Realizzazione Flat per spettroscopia

[nico]

Ciao a tutti.
Vorrei chiedervi alcune informazioni su come realizzare dei buoni Flat da usare per le proprie immagini spettroscopiche.
L'utilizzo dei Flat, almeno nel nostro caso, si rende praticamente necessario quando usiamo il reticolo da 150 linee/mm con l'Lhires III a casua di un evitente ripple o fringering (ondulazioni) della risposta del sensore KAF 400 XME della nostra SBIG ST7XME.

Attualmente noi usiamo una lampada alogena da 100 W posta davanti ad un plexiglass opalino diffurosore applicato sulla bocca del telescopio.

Questa soluzione funziona piuttosto bene per lunghezze d'onda superiori a circa 5500 Angstrom, mentre funziona peggio nella zona blu poichè la lampada alogena che abbiamo emette molto poco nel blu.

Quali metodi e quali lampade conviene quindi usare per avere dei Flat buoni per tutte le lunghezze d'onda?

Grazie
Nico

[marcoleo]

Ciao Nico,
io normalmente riprendo il cielo al tramonto inoltrato prima della sessione. Ma la vostra tecnica va benissimo, magari utilizzando una lampada alogena 150 W e dei semplici fogli di carta bianca, come raccomanda Buil:

http://www.astrosurf.com/buil/lhires_flat/flat.htm

ciao,
Marco

[nico]

Ciao Marco,
grazie per la risposta.
Avrei però delle domande da porti a questo punto:
- Tu dici di realizzare i flat riprendendo il cielo al tramonto.
Forse c'è qualcosa che mi sfugge, ma questo metodo, sicuramente ottimo per l'imaging tradizionale, non crea un flat spettroscopico dove sono presenti tutte le righe in assorbimento dello spettro solare?
Se così è, temo che applicare un flat con delle righe crei delle righe spurie sullo spettro finale.

Per capirci... io uso l'immagine del flat (ottenuta con una lampada alogena) applicandola con Astoart durante il classico pretrattamento delle immagini raw dove , nel momento in cui tolgo il Darkframe, applico anche il Flat.

Dopodiché apro l'immagine risultante con Visual Spec ed inizio la calibrazione spettroscopica.

La mia procedura è corretta oppure il Flat devo applicarlo lavorando con i profili di Visual Spec in modo da eliminare prima le eventuali righe presenti in esso?
Se è così, come si deve procedere per farlo?
Fra l'altro i miei Flat non sono uniformi (come si vede nella prima immagine del post di apertura di questo topic), quindi per creare il relativo profilo di intensità dovrei andare a selezionare un'area alla stessa altezza in pixel lungo l'asse Y di dove si trova lo spettro della stella target?

Insomma.... il flat si applica con Astroart (o altro) oppure con Visual Spec?

Spero di essermi spiegato.....

Nico

[marcoleo]

Ciao Nico,

l'argomento del flat field è aperto anche tra i professionisti, ci sono diverse scuole di pensiero e tecniche. Alcuni trattano i flat con polinomi per uniformarli al continuo, altri riprendono i flat ma non li utilizzano e li tengono da parti nel caso un revisore chieda riscontro.

Forse c'è qualcosa che mi sfugge, ma questo metodo, sicuramente ottimo per l'imaging tradizionale, non crea un flat spettroscopico dove sono presenti tutte le righe in assorbimento dello spettro solare?
Se così è, temo che applicare un flat con delle righe crei delle righe spurie sullo spettro finale.

hai colto in pieno la difficoltà nel realizzare questo tipo di flat. Di fatto in funzione dell'ora (tramonto inoltrato) e del tempo di esposizione è possibile evitare che si creino le righe di assorbimento dello spettro solare. Prova a fare qualche tentativo interponendo sempre dei fogli di carta bianca (vedi link Buil) sul telescopio.

Insomma.... il flat si applica con Astroart (o altro) oppure con Visual Spec?

Io Nico utilizzo ISIS. Quindi ti consiglierei a questo punto di eseguire la seguente procedura:

- riprendere il flat utilizzando una lampada alogena da 150 W e dei fogli di carta bianca. Per il tempo di integrazione che dipende molto dal tuo ccd e setup, fai diverse prove e alla fine noterai subito quando il flat è corretto perchè si noteranno tutti i difetti.

- quindi utilizza ISIS che si occuperà di gestire tutti i fits (raw, dark, bias, flat). Penso che tu lo conosca, ma se non lo conosci lo puoi scaricare free dal sito di Buil. Isis volendo genera anche i flats impostando una soglia di ADU.

Ogni orientamento del grating necessita del suo proprio flat field. Il problema maggiore è illuminare in modo continuo e uniformemente lo slit. E' molto difficile che la fonte luminosa illumini lo slit come la illumina il cielo quando fai le riprese, ed è un pò per questo che riprendere il cielo in certe condizioni al tramonto forse illumina lo slit in modo paragonabile. C'è il rischio che si formino dei "dossi e avvallamenti" di luce che di fatto non ci sarebbero stati riprendendo il cielo.

Ci sono scuole di pensiero che non raccomandano l'utilizzo del flat field in spettroscopia perchè i benefici che si hanno sono annullati dal rumore che si genera tutte le volte che si trattano le immagini, di fatto si potrebbe deteriorare il rapporto SNR. C'è da dire che se scopri qualcosa (per esempio una Be Star) la comunità scientifica può chiederti se il tuo spettro è stato trattato con flat field, al limite puoi riprenderlo ma non utilizzarlo nell'elaborazione dello spettro ma tenerlo a disposizione se ti viene richiesto.

In ultimo, ultimo...sto per partire con una serie di prove per realizzare il flat illuminando a valle della fenditura con dei led ed in modo da far arrivare un fascio di luce uniforme al grating e quindi al sensore, in questo modo dovrei riuscire ad aggirare il problema dell'illuminazione uniforme dello slit che non riproduce l'illuminazione del cielo. L'obiettivo ultimo è quello di ottenere un continuo uniforme grazie alla risposta uniforme dei pixels disposti lungo il continuo stesso. Di fatto credo non serva riprendere difettosità a monte dello slit, quindi perchè non illuminarla dopo ?

L'argomento è molto interessante.

Ciao,
Marco

[Paolo]

Nico, il mio consiglio e' quello di usare una lampada alogena o al tungsteno classica. Confermo che la luce crepuscolare mostre le righe solari e telluriche quindi direi che non e' adatta.

Il plexiglass andrebbe evitato perche' assorbe moltissimo la radiazione UV (quelli che ho provato erano degli autentici "UV-cut"! Mi sono divertito a provare anche con i piatti di plastica (quelli da pic-nic) trovando che alcuni tagliano prima, altri dopo ma tutti bloccano di netto, ad una certa lunghezza d'onda, la luce ultravioletta (anche molto vicino al blu). L'unico diffusore (tra quelli provati) che ho verificato non effettua tagli e' la carta da forno! Io ho preparato un doppio strato da anteporre all'apertura del telescopio, illuminato da una alogena da 160 W (se non ricordo male) posta a circa 1 metro di distanza.

In ogni caso resta, come giustamente dici, la scarsa sensibilita' all'UV del sensore e il particolare contenuto di luce "calda" della alogena che non aiuta a rinforzare le lunghezze d'onda piu' corte in cui al segnale della lampada e' associato un elevato rumore. A questo si puo' rimediare con una sola cosa: prendere tanti tanti tanti frame! Ognuno dei quali deve avere il livello massimo piu' alto possibile (cioe' al massimo della zona di linearita' del sensore). La media di tali frame potra' essere usata fino ai fatidici 3800 A, traguardo a quanto pare quasi irrangiungibile...

Senza questa condizione, ovvero con un segnale UV affetto da molto rumore, il flat rovina il ben fatto! Serve a poco fare una integrazione lunghissima sul target debole, la divisione per il flat gli da il colpo di grazia!

Se io e te non avessimo avuto quel forte "ripple", sarebbe stato quasi meglio non prendere il flat! A patto pero' di mettere target e stella di riferimento nello stesso punto della fenditura in modo che i relativi spettri cadano nella stessa zona del frame e facendo molta attenzione nella fase di smoothing della curva di risposta (non deve essere eccessivo).

In realta' potremmo anche farne a meno ma quando si calcola la curva di risposta bisogna fare moltissima attenzione nelle regioni delle telluriche (molto larghe, non si capisce cosa nascondono) e in corrispondenza delle righe di Balmer dove la differente risoluzione degli spettri causa spesso artefatti (anche qui non e' semplice ricostruire le curve del ripple). Per questo scopo sono piu' adatte le stelle di riferimento di classe B/O che hanno le righe di Balmer meno pronunciate.

Ricordiamo che il flat ci serve per compensare:

1) la caduta di luce per polvere lungo il percorso ottico e per la non uniforme illuminazione dovuta allo schema ottico.
2) il ripple (per alcuni sfortunati tra cui noi...)
3) le variazioni di efficienza dei singoli pixel

Ci sarebbe uno stratagemma per compensare molto bene i punti 2 e 3 senza dover riprendere ogni volta i flat frame. Devo fare alcune prove, poi lo illustrero' in modo dettagliato. Per il punto 1 si potrebbe fare il flat al solo scopo di controllare una zona libera da aloni evidenti in cui posizionare lo spettro e fare attenzione, come ho detto sopra, a mettere target e stella di riferimento nello stesso punto della fenditura.

Come ha detto giustamente Marco, il flat (composto da un certo numero di frame altrimenti il rumore fotonico si mangia il meglio), anche se non usato, va conservato gelosamente per qualunque verifica successiva. Se in corrispondenza della variazione "anomala" del profilo c'e' sullo spettro 2d un alone provocato da un piccolo grano di polvere, puoi immediatamente sapere che e' un artefatto. Purtroppo il "gioco" che possono fare assieme gli aloni e lo smoothing della curva di risposta e' davvero insidioso!

Il flat si applica per divisione sulle immagini nel pretrattamento. E' senz'altro il metodo piu' corretto. L'estrazione del suo profilo potrebbe non essere molto indicato perche', a seguito dell'operazione di binning, il flat non lavora piu' "pixel per pixel". L'estrazione del suo profilo e' comunque la modalita' che penso di usare per lo "stratagemma" citato prima (dove ho messo in evidenza il suo limite).

Quoto Marco: passate a ISIS prima possibile. E' semplicissimo (piu' di VSpec) e tremendamente efficiente. Impiegherete pochissimo per ridurre gli spettri!

Paolo

[marcoleo]

Ho trovato questo prodotto in internet che pare performante, è utilizzato anche dallo spettroscopista tedesco Lothar Schanne.

http://www.gerdneumann.net/english/astrofotografie-parts-astrophotography/aurora-flatfield-panels/uebersicht-aurora-flatfield-panels-overview.html?gn_aurora_size=169

è un pò costoso !

Personalmente proseguirò nel mio intento di illuminare l'interno dello spettroscopio con dei leds che accendo dall'esterno. In questo modo posso se non altro compensare eventuale polvere sul cammino ottico da slit a sensore. Mi chiedo quanto la povere sul telescopio possa influire sul continuo.

Ciao,
Marco

[Paolo]

Ciao Marco, quello che hai segnalato credo sia un sistema senz'altro valido (Lothar Schanne e' uno spettroscopista molto esperto). Bisognerebbe capire quanta intensita' cade nel blu-violetto. Comuqnue mi sembra maggiore rispetto ad una alogena. Ci si deve comunque abituare ad una curva diversa perche' sembra di vedere dei larghi assorbimenti nel giallo/rosso. La stessa cosa accade con un pannello elettroluminescente che ho acquistato presso una ditta di illuminotecnica. La fatidica "curva di corpo nero" resta una caratteristica delle sole lampade con il filamento.

In media ed alta risoluzione queste larghe variazioni non danno fastidio, mentre quando si lavora con l'intero spettro ottico creano una notevola alterazione del profilo. Alla fine non rappresenta comunque un problema perche' dividiamo per il flat sia lo spettro da correggere, sia quello usato per calcolare la curva di risposta.

Mi chiedo quanto la povere sul telescopio possa influire sul continuo.

Secondo me e' del tutto ininfuente. Mi sono venuti parecchi dubbi invece sull'illuminazione interna per compensare vignettature e aloni dovuti alla polvere. La forma degli aloni e' funzione anche della geometria della sorgente luminosa. Non credo che un grano di polvere sul vetrino del sensore proietti la stessa forma sul sensore se illuminato da dietro la slit oppure con una lampada che puo' avere forma, area illuminante e posizione rispetto agli elementi ottici diversa. Forse e' meglio se chiedi agli esperti su ARAS prima di partire con il progetto.

Tienici informati!
Paolo

[marcoleo]

Grazie Paolo,

Non credo che un grano di polvere sul vetrino del sensore proietti la stessa forma sul sensore se illuminato da dietro la slit oppure con una lampada che puo' avere forma, area illuminante e posizione rispetto agli elementi ottici diversa. Forse e' meglio se chiedi agli esperti su ARAS prima di partire con il progetto.

Io parto dal presupposto che la luce dell'oggetto che per noi "pesa di più" sia quella che parte da dopo lo slit e arriva al sensore. Questa luce ha viaggiato per parecchi anni luce, ha attraversato l'atmosfera e poi il telescopio, e si presenta "alla porta di casa, lo slit" così come è. Penso che pesa molto di più tutto quello che accade dopo lo slit. Questa luce deve ancora essere riflessa dallo specchio che la lancia alla lente collimatrice, poi al reticolo e poi ancora alla lente collimatrice ed infine al sensore. Se devo decidere dove trattarla mi viene più naturale pensare di trattarla da dopo lo slit. Il granello di polvere sul sensore potrebbe anche influire in modo analogo....ma può essere che mi sbaglio di grosso. Varrebbe la pena provare.

Non penso che disturberò ancora i gruppi di esperti con queste mie idee piuttosto balzane...preferisco condividere di più qui. Tu sai che altre idee strane da me proposte non hanno avuto riscontro. Per esempio l'idea dello slit retro illuminato non è stata accolta anche se ieri sera sono riuscito a collocare una stella di magnitudo 7 sullo slit perfettamente grazie proprio a quella righetta bianca che si vedeva a 0,5 sec, in condizioni di seeing pessime qui a Milano tra inquinamento luminoso, la luna e leggera foschia.

Ciao,
Marco