Hjælp til fotometri forklaring og tidssynkroniseri

Fora SEKTIONER I ASTRONOMISK SELSKAB Sektionen for småplanetokkultationer Hjælp til fotometri forklaring og tidssynkroniseri

  • Dette emne har 31 svar og 6 stemmer, og blev senest opdateret for 9 år, 6 måneder siden af nightsky. This post has been viewed 3764 times
Viser 15 indlæg - 1 til 15 (af 32 i alt)
  • Forfatter
    Indlæg
  • #124218

    nightsky
    Deltager
      • Neutron star

      Hjælp til fotometri forklaring og tidssynkronisering

      Jeg sidder og forbereder teknikken til mine kommende
      observationer af de mange formørkelser
      og okkultationer i Jupiter systemet. I
      den forbindelse har jeg fået nogle vejledninger fra L’Institut
      de Mécanique
      céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) omkring de metoder der skal
      bruges
      for at data kan sendes ind og sidenhen bruges til at forfine beregninger af månernes
      baner.
      De er faktisk ikke så præcise som jeg troede.



      Lige nu driller det mig lidt omkring beregning af
      lights, specielt ”mean value FF” og tidskalibrering.

      Billedbehandling:

      Omkring
      flats fra vejledningen:

      Flat Field:

      The second
      problem is that the quantum return on every pixel is not constant. It is so necessary

      to have a map of sensibility of the detector. For that, it is necessary to
      enlighten the CCD with a
      Calibrated light. If we suppose that the response of
      the target is linear (what is very close to the
      reality), an uniform light can
      be enough. One makes a map of sensibility of the matrix by making
      the average
      of a dozen images to decrease the problems connected to the noise of reading.
      For
      the correction of an image, one divides every pixel of the image by the
      corresponding pixel of the
      image of the Flat Field of uniform light (denoted FF
      in the following and PLU in french) and one
      multiplies by the mean value of its
      FF to preserve the dynamics (I den
      franske version står der
      “on multiplie par la valeur moyenne de la PLU”, tror
      det er gennemsnit eller er det
      gennemsnit/mean af max-min?
      ). It is
      necessary to realize one FF for each used filter,
      furthermore as the conditions
      of observations change each night (temperature, dusts), it is
      necessary to
      realize one FF each night of observation.


      IMCCE anbefaling:

      1:
      Lav et dusin flats. Hvis de laves i skumringen, så skal det gøres modsat solen
      og pænt højt
      oppe på himlen. Ingen
      pixels må gå i mætning og det gennemsnitlige niveau skal være mindre end
      den
      halve værdi af det dynamiske område.

      Indeed verify that no pixel is saturated and that the average level of the
      image is equal or
      superior in the middle of the dynamics of the detector.


      Skal det forstås sådan at det dynamiske
      område er det område hvor CCD’en er lineær?


      2:
      Lav et dusin offset (darks) under de samme forhold, samme temperatur og
      eksponeringstid
      som flats, i total mørke.

      3: Beregn flat-field. Dette gøres ved at lave en sum
      af N flats, lave et gennemsnit af offsets. Til
      sidst fratrækkes flat-field N
      gange gennemsnittet af offset.

      Calculate the Flat Field. For that, make the sum the thorough images of
      sky, then the average
      of the offset maps. Remove then from the sum of N FF, N time the average of the offsets.

      4:
      Straks efter observationen af fænomenet og optagelser af lights, laves en ny
      serie offsets under
      de samme forhold som lights, samme temperatur og
      eksponeringstid.

      5:
      Hver light fratrækkes den tilhørende gennemsnitlige offset, derefter ganges
      light med middelværdien
      af flat-field og til sidst divideres med flat-field

      Finally for every image of the phenomenon it will be necessary to remove
      the offset map,

      to multiply by the mean (i den
      franske version står der gennemsnitlige ,a valeur moyenne
      og det samme i
      formlen) value of the FF, then to divide this image by the FF

      Engelsk : I (x,y) = ( Iraw(x,y) – Ioffset(x,y)
      )* IFFaverage/ IFF(x,y)

      Fransk : I (x,y) = ( Ibrute(x,y)
      Ioffset(x,y) )* IPLU moy/ IPLU(x,y)

      IFFaverage/ hvordan skal det forstås, den gennemsnit
      af samtlige værdi af samtlige pixels på ”FF” ???

      Nedenfor
      konverteret til begreber som jeg plejer at bruge:

      1: Tag 12 stk. ”flats”

      2: Tag 12 stk. ”offset-flats”, samme eksponeringstid
      og temperatur som ”flats”

      3: Beregn ”master-offset-flats” = sum(”offset-flats”)/12

      4: Beregn ”master-flat” = sum(”flats”)-(12*”master-offset-flats”)

      5: Efter ”lights-raw” (observationen) er taget af
      fænomenet, laves 12 nye ”offset-lights” samme
      eksponeringstid og temperatur som
      ”lights-raw”

      6: Beregn ”master-offset-light”
      = sum(”offset-lights”)/12

      7: Beregn ”light” = ( ”light-raw” – ”master-offset-lights” ) * gennemsnit(samtlige
      ”master-flat” pixels) / ”master-flat

      Tidskalibrering :

      Tidssignal fra GPS modul koblet
      til computeren er godkendt til tidskalibrering. Først synkroniser
      man PC’ens ur
      med GPS signalet og verificer tiden umiddelbart før og efter observationen.

      Synkronisering gør det program der følger med GPS modulet, men hvordan
      hulen verificer
      man tiden ?

      Fra vejledningen :

      The time-scale for the
      observations

      Since these observations are made in order to improve the dynamical models
      of motion of
      the objects themselves, all the data must be referred to a well
      known time-scale to the
      nearest tenth of a second of time in order to be able
      to link all the observations together.
      In fact, all the observational data
      should be referred to UTC (Universal Time). Internal
      clocks of computers are
      not confident because not linked continuously to UTC. If it is not
      possible to
      be connected to UTC any time, it is necessary to verify the used clock before

      and after the observation and to record the difference between the used clock
      and UTC at
      that time (never modify the clock during an observation). The
      sidereal time must never be
      used in the present work. We learned, through the
      past experiences that this calibration of
      the time-scale should never be made
      after the observation since anything can happen such
      as a failure of the
      hardware. Unfortunately, all the observatories do not have a sure clock
      related
      to UTC and the best to do is to note the difference of the available time-scale
      with
      UTC before and after the observation by calling UTC through the phone
      network or
      thanks to a radio-receiver in order to know if a drift occurs in the
      time-scale. The time
      accuracy should be better than 0.1 second of time that is
      to say that each photometric
      measurement of the recorded light-curve must be
      dated in UTC with an accuracy better
      than 0.1 second of time. Note that the
      satellite Io, for example, has a velocity of 17.2
      km/s, so that an accuracy of
      0.1 second of time corresponds to an accuracy of 1.7 km in
      space. Since the
      internal accuracy of the theory of motion of the satellites is around one

      kilometer, anyone may understand that an accuracy better than 0.1 second of
      time is
      necessary. Note that the time obtained by GPS is confident.

      HjælpCry

      Nightsky2014-11-11 21:58:33

      #124224

      Lars Malmgren
      Deltager
        • Super Nova

        Det dynamiske område forstår jeg som HELE chippens dynamiske område, altså typisk fra 0 – 65535 ADU.
        De siger halvdelen formegentligt for at være 100% sikker på at være i chippens lineære område.

        Resten af dit indlæg skal jeg lige læse et par gange mere Embarrassed

        #124225

        Lars Malmgren
        Deltager
          • Super Nova

          Nightsky wrote:

          Engelsk : I (x,y) = ( Iraw(x,y) – Ioffset(x,y)
          )* IFFaverage/ IFF(x,y)

          Fransk : I (x,y) = ( Ibrute(x,y)
          Ioffset(x,y) )* IPLU moy/ IPLU(x,y)

          IFFaverage/ hvordan skal det forstås, den gennemsnit
          af samtlige værdi af samtlige pixels på ”FF” ???


          JA, sådan forstår jeg det også.
          Forskellen fra “normal” billedbehandling er så vidt jeg kan se, at i stedet for blot at gange med I_flat (x,y), så vil de gange med flattens gennemsnitlige intensitet divideret med I_flat (x,y).

          Jeg forstår ikke hvorfor du i punkt 2 skriver:

          2:
          Lav et dusin offset (darks) under de samme forhold, samme temperatur og
          eksponeringstid
          som flats, i total mørke.

          En dark er en dark, og en offset er en dark optaget med kortest mulige eksponeringstid !

          RETTELSE: Jeg tænker på BIAS frames, men i denne sammenhæng er offset (vist nok) forskellen på flatten optaget før og flatten optaget efter science-framen.

          Lars Malmgren2014-11-11 22:48:40

          #124226

          nightsky
          Deltager
            • Neutron star

            Hej Lars

            I denne sammenhæng er offset, hvad mange nok vil tænke på som darks hvor bias ikke er
            fratrukket. Normalt ville jeg også mene at offset er det samme som bias, men her er det ikke
            tilfældet.

            Offset map:
            The first problem is that all the electrons do not result necessarily from a transformation consecutive
            to the catch of an electron. Indeed the simple thermic excitement produces free electrons. It is so
            necessary to quantify this production which is variable from a pixel to another one because of the
            manufacturing efects. The most effective method consists in acquiring a series of poses realized
            in the same conditions of exposure time, temperature as in the recording, but in the total darkness.
            One puts here in evidence one of the crucial points of a good observation CCD which is the necessity
            of a good thermal regulation of the target.

            One can make the average of a dozen such images to decrease the effects of the noise of reading.
            The correction of the thermic noise is made then simply by removing this “offset map” from every
            acquired image. One will note that in the absence of any thermic electron, the CCD always produces
            an output signal different of zero. This variable value from a pixel to the other one is called the
            electronic offset.

            Finally with this method, the map which one measures represents the sum the maps of thermic
            noise and electronic offset. One realizes so these two corrections at one time. Afterward we will
            speak only about offset map.

            #124227

            Lars Malmgren
            Deltager
              • Super Nova

              Nightsky wrote:

              One can make the average of a dozen such images to decrease the effects of the noise of reading.
              The correction of the thermic noise is made then simply by removing this “offset map” from every
              acquired image. One will note that in the absence of any thermic electron, the CCD always produces
              an output signal different of zero. This variable value from a pixel to the other one is called the
              electronic offset.

              Finally with this method, the map which one measures represents the sum the maps of thermic noise and electronic offset. One realizes so these two corrections at one time. Afterward we will speak only about offset map.

              Hummm…..

              Når han taler om “thermic noice”, så mener han DARKS.
              Når han taler om “electron offset”, så mener han BIAS.

              I ovenstående blander han begge dele sammen… Confused
              Kan Franskmænd simpelthen bare ikke gøre sig selv forståelige, lige meget hvad ????????

              Når han i sidste afsnit skriver “Finally…”, så tror jeg han mener, at vi med DARKS har både et BIAS signal og et DARK signal, som et eller andet sted også er rigtigt.
              Det er jo så bare en helt alm billedbehandling, som når vi laver “pæne” billeder…

              #124229

              edbbob
              Deltager
                • Super Nova

                Er det ikke bare en meget indviklet måde at skrive at man skal kalibrere sine lights på den grundige måde, med bias, darks, flats og flatdarks?

                En stor del af det er en beskrivelse af skyflats. Normalt dividerer software bare lights med flats, men her skal man også gange med middelværdien for ens flats. Det svarer bare til en gain med ca x0,5, i dette tilfælde, og det ville jeg umiddelbart mene de foreskriver, for at undgå at noget brænder ud.

                Skal jeg forstå det sådan at i leder efter måner om exoplaneter?

                Vh

                MortenEDBBOB2014-11-12 00:07:12

                #124242

                munkholm
                Deltager
                  • Neutron star

                  Undskyld jeg lige blander mig men, hvad pokker skal man med Bias frames hvis man har darks, flats og flatdarks? Jeg går selvfølgelig ud fra at man har taget sine callibrerings frams korrekt mht. temperatur og tid,

                  og hvis det er tilfældet skulle bias frames jo gerne være overflødige

                  Takahashi FSQ-85ED APO GSO RC 10" SBig 8300M SW NEQ6 pro

                  #124249

                  edbbob
                  Deltager
                    • Super Nova

                    @Bent

                    Du har ret. Normalt er bias jo indeholdt i darks.

                    Vh

                    Morten

                    #124251

                    mhansen
                    Deltager
                      • Nova

                      Hvis jeg må tilføje. I kurset Astronomical Data Processing lærte vi at:

                      Et offset er et bias. Det trækkes fra for at sikre at alle pixels har samme “bundniveau”.
                      Et dark er et dark. Det er for at tage højde for hot pixels i ccd’en.
                      Et flat er en metode til grundlæggende at reducere effekten af alle “mekaniske” ændringer af signalet der måtte komme i ccd’en. For professionelle teleskoper er det dog langt hen af vejen for at tage højde for ikke-ensartet sensitivitet over ccd’en.

                      En måde at undersøge hvorvidt man har brug for darks kan være ved at sammenligne standard afvigelsen for støjen på darken med standard afvigelsen for støjen på bias framen. Hvis bias støjen overstiger dark støjen, så er dark frames unødvendige.

                      Den indledende kalibrering foregår altid helt grundlæggende med at fratrækning af bias fra alle frames (undtagen bias selv), en fratrækning af dark og en division med et normaliseret flat. Dette gøres typisk ved at dividere flat’en med en mean/mode værdi. Det er fordi man ikke er interesseret i at reducere signalet i science billederne, men kun interesseret i at tage højde for gradienter over chippen.

                      Når man arbejder med spektroskopiske data er der dog ofte behov for at ensarte masterflatten, således at intensiteten er nogenlunde ensartet over hele feltet.

                      Men ellers skulle jeg mene at principperne er de samme. Jeg kan under alle omstændigheder overhovedet ikke finde hoved og hale i beskrivelsen her.

                      Så arbejdsgangen i min verden vil være.
                      1: Fratræk dit bias fra alle frames.
                      2: Fratræk darks.
                      3: Divider med normaliseret flats

                      MHansen2014-11-12 10:51:18

                      #124255

                      mhansen
                      Deltager
                        • Nova

                        Lars Malmgren wrote: Det dynamiske område forstår jeg som HELE chippens dynamiske område, altså typisk fra 0 – 65535 ADU.
                        De siger halvdelen formegentligt for at være 100% sikker på at være i chippens lineære område.

                        Resten af dit indlæg skal jeg lige læse et par gange mere Embarrassed

                        Hvis du vil være helt sikker kan du bruge 0.8*(saturation * gain). Du skal kun gange med gain hvis saturation er i counts/ADU, men det er det vist ofte.

                        #124258

                        nightsky
                        Deltager
                          • Neutron star

                          Tusind tak for alle inputs. I dette tilfælde er jeg nødt til at holde mig til IMCCE anvisningerne,
                          det er åbenbart standarden for denne type observationer og IMCCE er bestemt eksperter på
                          dette område. Derfor er der ingen grund til at betvivle deres anvisninger, problemet er at
                          det er skrevet temmelig snørklet.

                          Darks indeholder jo bias, men alt efter hvilken type observationer man laver behandles de forskelligt.
                          I anvisninger til spektroskopi, MIDAS, ISIS o.s.v. fratrækker man altid bias fra dark så vidt jeg
                          husker (det er automatiseret i dag). Jeg tror grunden er måden bias og dark beregnes på.

                          Master-bias beregnes som median af bias frames (her og ved spektroskopi)
                          Darks fratrækkes Master-bias
                          Master-dark er summen eller gennemsnittet af darks her og ved spektroskopi median

                          Forskellen er altså meadian og gennemsnit/sum

                          Nightsky2014-11-12 21:45:01

                          #124261

                          mhansen
                          Deltager
                            • Nova

                            Hej Lars,

                            Jeg antager at det er fordi 1/flat/mean = mean/flat. Det jeg skriver at du tager din masterflat og dividerer den med mean og derefter dividerer du meanflat med dit science image. Det er essentielt det samme som at gange med mean værdien og så dividere med flat.

                            Igen, det er fordi du kun er interesseret i gradienten, ikke at reducere pixelværdierne/counts af dine science frames.

                            Både bias, dark og flat kombineres med median. Flat kan evt. kombineres hvor man skalarerer med mean eller mode.

                            MHansen2014-11-12 11:48:06

                            #124263

                            swr
                              • Giant

                              Så vidt jeg har forstået det er udfordringen at både udlæsningsstøjen og mørkestøjen afhænger af både temperatur og tid.

                              Udlæsningsstøj

                              Temperaturen påvirker parametrene på de komponenter kredsløbet er bygget af. Selv for en simpel modstand er støjen temperaturafhængig. Tiden i form af udlæsningsfrekvensen påvirker også udlæsningsstøjen.

                              Mørkestøj

                              Belysningstiden er proportional med mørkestøjen mens temperaturen har en ulineær påvirkning af mørkestøjen.

                              Flat-frames indeholder både udlæsningsstøj og mørkestøj, men har en yderligere optisk støj i form af støv og andre urenheder. Der kan også være en del ulinearitet når man nærmer sig max niveauet, afhængig af sensor designet.

                              Problemet er vel at mens Darks normalt optages ved samme temperatur og belysningstid, således at mørkestøj og udlæsningsstøj er sammenlignelige med selve billedet, så er Flats ikke optaget ved samme betingelser.

                              Man kan reducere udlæsningsstøj og mørkestøj ved at optage et separat antal Darks ved samme betingelser som Flats og trække dem fra Flats, men det fjerner ikke den forskel temperaturen måtte have på pixel-gain og den ulinearitet der måtte optræde på højt belyste pixels.

                              Udfordringen er vel at det ikke er så nemt at lave flats om natten under samme betingelser, da det kræver et flat panel, men også at det i høj grad ville tage noget af vores sparsomme mørke tid som i stedet kunne bruges til at tage rigtige billeder.

                              Man kunne relativt enkelt undersøge hvor stort linearitetsproblemet er på sit kamera ved at tage Flats ved f.eks. 50%, 70%, 90% og 95% kapacitet ved at variere belysningstiden. Herefter kunne man vise lineariteten på pixel niveau i et regneark. Hvis problemet ikke er ret stort kan man se bort fra det bidrag.

                              Så er der kun temperaturens indvirkning på pixel gain tilbage. Hvis det er et problem skal man tage flats ved samme temperatur som selve billedet, men da der også kan være optiske fejl på flats er det svært på forhånd at lave et bibliotek af flats ved forskellige temperaturer, så jeg kan ikke lige se hvordan man kan undgå at reducere belysningstiden under stjernerne med den løsning?

                              Et temperaturreguleret kamera har selvfølgelig en fordel her, da temperaturen er forholdsvis konstant uanset udetemperaturen, så her burde det ikke være noget problem at tage flats lige før solopgang.

                              For mig at se er den optimale løsning følgende:

                              I(x,y)=(Iraw(x,y)-Idark(x,y))*Konstant/(Iflat(x,y)-Iflatdark(x,y))

                              hvor konstanten fint kunne være avg(Iflat(x,y)-Iflatdark(x,y))

                              Mvh Søren

                              #124264

                              swr
                                • Giant

                                PS: Det kunne være interessant at se hvor stor fejlkilderne er på Darks og Flats ved forskellige temperaturer med det kamera man bruger. Så kan man bedre vurdere hvilke fejlkilder det kan betale sig at gøre noget ved.

                                Det ville jo være træls at bruge en masse krudt på noget der ikke rigtigt giver nogen mærkbar forbedring.

                                #124268

                                edbbob
                                Deltager
                                  • Super Nova

                                  For mange år siden var jeg laborant elev. I sommerferien blev jeg “udlånt” til et andet institut. Der skulle vi lave en ufattelig mængde afpipetteringer, og normalt tæller man til ti og dypper spidsen af pipetten. Derfor udvejede jeg pipetten, og testede hvad der skete, hvis man i stedet for at dyppe spidsen, bare blæste indholdet ud af pipetten, ved at klemme hårdt på peleusbolden. Jeg lavede dobbeltbestemmelser og regnede på statistikken, og alt så fint ud, så pludselig kunne jeg afpipettere meget hurtigere end de andre laboranter.

                                  Det næste der skete var at jeg blev inviteret ind på kemikerens kontor, og fik at vide, at jeg ikke skulle rende rundt og lære hans laboranter unoder.

                                  På laborantskolen havde jeg godt bemærket at vi mere lærte at udføre ting efter en opskrift, end at prøve at forstå hvad vi lavede, men lige dér på kemikerens kontor tog jeg en beslutning om at jeg ikke skulle være laborant.

                                  Jeg forstod egentlig godt, hvad han mente: “Når du er ude efter ferien, går de andre laboranter igang med at udvikle metoder, og hvis de ikke er lige så grundige som dig, går det galt. Så kan det godt være at det tager tid at dyppe spidsen, men så ved jeg at det altid bliver gjort ens”.

                                  Jeg læser vedledningen ovenfor som noget i samme stil, og med årene er jeg blevet mindre skeptisk overfor standardiserede metoder

                                Viser 15 indlæg - 1 til 15 (af 32 i alt)
                                • Emnet 'Hjælp til fotometri forklaring og tidssynkroniseri' er lukket for nye svar.