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深空天体摄影中的“采样”与“过采样”

05 06月
作者: 大宝 |分类:天文资料 | 转载时间:2020年06月05日
【特别声明】 本文摘自网络,原文 作者/网站: 大宝


深空天体摄影中的“采样”与“过采样”


    笔者在上一篇文章中提出了“过采样”的问题。嗯,估计接着就会有人要问,那如何知道自己的系统有没有出现“过采样”呢?其实吧,本人是觉得知道与否都无所谓,反正设备都已经买到手了。尽量把它用好就是了。而且这个问题确实不太好讨论,讨论得深了跟着会出来一串问题,真有拔出萝卜带出泥的感觉。

   不过还是仔细想了一下,做一个简单的讨论也不妨。当然不敢保证笔者的观点都是正确的哈。

   讨论之前先要引入一个概念:艾理斑。简单解释一下,有兴趣的同好可以知乎或者百度。对于一个光学系统来说,当对点光源成像时,在像平面上得到的不是一个点,而是一个亮斑加外围一圈圈逐渐淡化的衍射环。原因很简单,因为光波会发生衍射。在深空天体摄影中遥远恒星对于我们来说就是一个点光源。那个像平面上的亮斑就被称作“艾理斑”。不同的光学系统,艾理斑的大小是不同。理想条件下,随着光学系统分辨力的提高,艾理斑会变小。这也就是为什么我们往往会发现大口径望远镜拍摄的深空影像星点更加细腻的原因。那么对于一个确定的光学系统,艾理斑的大小是多少呢?这个可以根据著名的“瑞利判据”来计算。

   那就还是用上一篇文章中的那台70sa作为例子。艾理斑直径可以用以下公式计算:

   d=2.44λf/D=2.44×550e-6×350/70=0.00671mm=6.71μm D

   说明一下,λ 使用绿光的550e-6mm波长,f 是望远镜的焦距350mm,D 是望远镜的通光口径70mm

   在理想条件下可以认为6.71μm的艾理斑正好填满一个像元,这是一个最佳的匹配。或者说是最佳采样。如果相机传感器的像元过大,例如可以塞进去了两个艾理斑。那么原本的两个星点在影像中就变成了一个。这就相当于浪费了光学系统的分辨力,所以就是采样不足或者“欠采样”。相反,如果相机传感器的像元过小,例如一个艾理斑可以覆盖8个像元,这又浪费了相机的分辨率。所以就是超采样或者“过采样”。

   不过,在深空天体摄影实践中一般不会选择上面所说的“最佳采样”。而是让系统保持一定的“过采样”。也就是相机的分辨率略大于光学系统的分辨力。这样可以使影像中的星点看起来更加自然和饱满。如果相机传感器像元的尺寸很小,例如QHY183C,像元只有2.4μm。还可以通过后期适当减小影像的分辨率来提升信噪比。

   好了,我们又可以得出一个结论。在光学系统通光口径不变的条件下,对于像元尺寸较大的深空相机(例如QHY8L)最好是能够搭配焦比较大的望远镜。因为焦比越大艾理斑就会越大(看公式d=2.44λf/D=2.44λF,F就是焦比);而像元尺寸较小的相机最好搭配焦比较小望远镜。因为焦比越小艾理斑也越小。

   当然前面的讨论太过理想化了。实践中还有很多因素需要考虑的,例如大气的视宁度。在地面上由于受到大气扰动的影响,星点永远不会是一个点光源。大气扰动可以比作一种扩散函数(PSF)的卷积操作,只要在后期处理过程中使用反向操作,也就是常说的“反卷积”,还是有可能恢复星点的本来面貌的。但只是有可能,因为大气扰动的这个扩散函数太复杂了。要进行准确的反卷积操作就一定要知道PSF,只是精确的PSF不容易获得。

   得了,越说问题越多了。。。打住!


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标签:深空天体摄影 分辨率 过采样 大宝
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