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CCD+球面反射153镜拍摄的M42及球面VS非球面成象计算

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qhyphoto 发表于 2003-1-12 19:56 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国–北京–北京 清华大学

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这是在城区拍摄的M42。器材为自制CCD+智通153F750球面镜+自制双轴步进驱动器（智通出的双轴步进驱动器也是根据我的电路设计方案）
这张照片曝光时间为20秒。单张图片。由于CCD的靶面大小为1/2英寸，因此望远镜相当与135照相底片的等效焦距大约是2400mm
因此拍摄时稍有震动就会导致图象错位。同时，对马达跟踪的瞬时精度也需要很高的要求。
但发现无论如何调焦，得到的图象总是不锐。细节不明显。最后拍摄出来的效果也是如此。

由于拍摄时候空气湿度不小，因此只要启动致冷，很快CCD表面就结霜了，所以只能短时间的开一下致冷，导致降低暗噪音的效果不太好。
下面这张调整了LEVEL曲线，是的星云更为明显

                               
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这是原始的照片

                               
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为了搞清楚图象细节不明显的原因，使用软件计算了望远镜的MTF，得到的数据说明了其原因在于是球面镜造成。当然并不是说是智通的球面镜质量的问题，这个镜子的工艺还是不错的，只不过因为球面镜从理论上来说，就存在球差的问题。下面会用计算来说明此问题
ccd, 反射, 成象, 拍摄, 球面

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购买望远镜就在牧夫天文商城
小龙·哈勃 发表于 2003-1-12 20:04 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州–白云区 电信
好啊！

有没有试一下2002V1？
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 楼主| qhyphoto 发表于 2003-1-12 20:06 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 清华大学

对球面镜和非球面镜的计算对比

不考虑加工的误差及面形精度，按照理想的球面镜和抛物面镜对焦距750mm，口径150mm的望远镜计算其MTF

由于CCD的象素很小，因此对望远镜中心的分辨率要求更高。目前使用的象素大小大约10um。相当于100条线/mm 即50线对/mm

这是计算出的球面镜的MTF（0-50线对/mm) 及通过焦点附近的MTF(在50线对/mm)  象面的大小按照CCD的对角线尺寸
蓝线表示视场中心的MTF，绿线是距离中心3mm的，红线是边缘视场(6.35mm)的


                               
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这是抛物面的MTF及通过焦点附近的MTF

                               
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很明显，按照CCD的象素大小，球面镜的MTF非常低,这就是为什么拍摄的M42细节不明显的原因。

因此，建议购买望远镜的时候，购买智通的非球面的镜子比较好。特别是对于高倍数观测行星月面，只用中间一点点视场的时候

但是，对于纯粹的抛物面，中心成象几乎是理想的，但边缘像质下降很快（对此只能加施密特改正镜来矫正，不知道哪里有卖的）而球面镜的MTF图中可以看到，虽然不太好，但中心和边缘却差不多，上面实际拍出来的照片也验证了这一点，整个图象清晰程度都差不多。

下面计算一下对于普通的照相底片进行直焦拍摄的时候，球面和非球面的情况。对于普通摄影来说，比较重要的是10线对和30线对的MTF曲线

这是计算出的球面镜的MTF（0-30线对/mm) 及通过焦点附近的MTF(在10线对/mm)  象面的大小按照CCD的对角线尺寸
计算的象面按照胶片的大小。蓝线表示视场中心的MTF，绿线是距离中心10mm的，红线是边缘视场20mm的

这是球面的

                               
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这是抛物面的

                               
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可以看出，球面的中心和边缘的MTF都比较接近，而且10线对的时候大概在0.5,30线对的时候下降也不大。而抛物面的中心非常高，但往边缘下降很快。所以可以想象，用球面的拍摄的直焦135胶卷照片整个画面清晰度都差不多，象质尚可。用抛物面的则中心非常锐利，但到边缘就模糊不少，照片能明显感受到中心与边缘的差距
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张好古 发表于 2003-1-12 20:14 | 显示全部楼层 来自： 中国–吉林–长春 联通/吉林大学前卫南区

回复: 对球面镜和非球面镜的计算对比

进展很快啊
不知国外时怎样降低结霜的?光是加强密封还不够吧
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frui 发表于 2003-1-12 20:15 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海–浦东新区 电信
qhyphoto，你真是中国业余天文界的骄傲。
在和洋人的比赛中，你替我们扳回了重要的一分。
致敬！
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 楼主| qhyphoto 发表于 2003-1-12 20:20 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 清华大学
革命尚未成功，和采用国外器材拍摄的M42比较，还有较大差距，不过现在看来更多是望远镜造成的。另外，结霜还是一个未解决的难题。
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kingkong 发表于 2003-1-12 20:59 | 显示全部楼层 来自： 中国–湖南–长沙 电信
结霜的问题确实不好解决，只能控制CCD温度不超过环境稳定，或者用个罩子罩上，再象双筒样充氮气。
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weiwei 发表于 2003-1-12 21:12 | 显示全部楼层 来自： 中国–山东–日照–东港区 联通/电业局阳光网吧
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frui 发表于 2003-1-12 21:28 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海–浦东新区 电信
唉，智通怎么着也该送你一台203非球面啊。
南天仪应该送你170马卡。
所有的天文仪器工厂的镜子你应该都是可以免费试用的。
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lymex 发表于 2003-1-12 22:42 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–抚顺 联通
20秒拍出M42很多较暗之处，说明灵敏度很高。
如果冷却做好了，加长曝光时间，那效果就更好了。
不知道SBIG等厂家是如何解决CCD冷却结露的。能够在CCD前面形成一个密封空间，
并同时抽湿大概是一个办法。

另外对于理想抛物面望远镜，根据我的计算，像差与离轴距离成正比，与焦比的平方成反比。
该计算文章早已完稿，即将发表在新一期《星》刊上。
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土星 发表于 2003-1-12 23:43 | 显示全部楼层 来自： 中国–宁夏–银川 电信

我的建议不知可行否？

外壳密封，在与镜筒连接的接口中，加上两层玻璃（平板的，可镀上增透膜），我们这冬天冷，单层玻璃易结霜，而双层玻璃只要密封好，多冷也不结霜
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jacky 发表于 2003-1-13 00:34 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–中山 电信
牛呀!研制成功后我定一个!
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水手 发表于 2003-1-13 08:56 | 显示全部楼层 来自： 中国–山东–临沂 联通宽带城域网统一出口
最初由 frui 发表
[B]qhyphoto，你真是中国业余天文界的骄傲。
在和洋人的比赛中，你替我们扳回了重要的一分。
致敬！


严重同意！
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发表于 2003-1-13 11:02 | 显示全部楼层 来自： 中国–江西–上饶 电信
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Q哥 发表于 2003-1-13 11:32 | 显示全部楼层 来自： 中国–广西–贵港 电信

我觉得曝光时间已经基本合适了

再增加曝光时间，中央亮部的细节会损失了。
除了换用好的望远镜提高像质，我觉得还需要考虑一下这个系统的宽容度问题。
灵敏度是足够了，感觉宽容度偏小。
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lymex 发表于 2003-1-13 15:29 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–大连 联通
好象单幅宽容度很难增加。除非提高CCD采样的位数到12-16位（现在是8位？）。

即便用高位的，然后加以降低反差处理，使得同时可以表现亮处和暗处，也存在局部反差很低的弊病。

很多人的处理方法，好象是用亮度信号模糊后作为Mask？
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 楼主| qhyphoto 发表于 2003-1-14 00:39 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 清华大学

回复: 我的建议不知可行否？

最初由 土星 发表
[B]外壳密封，在与镜筒连接的接口中，加上两层玻璃（平板的，可镀上增透膜），我们这冬天冷，单层玻璃易结霜，而双层玻璃只要密封好，多冷也不结霜


这倒是比较容易做的办法。CCD前面已经有一个玻璃了，只要再增加一块就行了，形成一个隔离层。就不知道加玻璃会损失多少光，镀多层增透膜后应该会好一些
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河汉 发表于 2003-1-14 12:44 | 显示全部楼层 来自： 新加坡 南洋理工大学
我觉得仅仅加一层玻璃时间长了还是会有水汽凝结，而且是在至少两层玻璃的表面，那样就很麻烦。不过，要是能够找到地方做成一个中间抽真空的玻璃腔体，那么问题就彻底解决了。

嘿嘿，换一句话说，这样你甚至可以省掉硕大的散热片，还有那些讨厌的震动。
qhphoto 你觉得呢？？
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airhot 发表于 2003-1-14 17:56 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 华数宽带

业界还有SBIG!!

加油!
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DLM 发表于 2003-1-17 17:49 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–梅州 电信
最初由 lymex 发表
[B]20秒拍出M42很多较暗之处，说明灵敏度很高。
如果冷却做好了，加长曝光时间，那效果就更好了。
不知道SBIG等厂家是如何解决CCD冷却结露的。能够在CCD前面形成一个密封空间，
并同时抽湿大概是一个办法。

另外?..

理想抛物面反射式望远镜会有像差？是何种像差，是畸变、像散、慧差、场曲，还是．．．
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