Artefacten in Astro-Opnames: oorzaken en oplossingen

© 1 april 2023, Nicolàs de Hilster & starry-night.nl

In de astrofotografie doen we ons best een zo mooi mogelijke foto van een stukje hemel te produceren. Er zijn echter factoren die daarbij een storende rol kunnen spelen en leiden tot artefacten in onze opnames. Maar wat zijn precies artefacten, wat is hun oorzaak en zijn ze te voorkomen? Dit artikel, gepresenteerd op 1 april 2023 tijdens de voorjaarsbijeenkomst van de KNVWS-werkgroep Vereniging ‘Werkgroep Astrofotografie’ te Gouda, duikt dieper in de wereld van hetgeen we liever niet in onze foto’s zien: artefacten. De artefacten worden geclassificeerd, uitgelegd en, indien mogelijk, oplossingen geboden ter voorkoming ervan.

Afbeelding 1: Pillars of Creation in M16 met diffraction-spikes bij alle heldere sterren (Bron: NASA: Eagle Nebula ‘Pillars of Creation’).

Om te beginnen moet ik eerst het begrip artefact conceptualiseren. Bij astrofotografie is een artefact een detail in de afbeelding dat er in werkelijkheid niet is en dus eigenlijk niet op de foto te zien zou moeten zijn. Niet alle artefacten zijn onwenselijk of zelfs te voorkomen. Neem nu het voorbeeld in afbeelding 1, een prachtige foto van de Pillars of Creation, gemaakt met de Hubble Space Telescope (HST). Hoewel gemaakt met één van ‘s werelds beste (en duurste) telescopen onder uitmuntende omstandigheden, de HST bevindt zich immers in de ruimte en heeft dus geen last van de atmosfeer, zien we rondom alle heldere sterren toch overduidelijk artefacten: diffraction-spikes.

Nu hadden deze artefacten eenvoudig voorkomen kunnen worden door voor een ander optisch ontwerp te kiezen. Had men in plaats van het huidige Cassegrain-ontwerp voor een refractor of voor een Schmidt-Cassegrain ontwerp gekozen, dan waren deze artefacten niet ontstaan. Aan die andere ontwerpen kleven echter weer praktische bezwaren. Zo is het bijvoorbeeld niet eenvoudig een lens of correctorplaat te maken met een diameter van de 2.4 meter (de diameter van de hoofdspiegel van de HST), maar ook het gewicht en kwetsbaarheid gaan een rol spelen.

Maar waar komen deze diffraction-spikes en andere artefacten vandaan? Daartoe kunnen we ze grofweg in vijf categorieën indelen:

1) De Optical Tube Assembly (OTA)
2) Reducers, flatteners en coma-correctors
3) Filters
4) Camera
5) Vuil in het optische pad
6) Externe factoren

De Optical Tube Assembly (OTA)

Verreweg de meeste artefacten zijn terug te voeren op de OTA zelf, al dan niet door vuil veroorzaakt, maar dat wordt verderop besproken. Onder de artefacten die met de OTA te maken hebben, kunnen we onderscheid maken tussen Intrinsieke Artefacten (artefacten die bij het type OTA horen) en Extrinsieke Artefacten (artefacten die weliswaar door de OTA veroorzaakt worden, maar niet standaard bij dit type OTA optreden).

Intrinsieke OTA-artefacten

Intrinsieke OTA-artefacten zijn artefacten die we van een bepaald type telescoop kunnen verwachten. In de meeste gevallen worden ze geaccepteerd omdat ze nu eenmaal bij het type telescoop horen, maar in andere gevallen worden ze als storend ervaren.

De (meestal) geaccepteerde artefacten zijn diffractiepatronen die inherent aan het optische ontwerp zijn. Om ze goed te begrijpen, moeten we eerst kijken wat een telescoop precies doet om artefacten te doen ontstaan. Het licht dat een telescoop binnentreedt, komt daarbij onherroepelijk een aantal obstakels tegen. Zo is dit bij een refractor de rand van de het objectief, bij een Schmidt-Cassegrain de rand van de apertuur en de secundaire spiegel en bij een Newton-telescoop de rand van de apertuur en de ophanging van de secundaire spiegel (spider) en de secundaire spiegel zelf. Er is dus geen enkele telescoop waarbij het licht ongestoord bij de camera aankomt. Zodra licht een rand passeert treedt er diffractie op, hetgeen we terugzien in de vorm die de sterren krijgen.

Afbeelding 2: Het effect van het gebruikte optisch ontwerp (links) op de diffractie (rechts).

Afbeelding 2 laat een aantal voorbeelden zien van artefacten die je kan verwachten bij een bepaalde opening. Het begint met een ronde opening zonder enige obstructie, maar zelfs dan al zien we een diffractiepatroon dat beter bekend is als de Airy-disc met diffractieringen. De volgende twee zijn Newtons, de eerste met een klassieke viervoudige rechte spider, de tweede met een gekromde spider. Duidelijk is te zien dat de eerste voor de bekende diffraction-spikes zorgt (net als in de HST opname), terwijl deze bij de tweede afwezig zijn (maar daartegenover staat dan dat het licht rondom de ster versmeerd wordt, de ster wordt dus wolliger). Vervolgens zien we het diffractiepatroon van een vierkante, driehoekige en zeshoekige opening. Zoals te zien is, is er weinig verschil tussen de laatste twee, dit omdat bij beide de randen slechts drie hoofdrichtingen hebben (0°, -60° en +60° ten opzichte van de horizontaal). De randen veroorzaken dus alleen in drie richtingen haaks daarop diffraction-spikes. Nu zullen we niet snel een vierkante of driehoekige telescoop gebruiken, maar bij reflectors is de zesvoudige spiegel wel bekend. De volgende platen tonen de zesvoudige opening in toenemende honingraatopstelling en uiteindelijk ook nog met een drietal obstructies. Die laatste is precies het ontwerp van de James Webb Space Telescope (JWST, de drie obstructies zijn de ophangarmen van de secundaire spiegel) en de laatste afbeelding in de animatie toont een opname van JWST met daarin een helder ster die precies het voorspelde diffractiepatroon toont.

Het is dus duidelijk dat licht dat een rand passeert een voorspelbaar diffractiepatroon veroorzaakt. Hoe rechter de rand, hoe opvallender de diffractie. We kennen dit effect ook van het Bahtinov-masker. Het patroon dat we daarbij gebruiken om scherp te stellen wordt geheel veroorzaakt door de rechte sleuven in dit masker. Gaan we eenmaal fotograferen dan halen we het masker weg om te voorkomen dat deze diffractiepatronen in de foto zichtbaar zijn. Voor bovenstaande diffractiepatronen geldt echter dat we ze alleen kunnen verwijderen door een ander type telescoop te kiezen.

Er zijn ook artefacten die (meestal) als storend worden ervaren. Het gaat hierbij om artefacten die we bij een bepaald type telescoop niet verwachten, maar toch optreden. Dat ze toch hier onder de intrinsieke artefacten genoemd worden, is omdat alle telescoop van dit type (meestal een bepaald model) deze deze artefacten vertonen.

Dark-spikes met variërende oriëntatie

Afbeelding 3: Roterende dark-spikes in een opname met een Takahashi FSQ-85 (M42 Orion Nebula).

Symptoom: Dark-spikes met variërende oriëntatie zijn te herkennen als een donkere balk door het midden van de halo rondom heldere sterren. De oriëntatie is afhankelijk van de locatie op de foto, ze staan namelijk haaks op de richting naar het midden van de opname.

Oorzaak: Mijn vermoeden is, dat deze artefact veroorzaakt wordt door een ongelukkig gekozen lens-spacing in combinatie met het type coating van de lenzen en dat ze het gevolg zijn van natuurkundige versterking en uitdoving van het licht.

Oplossing: Zover bekend is er geen oplossing voor dit probleem.

Voorbeelden:

Afbeelding 4: Roterende dark-spikes in een opname met een William Optics GT102 refractor (IC 2118 Witch Head Nebula)

Afbeelding 3 toont een opname met een Takahashi FSQ-85. De heldere sterren buiten het midden vertonen allemaal duidelijk een dark-spike die haaks staat op de richting vanuit het midden. Een zoekslag op Internet leert dat vrijwel alle telescopen van dit model deze dark-spikes vertonen.

Dat de Takahashi FSQ-85 niet de enige telescoop is met dit probleem is te zien in afbeelding 4. De sterren in de Witch Head Nebula in deze foto, genomen met een William Optics GT102 refractor, vertonen precies hetzelfde patroon. Bij deze telescoop lijkt het echter exemplarisch te zijn, de meeste foto’s gemaakt met andere exemplaren van deze refractor vertonen deze artefacten niet.

Komeet-achtige sterren

Afbeelding 5: Vergelijking van coma in een ongecorrigeerde f/3.9 Newton-telescoop versus de effecten van coma met de Baader Rowe Coma Corrector.

Symptoom: Sterren buiten het midden van de opname nemen de vorm van kometen aan en wijzen daarbij in de richting van het midden van de opname.

Oorzaak: Dit betreft coma, wat gedefinieerd is als een variatie in vergroting over de ingangspupil en treedt vooral op bij reflectors met een parabolische spiegel.

Oplossing: Toepassen van een coma-corrector.

Voorbeeld: Afbeelding 5 toont coma in een ongecorrigeerde f/3.9 Newton-telescoop en hoe dit eruit ziet na toepassing van Baader Rowe Coma Corrector.

H-alpha ghost-images

Afbeelding 6: Ghost-images bij gebruik van een tilt-tuned etalon (Frank Theunissen, Zon op 7 maart 2020 met tilt-tuned Lunt LS60THA).

Symptoom: Bij opnames met een H-alpha telescoop (etalon) zijn één of meerdere ghost-images van de Zon in de achtergrond zichtbaar.

Oorzaak: De ghost-images zijn het directe gevolg van het gebruik van een tilt-tuned etalon.

Oplossing: Er is geen oplossing voor dit probleem (anders dan het gebruiken van een pressure-tuned etalon).

Voorbeeld: Afbeelding 6 toont ghost-images van de Zon in een H-alpha opname met een tilt-tuned Lunt LS60THA.

H-alpha Newton-ringen

Afbeelding 7: Newton-ringen in een H-alpha animatie (N. de Hilster, Half uurtje zon op 5 maart 2021, pressure-tuned Lunt LS80THA)

Symptoom: Bij opnames met een H-alpha telescoop (etalon) is er een patroon van lichte en donkere gebogen banden zichtbaar op het zonsoppervlak.

Oorzaak: Het patroon zijn Newton-ringen die te wijten zijn aan het optisch venster van de camera-sensor in combinatie met monochroom licht. Een interferentiepatroon wordt gegenereerd door de oppervlakken van de sensor en het optische venster terwijl ze interferometrisch reageren op het binnenkomende monochromatische H-alpha licht. Bij normaal breedbandig licht zou dit niet opvallen.

Oplossing: Er zijn twee oplossingen: Het kantelen van de camera of het kantelen van het golffront door middel van een optische wig (een ADC kan hier prima voor gebruikt worden).

Voorbeeld: Afbeelding 7 toont Newton-ringen in een animatie van de Zon in een H-alpha, gemaakt met een pressure-tuned Lunt LS80THA. Op individuele foto’s zijn de Newton-ringen nauwelijks zichtbaar, maar door de animatie worden ze zichtbaar als een golfpatroon dat van rechtsboven naar linksonder over de afbeelding beweegt.

H-alpha asymmetrische belichting

Afbeelding 8: set-up met ADC achter een Lunt LS80THA.

Symptoom: Bij opnames met een H-alpha telescoop (etalon) wordt de hele zonneschijf niet egaal belicht, hetgeen leidt tot een lichte zone op de zonneschijf (donker indien negatief geprocessed).

Oorzaak: Dit soort kijkers werken met een etalon. Etalons hebben een zone van circa één graad waarbinnen ze optimaal werken, de zogenaamde sweet-spot. Wanneer het midden van de sweet-spot niet met het midden van de zonneschijf samenvalt, wordt dit zichtbaar als een ongelijk belichte opname (in de linker opname is dit zichtbaar als een licht gebied bovenin de zon op circa 30% van de rand en met een diameter van circa 50% van de zonneschijf).

Oplossing: De zonneschijf met behulp van een Atmospheric Dispersion Corrector (ADC) centreren in de uitgaande lichtbundel van de etalon en deze centreren op de beeldchip. Hoe dit moet wordt in deel 3 van mijn artikel over zonnefotografie uitgelegd.

Voorbeeld: Afbeelding 8 toont de imaging-train met een ADC achter een Lunt LS80THA.

Extrinsieke OTA-artefacten

Extrinsieke OTA-artefacten zijn artefacten die door de telescoop veroorzaakt worden, maar er niet behoren te zijn. Het gaat hier om artefacten die veroorzaakt worden door verkeerd afgestelde spiders, door rand-oneffenheden, pinched-optics, reflecties of verkeerd afgestelde spiegelafstand. In de meeste gevallen zijn ze goed te verhelpen.

Dubbele spider-spikes

Afbeelding 9: Opname van het gebied rondom Sadr door Bill McSorley, Leeds, UK, met een SkyWatcher 150P Newton.

Symptoom: Helder sterren laten gesplitste diffraction-spikes zien.

Oorzaak: Bij ophanging van de secundaire spiegel van een Newton, RC of Cassegrain met vier vanen staan deze vanen niet netjes twee-aan-twee in elkaars verlengde. Dit kan gebeuren wanneer de ophanging van de secundaire spiegel niet netjes in de buis is gecentreerd of wanneer de gaten voor de bevestiging van de vanen niet netjes ‘vierkant’ in de telescoop zijn aangebracht.

Oplossing: Er zijn twee oplossingen: de spiegel netjes centreren of de gaten in de buis aanpassen zodat de vanen weer twee-aan-twee in elkaars verlengde staan (of in ieder geval twee-aan-twee evenwijdig aan elkaar zijn).

Voorbeeld: Afbeelding 9 toont een opname van het gebied rondom Sadr door Bill McSorley, Leeds, UK, gemaakt met een SkyWatcher 150P Newton.

Dark-spikes met vaste oriëntatie

Afbeelding 10: Een kleine oneffenheid veroorzaakte de dark-spike in het rood omrande voorbeeld (Maurice Toet, binnenzijde Sharpstar SCA260).

Symptoom: Helder sterren laten donkere diffraction-spikes zien die overal dezelfde richting hebben.

Oorzaak: De apertuur heeft een oneffenheid. Dit kan een onderbreking in een O-ring zijn bij refractors of een vuiltje of spiegelklem bij reflectors.

Oplossing: Vaststellen waar de oneffenheid zit en deze verwijderen of de opening iets diafragmeren.

Voorbeeld: Afbeelding 10 toont de diafragma-ring van een Sharpstar SCA260 met daarop een kleine obstructie (verpakkingsmateriaal?) welke de dark-spike veroorzaakte in de links getoonde opname. Bij latere opnames was deze obstructie weg en de dark-spikes verdwenen.

Driehoekige sterren (reflector)

Afbeelding 11: De Hartnevel gefotografeerd met een Skywatcher 130PD met te strakke klemmen (kgunessee op SGL).

Symptoom: Sterren hebben een geometrische vorm (driehoekig, vierkant) en zien er overal hetzelfde uit.

Oorzaak: De spiegel van de reflector wordt door de strak aangedraaide spiegelklemmen vervormd (pinched optics).

Oplossing: Spiegelklemmen iets losser zetten.

Voorbeeld: Afbeelding 11 toont een uitsnede van een opname door kgunessee op Stargazers Lounge van de Hartnevel, genomen met een SkyWatcher 130PD waarvan de hoofdspiegel te vast zat. Navraag bij de eigenaar leerde dat na iets losmaken van de spiegelklemmen dit probleem verholpen was.

Pinched-optics (refractor)

Afbeelding 12: Uitgeklede lens-cell van een SkyWatcher Esprit triplet met daarin duidelijk twee rijen inbus-centreerschroeven en vier rijen oranje silicone fixeerproppen (Teleskop Austria, Esprit tuning – how we finetune Esprit80 and Esprit100).

Symptoom: Heldere sterren hebben, met name bij koud weer, een halo met puntsymmetrische dark-spikes en zien er overal hetzelfde uit (linker foto door licho52 op Stargazers lounge).

Oorzaak: De lens (of lenzen) van de refractor worden door te strak aangedraaide centreerschroeven vervormd.

Oplossing: Centreerschroeven gelijkmatig een fractie losser zetten (circa 1/8 van een 360° draai, dus circa 45°). LET OP: Dit is niet zonder risico! Bij meervoudige lensgroepen (doublets, triplets) bestaat het risico dat de lensgroep uit collimatie geraakt. Het losmaken van de centreerschroeven is het best over te laten aan een expert.

Voorbeeld: Afbeelding 12 toont een uitgeklede lens-cell van een SkyWatcher Esprit triplet met daarin duidelijk twee rijen inbus-centreerschroeven en vier rijen oranje silicone fixeerproppen.

Pinched-optics (reflector)

Afbeelding 13: De stelschroeven (B) van een standaard RC8 (foto @paulvolman).

Symptoom: Heldere sterren hebben drie donkere en drie lichte secties.

Oorzaak: De secundaire spiegel (in dit geval van een RC8) wordt door te strak aangedraaide collimatieschroeven vervormd.

Oplossing: Bij dit type telescoop is de secundaire spiegel volledig verlijmd met de aluminium plaat waarop deze gemonteerd zit. Als bij het collimeren de afstelschroeven te strak worden aangedraaid, vervormd de secundaire spiegel met dit artefact als resultaat.

Voorbeeld: Afbeelding 13 toont een standaard RC8 waarvan de stelschroeven (B) zichtbaar zijn en die bij de opname in het rode kader te strak waren aangedraaid.

Asymmetrische halo

Afbeelding 14: twee opnames met een SW Esprit 80ED, links zonder diafragma, rechts met (foto’s N. de Hilster).

Symptoom: Halo’s rond heldere sterren zijn niet rondom even helder (foto’s door N. de Hilster met een SkyWatcher Esprit 80ED).

Oorzaak: Waarschijnlijk reflectie langs binnenzijde lens-cell of een niet tot de lens-cell doorlopende coating.

Oplossing: Apertuur circa 1mm diafragmeren (kleiner maken) met een zeer gladde diafragma.

Voorbeeld: Afbeelding 14 toont twee opnames met een SkyWatcher Esprit 80ED, de linker zonder diafragma (aperture disc), de rechter met een zeer glad afgewerkt diafragma van 79mm. De telescoop wordt hierdoor f/5.06, hetgeen nagenoeg niet van invloed is op de sluitertijden.

Oneffen halo

Afbeelding 15: twee opnames met een SW Esprit 80ED, links met ruw diafragma, rechts met een gladde diafragma (foto’s N. de Hilster).

Symptoom: Halo’s rond heldere sterren hebben een stralenkrans (foto’s door N. de Hilster met een SkyWatcher Esprit 80ED).

Oorzaak: Oneffen binnenzijde van de lens-cell bij refractors of diafragma bij reflectors.

Oplossing: Lens-cell of diafragma gladder maken of apertuur circa 1mm diafragmeren (kleiner maken) met een zeer gladde diafragma.

Voorbeeld: Afbeelding 15 toont twee opnames met een SkyWatcher Esprit 80ED, de linker met een papieren diafragma (aperture disc) met oneffen rand, de rechter met een zeer glad afgewerkt diafragma van 79mm. De telescoop wordt hierdoor f/5.06, hetgeen nagenoeg niet van invloed is op de sluitertijden.

Ritchey-Chrétien (RC) centrale Astigmatisme

Afbeelding 16: Uitsnede van het midden van een opname met een RC16 met 25mm verkeerde spiegelafstand (screenshot door Robin David.

Symptoom: Sterren zijn afgeplat(ook in het midden van de opname) en de oriëntatie ervan draait circa 90 graden bij het veranderen van focus van binnen-focus naar buiten-focus en lijkt hierdoor op astigmatisme (foto’s door Robin David met een RC16).

Oorzaak: Dit is zeer waarschijnlijk geen (significante) astigmatisme van de hoofdspiegel, maar een incorrecte afstand tussen hoofdspiegel en secundaire spiegel.

Oplossing: Door middel van Ronchi-test of plate-solving de brandpuntsafstand controleren en vervolgens aanpassen (+1mm verandering van de spiegelafstand geeft een circa -10mm verandering van de brandpuntsafstand).

Voorbeeld: Afbeelding 16 toont een uitsnede van het midden van een opname met een RC16 met 25mm verkeerde spiegelafstand (gemeten met plate-solving). Na aanpassen spiegelafstand was het probleem verholpen.

Truss-RC reflectie

Afbeelding 17: In dit geval werd de reflectie door het licht van de schakelaar van een stekkerblok veroorzaakt (foto’s door ‘deepsky’).

Symptoom: In de subs, genomen met een truss-tube Ritchey-Chrétien telescoop, is een reflectie zichtbaar die lijkt op een uit-focus donut (foto’s door ‘deepsky’ met een 14″ trusstube RC).

Oorzaak: Reflectie in de secundaire spiegel van een lichtbron in de achtergrond doordat er geen light-shroud gebruikt is.

Oplossing: Door middel van een light-shroud voorkomen dat licht de secundaire spiegel kan bereiken.

Voorbeeld: Afbeelding 17 toont het stekkerblok waarvan de verlichte schakelaar de oorzaak van de reflectie was.

Reducer, flattener en coma-corrector

Ook de reducer, flattener en coma-corrector kunnen artefacten veroorzaken, zowel door pinched-optics als door een verkeerde afstand tot de camera.

Pinched-optics (reducer/flattener)

Afbeelding 18: Een William Optics Adjustable Flat6A III 0.8x Reducer / Flattener.

Symptoom: Sterren zijn niet rond en zien er overal hetzelfde uit. Het artefact verdwijnt bij wegnemen reducer/flattener (linker foto door PirateMike (CN) met een AatroTech (Telescope Service) 65EDQ).

Oorzaak: De aandrukring van de lenzengroep van de reducer/flattener zit te strak.

Oplossing: Aandrukring iets losser zetten.

Voorbeeld: Afbeelding 18 toont een William Optics Adjustable Flat6A III 0.8x Reducer / Flattener. De aandrukring is hier goed te zien (binnenste ring aan deze kant met twee kleine gaatjes). Losdraaien kan met een Lens Spanner Tool dat zich vastgrijpt in de twee gaatjes.

Incorrecte back-focus

Afbeelding 19: Als de camera te dicht bij de reducer/flattener zit, dan wijzen de sterren naar het midden, anders in de richting haaks daarop (diagram door Helmut Eichler).

Symptoom: Sterren buiten het midden van de opname zijn uitgerekt en wijzen allemaal naar het midden of in de richting haaks daarop.

Oorzaak: Verkeerde back-focus afstand (afstand tussen reducer/flattener en camera).

Oplossing: Back-focus controleren en met vulringen aanpassen.

Voorbeeld: Afbeelding 19 toont dat als de camera te dicht bij de reducer/flattener zit, de sterren naar het midden wijzen. Bij te grote afstand zijn ze uitgerekt in de richting haaks daarop (diagram door Helmut Eichler).

Filter artefacten

Filter artefacten zijn artefacten die puur door een filter veroorzaakt worden. Het probleem zit dan dus in het gebruikte filter, zoals dubbele reflecties.

Concentrische reflecties

Afbeelding 20: Opname van de Pelikaannevel met duidelijke concentrische sterren (opname door N. de Hilster).

Symptoom: Heldere sterren vertonen meerdere vrijwel concentrische reflecties. In het midden van het beeld zijn ze volledig concentrisch, verder naar buiten verschuiven de dubbele reflecties naar buiten (dus weg van het centrum van de foto).

Oorzaak: In dit geval betrof het dubbele reflecties binnen de oude stijl H-alpha en S-ii filters van ZWO. Deze filters zijn tot juni 2018 door ZWO op de markt gebracht en herkenbaar aan de wit/gele kleur (voor-/achterkant). Na juni 2018 heeft ZWO de filters verbeterd en waren ze herkenbaar aan de wit/paarse kleur. Na medio 2020 zijn ze wederom verbeterd, maar helaas hebben ze weer de oude wit/gele kleur gekregen, waardoor ze lastig te onderscheiden zijn van de oude stijl filters. Zie deze post voor tests met de eerste twee type filters.

Oplossing: Er is geen oplossing hiervoor (anders dan het vervangen van de filters).

Voorbeeld: Afbeelding 20 toont een opname van de Pelikaannevel met duidelijke concentrische sterren. Na vervanging door nieuwe stijl ZWO filters was dit artefact verdwenen.

Concentrische flats-artefacts

Afbeelding 21: ZWO EFW filterwiel waarbij één van de filters voorzien is van een filtermasker (foto N. de Hilster).

Symptoom: Flats vertonen concentrische cirkelvormige artefacten.

Oorzaak: Lichtlekkage langs de randen van unmounted filters.

Oplossing: ZWO heeft voor hun unmounted filters speciale maskers die de randen afdekken en waarmee deze artefacten volledig verdwijnen.

Voorbeeld: Afbeelding 21 toont een ZWO EFW filterwiel waarbij één filter voorzien is van een filtermasker (de rest volgde later).

.

Camera artefacten

Camera artefacten zijn artefacten die puur door de camera veroorzaakt worden. Het probleem zit in de meeste gevallen dus in de camera, zoals tilt van de sensor, micro-lensing en variërende Gain en Offset van de photo-sites.

Sensor tilt

Afbeelding 22: Een van de manier om met een laser de sensor-tilt te controleren, voor meer info zie de beschrijving van Andrew Burwell.

Symptoom: Sterren zijn in toenemende mate in één richting uitgerekt.

Oorzaak: De camera zit niet haaks achter de telescoop, veroorzaakt door tilt in de bevestiging van de focuser aan de telescoop of van de camera aan de focuser, in veel gevallen veroorzaakt doordat de camera niet geschroefd maar met een klemverbinding aan de focuser bevestigd is.

Oplossing: Camera met schroefverbinding bevestigen, een tilt-adapter toepassen en afstellen.

Voorbeeld: Afbeelding 22 toont een van de manier om met een laser de tilt van de camera-sensor te controleren en eventueel af te stellen. Bij deze methode zit de camera aan een 2″ lagerblok gemonteerd, maar er zijn goedkopere oplossingen waarbij de camera slechts op een plankje rust (direct onder de video). Als alternatief kan met behulp van een Bahtinov-masker (dus zonder laser) de tilt verholpen worden.

Micro-lensing

Afbeelding 23: Links een doorsnede van een beeldchip (M. Abramowitz, M.W. Davidson, “Concepts in Digital Imaging Technology: Microlens Arrays”) met links een photo-site met micro-lens en rechts zonder micro-lens. De foto rechts toont een wiskundige reconstructie van het artefact door Mark ‘sharkmelley’.

Symptoom: Heldere sterren hebben acht duidelijke reflecties (of een veelvoud ervan) die soms versmelten tot een helder vierkant rondom de ster.

Oorzaak: De foto is gemaakt met een camera die voorzien is van micro-lenzen, zoals de ZWO ASI1600MM of QHYCCD QHY163. Deze micro-lenzen zorgen voor extra lichtopbrengst in de photo-sites (pixels), maar geven ook reflecties richting het sensor-window. Het zijn deze reflecties die voor het artefact zorgen.

Oplossing: Voor dit artefact is (nog) geen oplossing (anders dan een ander type camera te gebruiken). Wellicht dat dit ooit softwarematig op te lossen is.

Voorbeeld: Afbeelding 23 toont een doorsnede van een beeldchip met links een photo-site met micro-lens en rechts zonder micro-lens. De foto rechts toont een wiskundige reconstructie van het artefact, dus wellicht dat er ooit een softwarematige oplossing komt voor het onderdrukken hiervan.

Monochroom Bayer-patroon

Afbeelding 24: Opname van de Zon in H-alpha met de QHY163 mono, links gestapeld in AutoStakkert zonder blur, rechts met 1.5px blur.

Symptoom: Monochroom-opnames vertonen een schaakbordpatroon (met name zichtbaar bij lucky-imaging van de Zon in witlicht en H-alpha).

Oorzaak: Volgens Qiu Hongyun, de oprichter en CEO van QHYCCD wordt dit veroorzaakt doordat de foto gemaakt is met een camera die voorzien is van een beeldchip die oorspronkelijk ontwikkeld is voor een OSC-camera (in dit voorbeeld een Panasonic MN34230ALJ Maicovicon® sensor die o.a. gebruikt wordt in de ZWO ASI1600MM en QHYCCD QHY163 mono). De photo-sites op deze beeldchip zijn reeds voorbereid voor het gebruik met een Bayer-kleurenfilterlaag en hebben daarom iets andere instellingen voor Offset en/of Gain per RGB photo-site.

Oplossing: In AutoStakkert! op te lossen door bij stacken een anderhalve pixel blur toe te passen (via experimental settings). Aangezien het toepassen van de blur voorafgaand aan het stacken gebeurt, gaat dit niet ten koste van het detailniveau.

Voorbeeld: Afbeelding 24 toont een opname van de Zon in H-alpha met een Lunt LS80THA refractor en QHY163 mono camera. De opname is twee keer met AutoStakkert! verwerkt: links stacking zonder blur, rechts met 1.5px blur.

IJsvorming

Afbeelding 25: Opname van M63 met langs de randen takvormige ijsvorming (foto door @paulvolman).

Symptoom: Subs vertonen vreemde vlekken in het midden of donkere takken (dendrieten) langs de randen.

Oorzaak: IJsvorming dat optreedt bij gekoelde camera’s.

Oplossing: Er zijn twee soorten gekoelde camera’s: die met desiccant-tabletten droog gehouden worden en die met een edelgas (Argon, etc.) gevuld zijn. De desiccant-tabletten kunnen in een oven of in de magnetron gedroogd worden. De gasgevulde camera’s verliezen op den duur hun gasvulling, waarna hervullen noodzakelijk is.

Voorbeeld: Afbeelding 25 toont een opname van M63 met langs de randen takvormige ijskristallen.

Vuil

Vuiligheid in de optische trein, vooral die in de eerste centimeters vanaf de beeldchip, kunnen voor zogenaamde Dust-bunnies zorgen.

Dust-bunnies

Afbeelding 26: het berekenen van de afstand tot het stofje dat de dust-bunny veroorzaakt.

Symptoom: Donut-vormige donkere gebieden van verschillende grootte in de astro-opnames.

Oorzaak: Het merendeel van de opvallende dust-bunnies wordt veroorzaakt door stofjes op slechts twee locaties: het sensor-window en camera-window. Afhankelijk van de afstand tot de beeldchip kunnen stofjes op de filters ook nog duidelijke dust-bunnies veroorzaken, maar over het algemeen veroorzaken stofjes op oppervlakken die verder gelegen zijn dan enkele centimeters van de beeldchip geen duidelijk zichtbare dust-bunnies meer.

Oplossing: Er zijn twee oplossingen: Het nemen van flats en die toepassen in de verwerking of het goed schoonmaken van de camera (een combinatie is uiteraard ook mogelijk).

Voorbeeld: Afbeelding 26 toont een flat-frame, genomen met een SkyWatcher Esprit 150ED refractor en ZWO ASI1600MM Pro Cool monochroom camera. Er zijn drie maten dust-bunnies zichtbaar. De kleinste worden veroorzaakt door stofjes die direct op het sensor-window zitten (dat is het glasplaatje dat aan de beeldchip vastzit), de volgende maat zit op de binnenkant van het camera-window (het glasplaatje dat in de camerabehuizing zit), de grootste worden veroorzaakt door stofjes op de buitenkant van het camera-window. De afstand vanaf de beeldchip waar het stofje zit kan berekend worden uit de diameter van de dust-bunny in pixels, vermenigvuldigd met de pixelgrootte en met het f-getal (het antwoord staat in dezelfde eenheden als de pixelgrootte). De tabel in afbeelding 20 laat dit zien voor de f/7 Esprit 150ED en een pixelgrootte van de camera van 3.8 micron. Uiteraard wordt de afstand beïnvloed door de breking van het licht door de glazen windows. Indien de dikte en samenstelling ervan bekend is, dan kan een correctie voor de afstand berekend worden. In geval van de ASI1600 is het camera-window gemaakt van BK7-glas met een dikte van 2mm, de correctie hiervoor is vervolgens 0.34 x 2 = 0.68mm (het stofje lijkt dichterbij te zitten dan het werkelijk zit). De dikte van het protect-window op de beeldchip is onbekend, maar als we uitgaan van 1mm, dan volgt de correctie hiervoor van 0.34mm. De buitenste stofjes zitten dus op minstens 4.4+0.3+0.7 = 5.4mm van de beeldchip (de berekening is niet 100% sluitend: het camera-window zou 2mm dik zijn, maar uit de berekening volgt 1.5mm).

Vuile correctorplaat

Afbeelding 27: de volledige opname van een heldere ster met een vieze Intes MK-72 Maksutov (foto @paulvolman).

Symptoom: Heldere sterren in subs genomen met een Maksutov telescoop hebben een grote halo.

Oorzaak: Vuil op de correctorplaat.

Oplossing: Correctorplaat schoonmaken (deze video voor uitleg laat zien hoe dit met een SCT te doen, maar de methode is ook prima toepasbaar op een Maksutov).

Voorbeeld: Afbeelding 27 toont de volledige opname van een heldere ster met een vieze Intes MK-72 Maksutov.

Externe factoren

Artefacten worden niet altijd door de telescoop en optische trein veroorzaakt. Soms spelen externe factoren, zoals obstructies boven de opstelling of de sterrenwacht zelf een rol in het veroorzaken van artefacten.

Roterende diffraction-spike

Afbeelding 28: De zijkant van de opening van een koepel kan diffraction-spikes veroorzaken.

Symptoom: Diffraction-spike die met de tijd verdraait (de linker foto is gemaakt door Arie Bakx met een 10″ newton in een 2 meter diameter ScopeDome).

Oorzaak: De telescoop kijkt tijdens de opname gedeeltelijk tegen de rand van de opening in de koepel. Aangezien deze rand vrijwel recht is, zal hier een driffractiepatroon ontstaan die haaks op die rand zit.

Oplossing: Koepelaansturing opnieuw synchroniseren. Niet alle software kan goed overweg met een side-by-side opstelling onderweg. Als er geen instelling in de software is voor de laterale offset, dan zal dit het geval zijn.

Voorbeeld: Afbeelding 28 toont de koepel die de draaiende diffraction-spike in bijgaande animatie veroorzaakte.

Gecombineerde lichte en donkere diffraction-spike

Afbeelding 29: Een typisch geval van een locatie waar we diffraction-spikes mogen verwachten.

Symptoom: Combinatie van een lichte diffraction-spike met haaks daarop een donkere. Het artefact is overal gelijk (de linker foto is gemaakt door Malcolm M met een Takahashi FS60CB).

Oorzaak: De telescoop kijkt tijdens de opname door overhangende kabels (hoogspanning, telefonie). Aangezien deze kabels vrijwel recht zijn, zal hier een lichte driffraction-spike ontstaan die haaks op die kabel zit en een donkere evenwijdig eraan.

Oplossing: Opstelling verplaatsen.

Voorbeeld: Afbeelding 29 toont typisch geval van een locatie waar we diffraction-spikes mogen verwachten (Pole of the Month – September 2022).

Donkere rand bij planeetopnames

Afbeelding 30: twee opnames van Mars gemaakt op 26 december 2022, maar met twee verschillende camera’s (N. de Hilster).

Symptoom: Bij planeetopnames is langs (een deel van) de rand een donkere schaduw zichtbaar.

Oorzaak: Martin R Lewis beschrijft op zijn website dat er geen eenduidige verklaring is voor dit verschijnsel. Sommige camera’s lijken meer last van dit verschijnsel te hebben, net als sommige telescopen, maar tegelijkertijd lijkt ook de seeing een rol van belang te spelen.

Oplossing: Experimenteren met andere camera(‘s) en omstandigheden om zo de optimale situatie voor de gebruikte set-up te vinden. Daarnaast zou een apodising-mask een gunstig effect te hebben, maar meer onderzoek hiernaar is vereist. Ook het verscherpen van de data terwijl de planeet op een lichtere achtergrond geplakt is, helpt bij het voorkomen van het edge-rint effect.

Voorbeeld: Afbeelding 30 toont twee opnames van Mars gemaakt op dezelfde avond, maar met twee verschillende camera’s. Hoewel met de ASI174MM over het algemeen geen edge-rint zichtbaar is, komt dit ook bij die camera voor.

© 1 april 2023, Nicolàs de Hilster & starry-night.nl

Leave a Comment

Scroll to Top