面积小，在多次拍摄后叠加被裁减掉区域进一步缩小出片面积

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-2 10:59

tiantian99 发表于 2015-6-2 10:54
另外还有两点误区：
1）像素面积 x QE 得到效率，仍然只是粗估，假设了其他因素相当，比如读出噪声等等。Q2 ...

你说的跟楼主是一个意思啊

作者: tiantian99 时间: 2015-6-2 11:01

eurekahmily 发表于 2015-6-2 10:59
你说的跟楼主是一个意思啊

当然不是一个意思，LZ的意思Q22和Q9的效率相当。我的意思，Q22的效率肯定高过Q9，而且差异应该很大。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-2 11:35

tiantian99 发表于 2015-6-2 11:01
当然不是一个意思，LZ的意思Q22和Q9的效率相当。我的意思，Q22的效率肯定高过Q9，而且差异应该很大。
...

后一部分文字后来你编辑掉了，我回复的时候还在，那部分我觉得你跟楼主意思差不多。不过文字都没了也就不说了。
Q22和Q9的比较，你跟楼主意思确实不一样。但是我支持楼主。

LZ说的效率，应该是指单个像元对光的收集能力，所以用面积*QE。
Q22像素面积*QE： 4.54um*4.54um*79%=16.28
Q9像素面积*QE： 5.4um*5.4m*53%=15.45
有差距，但差的确实不多。

你说Q22总面积小，这个我同意。但这一条LZ没提到。

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:37

ecloud 发表于 2015-6-2 03:02
这里面有两个地方影响很大但是又非常无厘头
一个是凭什么极限角分辨率是2"？1"怎么就不行了？
另一个就是那 ...

不喜欢

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:38

crazygame12345 发表于 2015-6-2 08:05
需要充分采样

喵咪

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:41

northwolfwu 发表于 2015-6-2 08:26
实际配置中要看视宁度，一般情况下分辨率最好>1角秒(平均视宁度2角秒的一半)，再小最好上AO,不然图像会很模 ...

谢大大。这里只考虑的是效率和分辨，iq不够，其他的未u整理进来

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:44

eurekahmily 发表于 2015-6-2 09:23
角分辨率受大气视宁度制约，1角秒是极限了，很少能遇到。按2角秒估算也正常。

3*3那个么，应该来自奈奎斯 ...

谢谢提供信息，刚查了下：原理没明白，大是应该大于两倍考虑，再加上考虑效率，取整，就是3*3~~~？后面也就这个问题考虑了下，等会儿上个手画的简图，让大家看看对不

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:52

woaijzf017 发表于 2015-6-2 09:55
地面天文望远镜的分辨率极限仅1''的说法靠谱吗？
http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-311223-1-4.html ...

不是极限啊，比如云南丽江台，高度超过反变层，其视宁度应该是要好于1的，1是按照我们处于湍流元下面得到的，且取湍流元的大小是按典型值100mm计算的，并不适用于全部的地面。另外系内摄影采用的是高速摄像，单帧时间小于湍流元的变化和移动时间，是能够超过这个值的。

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:56

tiantian99 发表于 2015-6-2 10:37
LZ所说：各种理论综合，简单一句，2秒摊到3个像素上，也就是0.66角秒/像素的搭配合适。

我的实战：RC8 搭 ...

嗯都准备好任性好羡慕

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:58

eurekahmily 发表于 2015-6-2 10:53
靠谱。
视宁度测量是一件比较复杂的事儿，不过每个天文台都会专门去测，可以查论文。
比如这篇论文：

作者: watcher003 时间: 2015-6-2 12:59

tiantian99 发表于 2015-6-2 10:54
另外：像素面积 x QE 得到效率，仍然只是粗估，假设了其他因素相当，比如读出噪声等等。Q22搭配RC8肯定比Q9 ...

是假设了其他因素相当，22其他因素应该好于9吧？

作者: ecloud 时间: 2015-6-3 01:07
本帖最后由 ecloud 于 2015-6-3 01:23 编辑

eurekahmily 发表于 2015-6-2 09:23
角分辨率受大气视宁度制约，1角秒是极限了，很少能遇到。按2角秒估算也正常。

3*3那个么，应该来自奈奎斯 ...

这个理论似乎有点拍脑袋想出来的感觉
有没有具体演算结果来支持？
按照3*3理论计算的话，FSQ106的“合理”像素大小是1.7um？？？这让众多用16803和11K的人作何感想？他们都大大的浪费了镜子的分辨率？
更甚，apogee那些专业使用的CCD，像素尺寸甚至是15um，http://www.ccd.com/alta_f230.html
按照3*3理论求得F230的“适用”焦距为4.64米……天文台的镜子也不是很多4.64米焦距的吧，2米焦左右的寻空台镜很多用apogee F230的，那么他们都脑残还是无知呢？

作者: ecloud 时间: 2015-6-3 01:40

eurekahmily 发表于 2015-6-2 09:23
角分辨率受大气视宁度制约，1角秒是极限了，很少能遇到。按2角秒估算也正常。

3*3那个么，应该来自奈奎斯 ...

还有就是假设的落在1个像素上的“纯粹点光源”不存在，因此一个像素取样会失真的情况也不存在
由于光学产品的设计制造问题，常见的“好的星点”的成像，也在10-20um了，边缘会更差
加上导星、大气等影响，实际星点大小在30um是很平常的
这种情况下，讨论单个像素的“充分采样”已经毫无意义
当信号单位远大于采样单位的时候，已经早就溢出，所以早已“充分采样”了，这就是为什么亚像素导星算法能够存在的原因
再加上后期处理，单像素亮点（假如存在的话）也会被当做噪声抹掉

所以，天文摄影的实际情况不是讨论1-3个像素是否采样足够的问题，而是讨论10多个像素的大饼跟20多个像素的大饼有什么区别的问题

作者: woaijzf017 时间: 2015-6-3 11:08

eurekahmily 发表于 2015-6-2 10:53
靠谱。
视宁度测量是一件比较复杂的事儿，不过每个天文台都会专门去测，可以查论文。
比如这篇论文：

国家天文台造几米的镜子干什么？分辨率都零点零几秒了，纯属浪费分辨率浪费钱吗？中国科学家犯傻，发达国家那么多的国家也一起犯傻？造了10.4米的镜子后现在还想制造几十米的镜子？那为何呢？

你太小瞧国家天文台了，如果说地面分辨率仅仅1″的话（要拿天气好的时候说话，不要拿平均值说话，天气不好的时候1″都不到呢），各个国家的天文学家不是纯属浪费国家钱吗？科学家买个星特朗C14HD就行了，分辨率早超过1″了，还花几十亿甚至几百亿的钱干什么？

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-4 15:13

woaijzf017 发表于 2015-6-3 11:08
国家天文台造几米的镜子干什么？分辨率都零点零几秒了，纯属浪费分辨率浪费钱吗？中国科学家犯傻，发达国 ...

天文台的大镜子是有自适应光学系统在消去大气影响的。如果没有自适应光学系统，那么理论上地基望远镜确实造不了多大。

地面的天文台，用的是自适应光学系统校正大气湍流，先用这种黄色的激光探测大气湍流，然后用变形镜快速改变镜面形状，补偿湍流的抖动。因为湍流每秒都在变化，所以这种校正的频率非常快，几KHz以上。
(, 下载次数: 33)
一定要用黄色的激光，因为80到100公里高度的大气中，有一个钠离子层，用黄色激光可以激发钠离子的荧光，这个荧光相当于80到100公里高度上挂了一个灯，这个灯影的抖动就代表了整个观测路径上大气扰动，测出扰动就可以用变形镜实时快速修正。
相关阅读：http://www.bao.ac.cn/xwzx/zhxw/201412/t20141230_4285067.html
这一套技术称之为“自适应光学”，是地基激光武器打卫星的衍生品，造福了天文台。

如果没有这些技术消去大气影响，就像你说的，天文台装个C14HD就够了。
所以用天文台装备多少米直径的大镜子，去估算那里视宁度是0.00X角秒是非常可笑的，这只能说明那个天文台装备了性能很好自适应光学系统。
地面上视宁度1角秒几乎就是极限，这个结论没什么问题。

作者: ecloud 时间: 2015-6-4 16:19
兴隆上2.14那个年代好像还没有AO吧……

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-4 16:27
本帖最后由 eurekahmily 于 2015-6-4 16:31 编辑

ecloud 发表于 2015-6-4 16:19
兴隆上2.14那个年代好像还没有AO吧……

这只能说明大口径望远镜在分辨率受到大气限制的情况下，还有很多其他用处。

煮个栗子说呢，比如大口径集光力更强，如果测量一颗暗星的光谱特征，尽管分辨率被大气限制在1角秒或更差，但是大口径收集到的光子更多，需要的测量时间更短，或者同样曝光时间能获得更好的信噪比。很多天文测量都不需要成像，探测器是线阵，甚至是单点探测器。比如光电倍增管是单点探测，敏感面几毫米甚至一两个厘米，这个时候根本不关心成像分辨率，但是能充分发挥大口径望远镜的集光能力。

作者: ecloud 时间: 2015-6-4 17:11

eurekahmily 发表于 2015-6-4 16:27
这只能说明大口径望远镜在分辨率受到大气限制的情况下，还有很多其他用处。

煮个栗子说呢，比如大口径集 ...

所以说嘛，用AO来证明天文台的大口径并不合理
很多时候我们并不需要极限分辨率
实际上极限分辨率以及之下的超采样只有对行星摄影有现实意义，而行星摄影又不受1"视宁的限制，可以小很多

所以把这些混在一起用就会得到FSQ106需要1.7um底的骇人结论

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-4 17:18

ecloud 发表于 2015-6-3 01:07
这个理论似乎有点拍脑袋想出来的感觉
有没有具体演算结果来支持？
按照3*3理论计算的话，FSQ106的“合理” ...

这个理论似乎有点拍脑袋想出来的感觉
有没有具体演算结果来支持？
采样定理是电子、自动化等专业必学的，随便找一本数字信号处理、信号与系统的教科书，都有详细的理论推导。理解采样定理就很容易理解3*3

按照3*3理论计算的话，FSQ106的“合理”像素大小是1.7um？？？这让众多用16803和11K的人作何感想？他们都大大的浪费了镜子的分辨率？
如果仅仅考虑分辨率，那么16803像元9微米，确实“浪费”了FSQ106那1.09角秒的优秀的分辨率。而且浪费FSQ106分辨率的不仅仅是CCD，大气、导星等等都使拍摄系统不可能达到1.09角秒的分辨能力，所以16803像素大些也无所谓了。
土豪依然前赴后继的入手16803和11K，恐怕主要是为了用更大的CCD获取更大的拍摄视场，或者说为了充分利用FSQ106那巨大的成像面，拍摄星云等面目标。

更甚，apogee那些专业使用的CCD，像素尺寸甚至是15um，http://www.ccd.com/alta_f230.html
按照3*3理论求得F230的“适用”焦距为4.64米……天文台的镜子也不是很多4.64米焦距的吧，2米焦左右的寻空台镜很多用apogee F230的，那么他们都脑残还是无知呢？

大概看了一下F230的参数，15um的像元面积、95%的峰值量子效率，QE峰值在720nm，敏感波段一直到1微米以上，这一切都深深的说明apogee F230的存在不是为了拼成像分辨率，它的强项在于暗目标长波段探测！
95%的量子效率是一个很恐怖的数据，apogee F230贵的有道理，花钱买apogee F230的人是冲着这一点来的。而15um的大像元也有助于提高暗目标探测的信噪比，它的CCD尺寸也说明比较适合探测大目标。在apogee F230买家的考虑中，成像分辨率这个参数排名靠后，以至于可以被牺牲掉。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-4 18:18

ecloud 发表于 2015-6-4 17:11
所以说嘛，用AO来证明天文台的大口径并不合理
很多时候我们并不需要极限分辨率
实际上极限分辨率以及之下 ...

我提到奈奎斯特采样定律，是为了向LZ解释3*3的来历。我并没有强调这是个必须遵守的原则，这是只是考虑因素之一。因为LZ的题目是像元尺寸和望远镜搭配，LZ说的很清楚：仅考虑角分辨本领和拍摄效率！
(, 下载次数: 37)

我提到AO，是为了反驳woaijzf017的说法，他说“国家天文台造几米的镜子干什么？（镜子）分辨率都零点零几秒了，纯属浪费分辨率浪费钱吗？”，后面还有一大段我就不引用了。很显然他错误地认为天文台的视宁度极限应该远小于1角秒，他用天文台大镜子的分辨率作为证据，所以我不得不指出他忽略了AO，他的论证在逻辑上不成立。在这里我也没有论证“要准守3*3”什么的，但你后面说道兴隆的大镜子，看得我有些糊涂，不明白你在反驳什么。

后来把你几个发言前后读了一遍，终于明白了，你一直在说3*3原则不是个必须遵守的原则，对吧？

“选CCD要遵守3*3原则”这一节恐怕是你自己脑补的，又举了不少例子来证明，但你在跟谁战斗？随然你很多例子比如FSQ106没说错，可是你似乎跑题了。
楼主已经排除的因素，你潜意识引进来。再聊起下去，恐怕很费力了。请理理思路好吧？

作者: watcher003 时间: 2015-6-4 21:21

eurekahmily 发表于 2015-6-4 17:18
这个理论似乎有点拍脑袋想出来的感觉
有没有具体演算结果来支持？
采样定理是电子、自动化等专业必学的， ...

F230如果多是用在2+m焦距的望远镜，那么从你提供的数据看应该还是考虑了发挥其分辨率的。
因为波段变了，我们前面说的是可见光区域，计算分辨极限使用的是可见光的中心波长550nm，如果F230真的使用的主要是1000nm-左右的波长的话，从第一个式子得到的极限分辨应该*2；
因此这就导致最后的焦距要在4.64m（如果**人计算是对的话）基础上，大概除以2

作者: watcher003 时间: 2015-6-4 22:16

ecloud 发表于 2015-6-2 03:02
这里面有两个地方影响很大但是又非常无厘头
一个是凭什么极限角分辨率是2"？1"怎么就不行了？
另一个就是那 ...

有些人我没理你，你就要上树了~~一天只晓得瞎子般掰着~ 人家已经把理论依据拿出来了，你却把你蛋疼时间还用在爬树上。3*3不是我的理论，参考书籍就在帖子里，人家作者至少是给研究生上课的。并且不是一定要取3*3，而应该说是大于2*2,才对，只不过考虑大效率才使用的3*3。

作者: eurekahmily 时间: 2015-6-4 23:04
点评

ecloud
瞧，你刚给LZ下了个台阶，他自己又上去了，下面继续在论证他的3*3理论的正确:P 发表于 2015-6-4 21:51
---------------
你是个逻辑不太清楚的人

作者: maasai 时间: 2015-6-8 13:28
各位大侠身披不同的光彩，聚焦于各自的焦点，需要引入复消色差。
前来学习，实在很过瘾。

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