Jacek Bobowik  Od laika do astrofotografika
8 września 2012
Część IV Rejestrator fotonów
W astrofotografii, której celem są obiekty głębokiego
nieba, każdy foton jest na wagę złota. Z jednej strony staramy
się użyć jak najsprawniejszych układów optycznych, aby w
czasie naświetlania nasz teleskop pochłoną ich jak najwięcej,
z drugiej natomiast poszukujemy jak najsprawniejszych
urządzeń cyfrowych, które potrafią je odwzorować w jak najlepszy obraz.
W teleskopach ilość zbieranego światła zależy głównie od średnicy obiektywu i jakości optyki.
Refraktory są w porównaniu z reflektorami w tych samych średnicach sprawniejsze, gdyż ich
konstrukcja nie posiada w torze optycznym żadnych obstrukcji (elementów przysłaniających), ale
koszty zakupu w tej samej aperturze reflektorów są zwykle dużo niższe od teleskopów
soczewkowych.
Detektor, którego będziemy używać do zarejestrowania obrazu składa się z setek tysięcy lub
milionów światłoczułych elementów zwanych pikselami. O tym, jaki procent fotonów, które dotrą do
naszej matrycy ma realną szansę zostać zarejestrowanych
w danej długości fali świetlnej (wavelength) będzie nam
określała sprawność kwantowa przetwornika (QE). Jest to
parametr na podstawie, którego będziemy mogli realnie
oszacować poziom czułości naszej kamery. Inną ważną
cechą detektora cyfrowego jest głębokość studni
potencjału (full well capacity), która określa liczbę
fotonów, które jest w stanie zaabsorbować pojedynczy
piksel matrycy. Im mniejsza studnia tym naturalnie
szybsza zdolność do jej przepełnienia, a co za tym idzie mniejszy zakres dynamiki obrazu
przetwarzanego przez matrycę. O ile za to, w jakim czasie nasza kamera  wymaluje najsilniejszy
poziom sygnał będzie odpowiadać głębokość studni potencjału, o tyle na jego najsłabsze wartości
będzie miał wpływ poziom szumu odczytu naszego przetwornika.
W parametrach kamery podawana jest również liczba bitów informacji, która została użyta do
opisania stanu każdego piksela. Im większa liczba bitów tym łagodniejsze przejścia pomiędzy
fragmentami obrazu o różnej jasności, które jest w stanie zarejestrować detektor.
Obiekty będące potencjalnym celem astrofotografii takie jak gwiazdy czy galaktyki lub mgławice
refleksyjne, które zwykle świecą światłem odbitym pobliskich gwiazd, emitują zwykle blask w całej
długości fal, natomiast mgławice emisyjne, stanowiące często obszary gwiazdotwórcze utworzone
przez obłoki zjonizowanego wodoru, emitują światło z dużą przewagą pasma Ha. Są również
mgławice, które intensywniej świecą w innych wąskich pasmach np. OIII czy SII.
Istotne jest dla uzyskania satysfakcjonującego efektu, aby świadomość charakterystyki wybranego
jako cel obiektu szła w parze z czułością naszego detektora w pasmach, które dominują w obrazie
oczekiwanym do uchwycenia na naszej matrycy.
7 | S t r o n a
Jacek Bobowik  Od laika do astrofotografika
8 września 2012
Parametry takie jak rozmiar matrycy i rozmiar piksela są niezbędne w wcześniej już wspominanych
wyliczeniach rozdzielczości i pola widzenia naszego zestawu. Dla ogólnego zobrazowania dostępnych
na rynku w tym zakresie różnic, pozwalających na dobranie detektora w zależności od naszych
potrzeb i zasobności portfela, przedstawię poniżej porównanie rozmiarów z informacją o wielkości
piksela w [um] najbardziej popularnych matryc Kodaka.
Obraz, który dotarł do matrycy i został przez nią zarejestrowany nie posiada żadnych informacji o
kolorze, ale jedynie o zmianach natężenia światła, jakie zostało przetworzone z fotonów, które
wypełniły piksele. Aby stworzyć obraz kolorowy ten sam kadr musimy naświetlić przez trzy filtry
odpowiadające składowym: R(czerwona), G(zielona), B(niebieska).
Kamery z matrycami kolorowymi to konstrukcje, które posiadają wbudowaną maskę mikroskopijnych
filtrów po jednym na każdy piksel. Powszechnie jest stosowana maska Bayera, w której na każdą
czwórkę pikseli przypadają odpowiednio filtry RGGB.
Kamery kolorowe z maską Bayera z racji, że połowa pikseli na stałe rejestruje najmniej  przydatny w
astrofotografii kolor zielony, będą mniej efektywne w rejestrowaniu obiektów głębokiego nieba niż
kamery monochromatyczne.
Aby uwydatnić na tle innych sygnał emitowany przez mgławice emisyjne naświetlamy kadr przez
wąskopasmowe filtry, które w zależności do swojej charakterystyki przepuszczają nam pożądany
zakres wybranej długości fali. Im węższa szerokość pasma filtra podawana w [nm], tym oczywiście
ciemniejszy filtr umożliwiający stosowanie dłuższego czasu naświetlania co daje szanse na uzyskanie
na zdjęciu lepszego kontrastu pozwalającego na pokazanie większej ilości subtelnych szczegółów w
oczekiwanym obrazie.
8 | S t r o n a