Principi e strumenti per la fotometria con camere DSLR Martino Nicolini Associazione Astronomica Geminiano Montanari Osservatorio Astronomico di Cavezzo (MPC 107) Italy GAD 2014, Ravenna Ottobre, 10-11-12, 2014
Differenze con i CCD scientific grade CCD (charge coupled device) e CMOS (complementary metal oxide semiconductor) Sensore CMOS Pixel molto piccoli (4.0 μm - 6.5 μm) e come conseguenza sono a bassa efficienza quantica e bassa capacità di carica Antiblooming (non lineare quando vicino alla piena capacità di carica) Filtri RGB direttamente depositati sul sensore (epitassiali) secondo lo schema di Bayer
Caratteristiche delle camere DSLR CANON 40D CANON 50D CANON 5D CANON 5D MarkII Surface sensible Effective sensor size Nombre de pixels Pixel number Taille pixel Pixel size Codage des données Data coding Gain électronique inverse à 400 ISO Inverse electronic gain @ ISO 400 Bruit de lecture à 100 ISO Readout noise @ ISO 100 Bruit de lecture à 200 ISO Readout noise @ ISO 200 Bruit de lecture à 400 ISO Readout noise @ ISO 400 Bruit de lecture à 800 ISO Readout noise @ ISO 800 Bruit de lecture à 1600 ISO Readout noise @ ISO 1600 Niveau d'offset Bias level Signal thermique à 22 C Thermal signal @ 22 C 22.8 mm x 14.8 mm 22.3 mm x 14.9 mm 35.8 mm x 23.9 mm 36.0 mm x 24.0 mm 3888 x 2592 4752 x 3168 4368 x 2912 5616 x 3744 5.7 microns 4.7 microns 8.2 microns 6.4 microns 14 bits 14 bits 12 bits 14 bits 0.84 e-/adu 0.57 e-/adu 3.99 e-/adu 1,01 e-/adu 5.66 ADU (19.0 e-) 6.59 ADU (15.0 e-) 1.88 ADU (30.0 e-) 6.66 ADU (26.9 e-) 6.31 ADU (10.6 e-) 7.15 ADU (8.2 e-) 1.92 ADU (15.3 e-) 6.71 ADU (13.5 e-) 8.15 ADU (6.8 e-) 8.56 ADU (4.9 e-) 2.06 ADU (8.2 e-) 7.18 ADU (7.3 e-) 12.59 ADU (5.3 e-) 12.08 ADU (3.4 e-) 2.55 ADU (5.1 e-) 8.27 ADU (4.2 e-) 21.37 ADU (4.5 e-) 19.04 ADU (2.7 e-) 3.77 ADU (3.8 e-) 11.15 ADU (2.8 e-) 1024 ADU 1024 ADU 128 ADU 1024 ADU 0.13 e-/sec 0.06 e-/sec 0.63 e-/sec 0.12 e-/sec Capacité totale à 400 ISO Full capacity 12 900 electrons 8 700 electrons 15 800 electrons 15 500 electrons Dynamique à 400 ISO Dynamic range @ ISO 400 (full capacity / readout noise) 1900 (max 16384 ADU) 1770 (max 16384 ADU) 1930 (max 4096 ADU) 2100 (max 16384 ADU)
Tecniche di ripresa La macchina va impostata su Manuale (M). Verificate che l ora e la data riportate siano corrette, se possibile impostarle sull UT. E fondamentale riprendere le immagini nel formato RAW proprietario (.cr2 o.crw per le Canon;.nef o.nrw per le Nikon) Fissare l F/STOP e un valore di ISO utili per il tempo d esposizione scelto (dipendono da tanti fattori come la luminosità della variabile e delle confronto, dall ottica, dalla posa max. permessa dalla guida ecc., in sostanza serve ESPERIENZA) e non cambiarli MAI, almeno nella stessa sessione o progetto di misura. Poiché l ISO interviene modificando il gain della camera, un suo valore troppo elevato ridurrà il range dinamico dell immagine e di conseguenza limiterà il range di differenti magnitudini che il sistema è in grado di rilevare. Al contrario, ISO troppo bassi possono portare al così detto errore di quantizzazione, ovvero: a piccole differenze di carica elettrica rilevata nei pixel il convertitore ADC assegnerà lo stesso valore in ADU. I test effettuati consigliano di non superare i 400 ISO. Disabilitare l autofocus. Non è necessaria una messa a fuoco perfetta. Anzi, in caso di sottocampionamento può essere utile una leggera sfocatura per distribuire su più pixel l immagine stellare. Tempo di posa in base alla saturazione: per le camere a 12 bit 4096 ADU, per le 14 bit 16384 ADU. Per sicurezza occorre stare al di sotto del 75% di questi valori (3072 ADU per le 12 bit e 12288 ADU per le 14 bit).
Il pre-processing Riprendere SEMPRE i dark frames e i flat fields (ovviamente in formato RAW e nella stessa configurazione F/STOP e ISO). In particolare i flat field vanno ripresi con la tecnica dello skyflat, è preferibile non usare lampade ad incandescenza. Il pre-processing è identico a quello delle normali camere CCD (ad ogni immagine sottrarre il master dark e dividere per il master flat) con l unica accortezza di utilizzare sempre le immagini in formato RAW (il formato JPG va DIMENTICATO). Tempo di posa in base alla saturazione: per le camere a 12 bit 4096 ADU, per le 14 bit 16384 ADU.
Quando satura? circa 13000 ADU circa 15000 ADU circa 16000 ADU
Per testare e scaldare i motori http://www.citizensky.org/content/starting-analysis Due tipi di tutorial con immagini test: 1) BEGINNER : calcolo della magnitudine calibrata in banda V di Johnson-Cousin ma con stelle di confronto entro i 10 e angolo zenitale inferiore a 35 (altezza della stella > 55 ); si trascura l estinzione atmosferica. 2) INTERMEDIATE : calcolo della magnitudine calibrata in band V di Johnson-Cousin come per il precedente livello ma tenendo conto degli effetti dell estinzione atmosferica. Si introduce il concetto di massa d aria.