Arco Segundos por Pixel: um tiro pela culatra !

[jsmoraes]

Fui alertado quanto a condição de oversample de meu sistema óptico com a câmera QHY163M. O conceito de oversample e undersample me era (e ainda relativamente é) novo.
Sempre tive a noção de que quanto melhor (menos arco segundos por pixel) a resolução, melhor seria para captura de detalhes. Mas a coisa não é bem assim.

Pesquisando na internet, encontrei alguns textos falando sobre isto e pude fazer um resumo simples e objetivo. O mais simples e resumido e produzido pelo fabricante de câmeras ATIK pode ser visto no link: https://www.atik-cameras.com/news/rules-1-2-arc-second-per-pixel-and-when-to-break-them/

Vejamos:

1) primeiramente o texto diz que o ideal para astrofotografia terrestre é ter uma resolução em torno de 1 a 2 arco segundos por pixel. Meu sistema possui 0.46 arco segundos por pixel.

O texto argumenta que a atmosfera terrestre limita a resolução que podemos ter em nossas imagens. Em condições boas de seeing teremos máxima resolução de 2 arcos sengundos. Ou seja objetos menores que 2 arco segundos serão "embaçados" (blurred) para um tamanho de 2 arcos segundos pela ação da atmosfera.

Valeria à pena informar que as estrelas estão tão longe que seu tamanho angular é frequentemente muito menor que 1 arco segundo. Entretanto, nós veremos como tendo tamanho de pelo menos 2 arco segundos devido à ação e efeito da atmosfera.

2) Para sabermos qual a resolução possível de nosso sistema óptico temos a formula:

(tamanho pixel camera (em microns) / distância focal do telescópio) * 206,3 = resolução angular (arcsegundos/pixel)

Assim, no meu caso:
pixel camera: 3,8 microns
distância focal: 1500 x 1.14 = 1710 mm (1,14 é efeito barlow do corretor de coma)
resolução angular:  0,045777

Com esta resolução uma estrela irá cobrir vários pixeis e ela se apresentará larga ou inchada (gorda). E como a luz da estrela está se "esparramando" por vários pixeis, temos uma redução de sensibilidade. Qualquer problema com a óptica, por exemplo astigmatismo, e erro de guiamento produzirá deformação na forma redonda da estrela. Principalmente nos cantos da imagem.

Haverá também mistura com a iluminação de fundo (background) reduzindo a sensibilidade efetiva na captura da estrela ou objeto.
Esta situação é classificada como oversample.

O inverso, undersample, apresentará as estrelas como "pixeladas", e portanto também não redondas. Se a câmera for colorida corre-se o risco de somente um grupo de pixeis R, G ou B serem atingidos, e corrupção na cor da estrela.

A imagem abaixo mostra as duas situações:



Considerandos:

Sempre tive impressão de que nas minhas imagens as estrelas eram bem "gordinhas". Mesmo quando usava a Canon, quando a resolução angular é de 0.63 arco segundos.

Com a QHY... vou continuar com esta impressão. Agravado pela captura de imperfeições de minha óptica (astigmatismo) prejudicando a visão arredondada das estrelas e dificultando a obtenção do perfeito foco.

Quanto pior o seeing ... pior será o resultado e aparência.

Conclusão:
1) a ideia de que a QHY foi um erro de compra se confirma. Seus pixeis muito pequenos é a causa principal de todos os problemas de imagens que venho obtendo.

2) Ainda não fiz a experiência, mas talvez para obter uma imagem com qualidade melhor eu tenha que  fazer uso de redutores focais, coisa impossível devido ao back focus, ou usar binagem 2x na captura da imagem, com consequente artificial aumento do tamanho do pixel.
Este aspecto da prática astrofotográfica não era de meu conhecimento teórico. Só tinha vivenciado na prática com resultados não satisfatórios.

3) Talvez... a única solução real será aceitar esta saga na focagem... e aceitar que minhas imagens jamais terão aquela aparência profissional. Continuar a trabalhar não binado e ignorar as imperfeições, assim como aceito a poluição luminosa, a baixa qualidade de seeing, os pequenos erros de guiagem causados pelos ventos e etc. etc. etc.

[PAULO FURLAN]

Estou me vendo na seguinte situação:

Minha CCD tem o tamanho do pixel de 5,4 um.

Tenho 3 telescópios:

1) GSO 8" RC - 5,4/1600*206,3 = 0,69 de resolução angular;
2) Sky Watcher Esprit 80mm - 5,4/400*206,3 = 2,78 de resolução angular;
3) Sky Watcher Equinox100mm - 5,4/900*206,3 = 1,23 de resolução angular.

Nos casos acima, então o melhor setup seria com o Equinox 100mm, com distância focal de 900mm, correto?

Percebi que com o GSO as estrelas saem gordas.

Abraços
Paulo Furlan

[jsmoraes]

Paulo, o único que irá "engordar" as estrelas é o GSO. O Equinox está bem mais adequado para a questão de oversample.
Embora você deve considerar que o seeing, a refração atmosférica também deformam e "engordam" estrelas. Portanto, em determinadas condições de céu, o GSO pode apresentar uma boa qualidade nas fotos.

Se você for capturar nebulosas, galáxias ou objetos onde a qualidade (ou quantidade) de estrelas de fundo não forem importantes, o GSO trará mais detalhes deste objeto.

Jà que você tem 3 telescópios, é uma questão de avaliar caso à caso. GSO vai "engordar" as estrelas, mas trará mais detalhes. Os outros trarão uma imagem bem mais adequada das estrelas, porém menos detalhes. Se você processar com algum tipo de aumento de resolução (no empilhamento ou pós empilhamento) as estrelas vão "engordar" e a ampliação pode não apresentar melhores resultados de detalhes que o GSO produziria.

Oversample é apenas um dos fatores que influenciam na qualidade geral da imagem.

Se você processar imagem com Pixinsight, há procedimentos e rotinas para "emagrecer" as estrelas muito mais aprimorada (chata, complicada, demorada e etcs) do que o recurso de filtro Minimum do Photoshop.

[PAULO FURLAN]

Boa tarde Jorge,

No meu caso somente o refrator Sky-Watcher Equinox de 900mm de distância focal seria o telescópio ideal para usar minha câmera com pixel de 5,4 microns. Para os outros teria que comprar outras câmeras, uma com pixel de 3 microns para o SW Esprit com DF 400mm e outra com pelo menos 9 micros, para o refletor GSO 8”.  Será que devemos nos preocupar com  tudo isso? Precisaremos trabalhar somente para comprar câmeras ou ganhar na mega sena.

Abs.
Paulo Furlan

[jsmoraes]

Depende de suas intensões.
Se seu objetivo forem fotos "sensacionais", com um monte de likes e aplausos ... sim. Vai ter que ter diversos equipamentos para uso caso à caso.
Outras intensões mais científicas ou de registros dos objetos ... não
Mas, sem dúvida fica a tristeza por não termos uma imagem com melhor qualidade.

No meu caso, eu acrescento a raiva por ter sido enganado por pseudos experts elogiando a minha QHY.

Hoje eu vejo QHY e ZWO como oportunistas, vendendo câmeras com sensores abandonados pelos fabricantes e portanto com preço barato, até acabar os estoques. Verdadeiro motivo para a grande quantidade de câmeras descontinuados com tamanha rapidez.
Não recomendo compra destes fabricantes.

[PAULO FURLAN]

Boa tarde Jorge,

O link abaixo tem uma apresentação do Paulo Cacella, físico e astrônomo , que fala sobre o tamanho do pixel em relação a distância focal do telescópio. Se eu tivesse visto esse vídeo antes, não teria comprado três telescópios para usar com a mesma câmera.

https://www.youtube.com/watch?v=y7VTQ0p7mtI

[jsmoraes]

Paulo, achei a explicação meia confusa, ou melhor: com pouca didática. Mas bastante informativa. E fecha com o que venho dizendo e sendo "linchado" no forum CloudyNights.

1. As câmeras QHY e ZWO não são boas câmeras para astrofotografia amadora para DSOs devido a terem pixeis muito pequenos. Poucos amadores desfrutam da oportunidade de terem seeing com qualidade de 1 arcosegundo. Mesmo com centenas de fotos (virou moda agora no CN) e HDs com tetrabytes de tamanho, estas câmeras perdem muito se comparada com a de outros fabricantes, tais como SBIG, ATIK e etc.
2. Minhas fotos sempre tenderão a ter oversample porque estou à beira do mar, onde o seeing tende a ter  4 arcosegundos e varia com muita intensidade.
Meu equipamento exigiria uma câmera com pixeis de 11,4 microns, se utilizarmos o raciocínio no expositor do filme.

Minha QHY só permite binagem 2x, e tendo pixel com 3.8 microns, só consigo chegar a 7.6 microns. Já tinha percebido que binar 2x não melhorava muito a qualidade das estrelas.

A maioria dos colegas, tanto Brasil como Gringa, não conhecem estes detalhes técnicos. Se você pesquisar no forum CoudyNighs vai ver que só houve postagem abordando under e oversample depois de minhas postagens.

Inicialmente eu não sabia por quê, mas tinha intuição de que o problema estaria na câmera.

E mesmo após tomar conhecimento destes aspectos de sample, e postar no CN sobre o artigo da ATIK (onde ele menciona o limite de 1 arcosegundo também), continuei sendo "esfolado". Colegas gringos até disseram que o carinha da ATIK estava falando besteira. Se bem me lembro só houve 1 ou 2 postagens endossando o dito pela ATIK. E nem com estas postagens deixaram de me escurrassar. Tive que pedir bloqueio do tópico, pois já tinham partido para agressão.

Hoje, com maior conhecimento sobre o assunto, entendo que o problema não é só câmera, mas sim a adequação câmera/telescópio. Agravado pelas condições de seeing.

Triste saber que ainda ofertam e vendem câmeras sem nenhum alerta sobre esta questão, e sem nenhum suporte para que não haja compra inadequada. Perda de dinheiro e frustração.

Como minha intenção na astrofotografia está voltado para registrar objetos do Céu Profundo, independentemente de sua beleza, esta falta de qualidade não denigre com meu trabalho. Há muitos objetos que fotografei que podem servir de referência, pois não há outras fotos além do DeepSkySurvey (1 e 2): preto e branco e com menos informação. Principalmente aglomerados abertos e objetos internos das Nuvens de Magalhães.

Sinto orgulho por já ter registrado 536 objetos DSOs. Além de outros, perfazendo atualmente 598 objetos do céu no hemisfério sul (serão 601, já que fiz 3 outros e ainda não postei). Mesmo com oversample as imagens apresentam muitos detalhes.
E percebo que tem muito idiota se postando de Papa: falsos sábios com sofisticados discursos técnicos que intimidam, mas não trazem a verdade sobre os fatos. CloudyNights e Stargazerslounge estão cheio deles. Ambos são bons foruns, mas tem que se fazer uma filtragem crítica no que alguns dizem. Principalmente quando se apresentam como Papas.

Finalizando, eu diria que você pode minimizar um pouco dando atenção especial ao foco. Mas muitas vezes o esforço é perdido em função de outros fatores, como seeing, colimação ideal perdida com a movimentação do telescópio ao longo do tempo da seção, guiamento (o seeing também afeta a qualidade do guiamento), desalinhamento no eixo óptico entre telescópio e câmera (inclinação da câmera causado pelos parafusos que a fixam no focalizador), etc. E ainda na superposição quando a foto é feita monocromática, já que os filtros L,R,G e B acabam por trazer as estrelas com diâmetros diferentes.

Conclusão: não há como evitar problemas de aparência das estrelas. Podemos apenas minimizar.

nota: afinal, ninguém consegue fotografar realmente uma estrela que não seja o Sol. Estão tão distantes, que só vemos seu disco de Airy. Quem acredita que aqueles pontos brilhantes são estrelas reais ... desconhecem o que chamamos de difração.