Fotografia Astronomica dalla città.

Queste righe non hanno l'ambizione di essere un Vademecum per chi inizia ad avvicinarsi alla fotografia astronomica, ma hanno solo lo scopo di documentare quanto ho appreso in questi tre anni di esperienza con questo hobby. Qui voglio solo dare dei consigli e qualche dritta su come agevolare la fotografia astronomica, riprendendo da siti inquinati. E Vi posso assicurare che il mio terrazzo è veramente invaso dalle luci, sia delle case e locali vicini, e soprattutto dall' illuminazione stradale della via confinante, che sicuramente non è a norma ( proiettori semisferici che irradiano oltre l' angolazione consentita con dispersione della luce anche verso l 'alto ). Di recente ho misurato con strumento apposito il valore preciso dell' SQM (  Sky Quality Meter ) al mio zenit ( circa 60° di altezza) : oscilla tra i 18,00 e i 18,50. Quindi non c'è dubbio che sia un cielo pessimo.                                                                                                                                                                                                                                          La Postazione.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                La postazione è la mia terrazza, con visuale Sud - Sud Ovest, confinante proprio con la pubblica via, ed a stretto contatto con uno di questi lampioni ( sei/ sette metri ), che purtroppo rimane anche un poco piu' alto del terrazzo stesso, e quindi fonte di una forte irradiazione luminosa. L' unico pregio di questa terrazza, è che posso vedere la Stella Polare, fondamentale per un buon allineamento polare della montatura, ma non essenziale. Oggi con le montature moderne ed apposite funzionalità, si può ovviare a questo, quindi fare un corretto stazionamento anche senza vedere la Polare, ma alla fine lo storico metodo Bigourdan rimane il migliore per chi non può vederla.                                                                                                                                          All' inizio avevo optato per una soluzione fissa, segnando sul pavimento i punti dove toccavano le gambe del treppiede, ( una volta ottenuto un buon allineamento), ed addirittura avendo fissato i piedini antivibrazione. Il tutto coperto da una intelaiatura leggera in legno e da un robusto telo trasparente ( costruzione molto simile alle comuni serre invernali per vasi ), e non sporgente dal davanzale piu' di 20- 30 cm., per non incorrere in problemi di estetica con condomini e vicinato.                                Sportello apribile frontale, in modo che all' occorrenza, tiravo tutta la struttura di copertura indietro, ed avevo la montatura pronta per l'uso. Il tutto logicamente ben ancorato al muro ed al davanzale. Ma ciò non è bastato, in quanto dopo la brutta esperienza,  durante la quale una specie di tromba d'aria di fine estate, mi ha fatto ritrovare tutta l' attrezzatura ( copertura compresa), accatastata in fondo al terrazzo ( per fortuna senza troppi danni ), ho desistito dal continuare.                                      Consiglio quindi vivamente di riporre tutta la nostra cara strumentazione dentro le mura di casa, a meno che non si abbia la fortuna di avere un terrazzo a tetto e di poterci costruire una struttura permanente e ben solida. Per lasciare,  almeno il treppiedi e la montatura montati ed a livello, pronti per l'uso, ho autocostruito questo comodo e pratico carrello, con ruotine in gomma e piedini autolivellanti per un preciso stazionamento in bolla ( vedi fig. 1 ), e che posso spostare velocemente dall' interno all' esterno senza problemi. Per ripararmi un poco dalla luce del lampione, ho ritagliato un pannello di multistrato fenolico spessore mm. 15 ( resistente all' acqua ), che funziona come schermatura alla luce,  e che alzo ogni volta che decido di riprendere, fissandolo momentaneamente al davanzale con dei morsetti da falegname ( vedi fig. 2 ).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Lo Stazionamento Polare.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Quando si presenta una serata proficua, si inizia a predisporre il set-up. Nel mio caso, trasporto il carrello con treppiedi e testa equatoriale,  in terrazzo. Monto tutta l' attrezzatura, come se già fossi in fase di ripresa, ed eseguo un bilanciamento ben accurato. Aspetto che si renda visibile la Polare, e poi con l' aiuto del  programma free Polar Finder, controllo dove va posizionata accuratamente all' interno del cannocchiale polare. Una volta fatto questo, inizio con l' allineamento a due stelle. Mi devo accontentare di quello a due stelle, in quanto il Synscan, la terza stella la fa scegliere sempre dal lato opposto alle prime due, quindi invisibile dal mio terrazzo: ma questo non è mai stato un problema per trovare gli oggetti con il go-to. Consiglio a chi ha già fatto un minimo di esperienza, di fare l' allineamento già con la camera di ripresa, avendo cura, prima di spostarsi sull' oggetto da riprendere, di aver eseguito una messa a fuoco piu' fine possibile, e possibilmente su una stella non molto luminosa e vicina al campo da riprendere.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      La ripresa.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Nelle riprese cittadine, e a maggior ragione dal terrazzo, il tempo della ripresa non è mai troppo lungo, al massimo di 2- 2,5 ore. Questo perchè ovviamente siamo vincolati dalla visuale limitata, da tetti, terrazzi superiori, palazzi, alberi e quant'altro. La mia esperienza mi suggerisce di studiare prima bene l' oggetto, e di vedere magari mediante un planetario ( io uso Stellarium ), quando l'oggetto mi entra in visuale , ( da dietro il muro, oppure da sopra al balcone ...). In quel momento io devo essere già a fuoco sia con la camera di ripresa, sia con la camera di guida, cioè già con i punti di messa a fuoco settati prima su altri soggetti. A questo punto inizio a riprendere da circa un altezza di 60 ° , fino a quando l' oggetto si abbassa intorno a massimo 25° -30°. A quel punto le riprese saranno così bianche, che non vi sarà piu' alcun segnale utile, e quindi non vi è piu' ragione di continuare. Appena l 'oggetto mi entra nel campo eseguo dei scatti di anteprima per curare l' inquadratura, ed inoltre inizio a fare le calibrazioni con la stella guida appena trovata. Quando l'inquadratura è a posto e la guida si è sistemata ( passano sempre quei cinque minuti di assestamento), inizio la serie di riprese. E per questo è utile fare un solo soggetto anche in piu' sessioni, fino ad accumulare segnale sufficiente a sfornare una foto interessante. Per questo ritornano molto utili programmi di plate-solving, che permettono di ricentrare l'oggetto anche a distanza di piu' giorni, facendo corrispondere l' inquadratura con una precisione dell'ordine dei pixel. E' ovvio che per poter fotografare da un cielo con un SQM intorno a 18, e soprattutto con la forte interferenza di luci parassite, abbiamo bisogno di filtri interferenziali. Nelle mie condizioni sono perfettamente conscio che la soluzione migliore sarebbe l'uso di un sensore monocromatico abbinato all 'uso di filtri a banda stretta o strettissima, che tagliano completamente sulle righe di emissione delle luci parassitarie. Ma la procedura non mi entusiasma e continuo a riprendere a colori. Ho utilizzato per esperienza tre tipi di filtro. Un Astronomik UHC,  un IDAS LPS P2, un IDAS V4. I miei giudizi sono questi : l ‘UHC buono come capacità di scurire il fondocielo, e sugli oggetti  nebulari  ad emissione H. Lascia però molto scompenso nei colori, e quindi molto lavoro in post-elaborazione. Idas LPS P2 , molto valido e corretto cromaticamente, ma inadatto per cieli molto inquinati. Il migliore per il momento ed in relazione al mio sito, l ‘Idas V4 , molto chiuso ma bilanciato cromaticamente. Utilizzando dei filtri, è ovvio che si taglia un bel po’ di luce che va a colpire il sensore, quindi è matematico che per registrare segnale utile, vanno allungati i tempi dei singoli frames.  Ritengo che utilizzando un filtro abbastanza  stretto non si possa scendere sotto i  5 minuti, ma attualmente di regola , ho visto che un buon compromesso sono sette minuti a frames.  Per poter ottenere stelle puntiformi  con questa lunghezza di esposizione, è essenziale una buona guida e calibrazione della stessa.  Fare affidamento quindi  a camere guida sensibili e curare molto il bilanciamento iniziale.

Figura 1
Figura 1

Sessione Fotografica dall' Osservatorio

Dal mese di Agosto 2016, avendo avuto la possibilità di avere una piazzola a mia disposizione, messa gentilmente a disposizione dal collega Tommaso Rubechi, posso sfruttare al meglio le mie serate fotografiche.                                                   Già il fatto di poter riprendere sotto un cielo discreto ( SQM 20,40 media ) a nemmeno dieci chilometri da casa è un vantaggio non indifferente. Non dispongo, almeno per il momento, di un osservatorio con colonna fissa, ma come detto di una piazzola dentro il recinto dell'osservatorio, con una centralina per la derivazione dell'alimentazione di rete e della linea etheret che arriva poi alla postazione fissa dove teniamo i computer. Io lascio in sede solo il treppiedi della NEQ 6 Pro, sempre allineato al Polo Nord e livellato, che copro alla fine di ogni sessione con dei robusti sacchi in pvc. Per essere operativo, in questo modo, non impiego piu' di 30 - 35 minuti, e diciamo ( incrociando le dita ), che non ho piu' buttato nessuna serata per problemi riguardo all'allineamento e alla guida, ma , se successo,  solo per problemi tecnici al set-up. Di seguito descrivo le fasi della sessione fotografica:                                                                                                                                                                                           1) Verifica ogni volta della bolla del treppiedi  ( Fig. 1 ), che potrebbe spostarsi per piccoli assestamenti del terreno, urti e colpi di vento . Una volta verificata la bolla, essendo il fermo della flangia ( puntatore ) sempre diretto al Polo Nord, posso con tranquillità fissare la testa equatoriale della NEQ 6 Pro, stando certo di vedere comparire dentro al cannocchiale polare, la Stella Polare ( alfa Ursa Minor ), molto prima della notte astronomica, appena inizia il crepuscolo.  Si dà per scontato che il reticolo del cannocchiale Polare è perfettamente in linea con l'asse di A.R.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   2) Settaggio della Home Position ( della posizione iniziale ) ( Fig. 2 ) : con questa operazione, molto importante e fondamentale, faccio in modo che i due assi di AR e DEC, siano perfettamente perpendicolari tra loro. Ruoto l'asse di A.R. finchè non è perfettamente in bolla, setto il cerchio graduato alle ore 16. Poi lo riporto a 0 nella scala graduata. A questo punto ruoto l'asse di DEC, lo metto perfettamente in bolla e setto il cerchio graduato sottostante a 90 °. Fatto questo lo riporto poi a 0 nella scala graduata. Da  questo momento i due assi sono perfettamente perpendicolari tra loro, quindi serro le frizioni.                                                                                                                                                                                                                                            3) Collegamento della montatura ad Eq-Mod ( Fig. 3 ): una volta messa la montatura in posizione 0 ( Home Position ), la accendo e la collego con il PC Server ( il portatile che tengo nei pressi della montatura ). A questo punto con il cavo apposito dal tastierino vado in PC Direct Mode, quindi non ho piu' bisogno di fare niente ( cioè introdurre data, ora , etc ), ma allineo la montatura con Eq-mod. Setto la posizione zero come posizione iniziale, poi dò il comando alla montatura di girare per posizionarsi con il cerchietto polare nella posizione giusta. Infine con i movimenti manuali di Dec e AR centro la polare perfettamente al centro del cerchietto polare, stringo bene il tutto, e riporto la montatura in posizione zero. Siamo pronti per l'allineamento a una o piu' stelle ( di solito allineo a tre, che è la cosa migliore).   Ovviamente con la massima attenzione, si montano le ottiche, e si procede con un bilanciamento molto accurato, garanzia poi per una guida efficace.                                                                                                                                                                                                                                                 4) Collegamento a Cartes du Ciel ( o altro qualsiasi planetario ):  apro CdC, e mi collego ad esso tramite Eq-Mod, scelgo la prima stella di allineamento, che di solito se è stato fatto tutto a regola d'arte,  anche con il C 8 a piena focale dovrebbe stare nei pressi del centro immagine. Per l'allineamento apro ovviamente anche il sw di acquisizione che per la reflex è Backyard Eos, mentre per la CCD è EzCap.  Metto a fuoco a grandi linee, centro la stella con le preview del software, e una volta centrata confermo a Cartes du Ciel che la stella è centrata. Scelgo la seconda stella dall'altra parte del meridiano e ripeto l'operazione confermando sempre al planetario il secondo allineamento. Poi scelgo la terza stella piu' vicino possibile al soggetto da fotografare, e magari di non elevata luminosità. Su questa stella cerco di fare il fuoco piu' accuratamente possibile, perchè poi da questa fase, si inizierà a fotografare.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           5) Terminate le fasi precedenti, con CdC vado a puntare l'oggetto scelto da fotografare. Se tutto è stato fatto per il meglio, una volta che la montatura si è posizionata, il DSO sicuramente è al centro dello scatto, o poco distante. Tramite sempre le preview dei sw di acquisizione si cerca di inquadrare l'oggetto nel migliore dei modi, e una volta fatto si avvia l'autoguida, ovviamente dopo aver messo perfettamente a fuoco la camera guida e scelto una stella opportuna.                                                                                                                                                                                                                                                                                6) Inizio della sequenza: appena la guida si è sistemata ( pochi minuti dopo l'avvio ), possiamo dare il via alla sequenza impostata  con i vari sw messi a disposizione dell'astrofilo. Sicuramente con la mia ancora poca esperienza, posso affermare che con reflex o camere CCD a colori, per avere delle foto discrete, servono acquisizioni di almeno tre o quattro ore ( o anche piu' ) a seconda della difficoltà dell'oggetto. Molte volte infatti le sessioni vanno ripetute una o piu' sere, e a questo punto vengono introdotte altre problematiche che sono quelle derivanti dall'inquadrare perfettamente il soggetto nelle varie serate.

La Tecnica delle pose brevi ( Lucky Imaging )


 

 

 

Da qualche tempo si parla di Lucky Imaging nella astrofotografia amatoriale del cielo profondo ( Deep Sky ), ma a dire il vero con una indicazione impropria, in quanto per L I si intende la possibilità di ottenere delle esposizioni fortunate ( lucky exposures da David L. Fried nel 1978 ) in una lunga serie di scatti. Durante le prime applicazioni si era generalmente convinti del fatto che l'atmosfera sfocasse l'immagine degli oggetti astronomici e la FWHM dello sfocamento era stimata ed utilizzata nella cernita delle esposizioni. Le immagini riprese dai telescopi di terra sono soggette agli effetti distorsivi delle turbolenze atmosferiche (responsabili del fenomeno della scintillazione). Molti programmi di imaging astronomico richiedono delle risoluzioni più alte di quanto sia possibile ottenere senza un qualche fattore di correzione delle immagini. Il lucky imaging è una delle tecniche utilizzate per limitare gli effetti atmosferici. Utilizzata ad una selezione pari o inferiore all'1%, questa tecnica permette di raggiungere il limite di diffrazione persino di un telescopio da 2,5 m di apertura, migliorando la risoluzione di un fattore 5 rispetto agli altri sistemi standard di formazione dell'immagine. Il principio di base è che la turbolenza atmosferica che normalmente limita la risoluzione delle osservazioni a terra è un processo statistico. Se le immagini vengono scattate abbastanza velocemente da congelare il movimento causato dalla turbolenza, scopriamo che un numero significativo di fotogrammi è molto nitido, in effetti, dove le fluttuazioni statistiche sono minime. Combinando queste immagini nitide possiamo produrne una molto migliore di quanto sia normalmente possibile da terra.

 

Ma la lunghezza delle esposizioni parlando di vera e propria Lucky Imaging si attesta a frazioni di secondo, mentre il numero di frames è molto alto attestandosi anche a decine di migliaia di frames. E’ per questo che in queste righe voglio parlare piu’  propriamente di Tecnica delle Esposizioni Brevi a livello amatoriale, intendendo in questo caso esposizioni che vanno da 1” fino ad un massimo di 20” – 30” , limite che secondo me viene posto dal fatto di non utilizzare un sistema di autoguida, e vincolato quindi anche dalla lunghezza focale utilizzata. Ed un numero ragionevole di frames che possono andare da qualche centinaio a poche migliaia. Questa tecnica è già usata e consolidata da molto tempo in alta risoluzione ( Hi-Res ), nella fotografia planetaria e lunare, con lo stesso principio e tramite la selezione di filmati dove viene impiegato un certo numero si scatti al secondo, sempre con lo stesso scopo di congelare il seeing. Ma nella fotografia del profondo cielo sta affacciandosi da poco tempo,  in concomitanza con lo sviluppo ed il perfezionamento di sensori adatti allo scopo, i sensori CMOS, divergendo dalla tecnica tradizionale che faceva uso di sensori CCD e della tecnica della lunga posa. E da qui bisogna iniziare a fare chiarezza, evitando di cadere in “ luoghi comuni “,   andando a conoscere  meglio il funzionamento e le caratteristiche del sensore CMOS , e poi andando a selezionare gli oggetti che piu’ si rendono adatti ad essere fotografati con questa tecnica.

 

 

 

Il sensore CMOS

 

Sia la tecnologia CCD che la tecnologia CMOS si basano sull’utilizzo di diodi fotosensibili. L’unità fotosensibile, il diodo,viene colpito da un raggio di luce che viene convertito in carica elettrica grazie al cosiddetto effetto fotoelettrico (il principio fu scoperto da Albert Einstein e che gli valse il Nobel per la Fisica nel 1921).

 

In un sensore CCD, acronimo di  Charged-Coupled Device (Dispositivo ad Accoppiamento di Carica),  la carica accumulata da ogni elemento fotosensibile (pixel) viene trasferita verso un numero limitato (spesso anche solo uno) di nodi di uscita per essere poi convertita in volt e veicolata come un segnale analogico verso il convertitore analogico/digitale o A/D. Tipicamente il convertitore A/D ha una risoluzione di 16 bit corrispondenti a 65536 livelli di grigio. Ciascun pixel ha il solo scopo di convertire la luce in carica elettrica e l’uniformità del segnale  (caratteristica distintiva del CCD) è molto elevata. Anche il rumore è molto basso. L’elaborazione successiva del segnale avviene esternamente al sensore stesso e l’elettronica utilizzata deve essere piuttosto sofisticata. Ma per quanto sofisticata sia,  ha il grosso limite di introdurre un rumore di lettura piuttosto elevato se confrontato con la tecnologia CMOS. Nel sensore CMOS ogni unità fotosensibile contiene la propria circuiteria, per la conversione da numero di elettroni accumulati a tensione, mentre ogni colonna contiene l’elettronica per la conversione digitale del segnale, eventualmente già normalizzata da filtri contro il rumore, ecc. L’elaborazione del segnale avviene dunque ad alto grado di parallelismo e con un’efficienza e una velocità totale di elaborazione del segnale molto elevata. Anche se la complessità del sensore CMOS è molto piu’ elevata rispetto al CCD, le economie di scala e la continua attività di ricerca hanno permesso di assottigliare sempre di più il gap e di offrire quindi altissima tecnologia a costi sempre più accessibili.

 

Andiamo ad analizzare i punti piu’ importanti che caratterizzano un sensore CMOS. 1) Bassissimo rumore di lettura: I sensori CMOS di ultima generazione sono caratterizzati da un rumore di lettura (Readout Noise o RON) estremamente basso, dell’ordine di1 o 2 e-. In pratica, il contributo al rumore totale della camere CMOS nel processo di lettura del singolo frame è estremamente ridotto se comparato con il rumore di lettura tipico di una camera CCD. Questo garantisce ai sensori CMOS di ultima generazione una efficienza nettamente superiore rispetto ai CCD, efficienza che però deve essere valutata includendo anche le altre proprietà di cui andremo a parlare in seguito.I migliori sensori CCD attualmente disponibili sul mercato, presi tra quelli commercialmente disponibili per il mercato amatoriale, raggiungono valori di rumore di lettura di 4/5 e-. Il popolare sensore CCD KAF-8300 raggiunge valori di 8/9 e- nei casi migliori. Valori di RON così elevati vanno a compromettere parzialmente le prestazioni in condizioni di scarsissimo rapporto segnale/rumore (ad esempio nelle riprese a banda molto stretta) e costringono a eseguire singole pose molto lunghe per cercare di limitare il più possibile il contributo del RON nello stacking finale 2) Corrente di buio:Partiamo da un dato di fatto: nei sensori più recenti, sia che essi siano CCD o che siano invece CMOS, la corrente di buio (dark current) – che ricordiamo aumenta con la lunghezza dell’esposizione e decresce col calare della temperatura – ormai non rappresenta più un problema. Il livello di rumore accumulato nel tempo è talmente basso da poter addirittura fare a meno della calibrazione con dark frame e bias frame, a patto di riuscire a raffreddare sufficientemente il sensore. Diversi imager fanno spesso a meno dei dark frame usando un CCD basato sul diffuso sensore KAF-8300,raffreddato a –30/–40° C, cercando però di integrare molti frame, eseguire un buon dithering e utilizzare tecniche di stacking con eliminazione dei cosiddetti outliers (ad esempio algoritmi di somma complessi come Sigma Clipping, SD Mask,etc.). Con i sensori CMOS dobbiamo però tenere in considerazione le varie disuniformità che possono rilevare sui frame. Ad esempio è comune rilevare banding verticale o il già citato amp glow, un fenomeno di elettroluminescenza che può capitare sul bordo dei frame causato dall’elettronica stessa. L’amplificatore di lettura genera infatti continuamente calore (ossia radiazione infrarossa), calore che a sua volta genera elettroni sulla matrice di pixel del sensore. Questi elettroni si vanno a sommare agli elettroni che giungono sugli elementi fotosensibili dall’esterno, falsando il valore reale. Normalmente questo fenomeno è visibile nelle fotografie a lunga esposizione (appunto perché l’amplificatore è acceso per parecchio tempo) e tende a concentrarsi in una zona ben definita del sensore (tipicamente nella zona più vicina all’amplificatore stesso).  È sufficiente eseguire una calibrazione con dark frame per eliminare questo alone, ma alcune soluzioni in commercio includono accorgimenti in grado di inibire la formazione dell’amp glow, anche se non sono in grado di correggere del tutto il problema.  3)  Il gain (guadagno) : Una proprietà molto importante delle camere basate su sensori CMOS è la possibilità di variare il gain (o guadagno). Anche un sensore CCD ha un gain e un offset (di cui parleremo successivamente) che possono essere regolati, ma tipicamente questi valori vengono impostati in fabbrica dal produttore in modo tale da essere ottimizzati rispetto all’elettronica che accompagna il sensore, pena un decadimento netto delle prestazioni. Al più si hanno gain (e offset) diversi per differenti livelli di  binning hardware (ciò non si applica ai sensori CMOS in quanto il binning avviene solamente via software,è dunque un binning fittizio). Ma cos’è il gain? In ambito elettronico il  gain è l’amplificazione del segnale luminoso rilevato dal sensore, convertito in volt, per mezzo di un circuito di amplificazione dedicato. Il circuito di amplificazione riceve in input un valore di voltaggio che viene poi aumentato (amplificato) in output. Il gain si esprime dunque in e-/ADU. L’amplificazione del voltaggio (ossia del segnale luminoso convertito da e- in V) consente di abbassare ulteriormente il rumore di lettura, a scapito però della gamma dinamica che viene fortemente compressa all’aumentare del gain. Questo è il compromesso di cui dobbiamo tenere conto, e la cui spiegazione risiede nel fatto che il convertitore A/D ha una risoluzione fissa (ad esempio 12 bit).

 

Per questo motivo, per le lunghe esposizioni è bene non eccedere col guadagno, mentre per le esposizioni molto corte è possibile alzare di moltissimo il valore di gain. La differenza rispetto al CCD è in questo caso direttamente dipendente dall’implementazione tecnologica: nel CCD l’amplificazione avviene esternamente al sensore stesso tramite una circuiteria dedicata cui confluiscono i dati in arrivo dall’intero sensore, dunque vi è amplificazione sia del segnale sia del rumore stesso e questo rumore aumenta considerevolmente a  gain particolarmente elevati. Nel CMOS, invece,l’amplificazione avviene attraverso una circuiteria dedicata a ogni colonna o addirittura a ogni elemento sensibile. Si modifica direttamente l’efficienza di conversione elettrone/tensione e vengono quindi forniti al resto dell’elettronica segnali già amplificati, di conseguenza meno sensibili ai disturbi. È per questo che il rumore di lettura nel CMOS è meno sensibile al variare del gain e anzi, alzando il gain si abbassa il rumore di lettura.4) Alta efficienza quantica L’evoluzione tecnologica dei sensori CMOS ha consentito di raggiungere valori di efficienza quantica (QE) molto elevati, quanto – se non oltre – i migliori sensori CCD. L’uso combinato di microlenti ed eventualmente della retroilluminazione (come nei sensori CMOS Sony Exmor R e Starvis) consentono punte di 70% circa di QE, con picco di sensibilità generalmente nel verde. Questo tipo di modalità operativa, che ribadiamo essere molto differente dal CCD, offre una serie di vantaggi non indifferenti:1. Grazie all’impiego di pose molto corte, l’eventuale presenza di subframe rovinati (adesempio mossi) risulterà meno penalizzante. Se perdiamo una posa da 20/30 minuti con unCCD perdiamo una fetta consistente della nostra integrazione totale, se perdiamo (anche decine) di pose da 5, 10, anche 60 secondi non ne faremo di certo un dramma. 2. A gain elevati potremo anche fare a meno dell’autoguida. Subframe da pochi secondi sono molto permissivi in tal senso ed è addirittura possibile pensare di usare sistemi altazimutali purché motorizzati. Bisognerà tenere naturalmente conto della rotazione di campo, dunque il caso è un po’ al limite, ma per certi impieghi è sicuramente possibile e in rete si trovano già diversi esempi molto interessanti. Già fare a meno dell’autoguida – fonte di grattacapi soprattutto per gli astrofotografi principianti – sarebbe un grandissimo risultato.3. L’uso di pose molto corte consente di impiegare tecniche di lucky imaging usate con profitto in alta risoluzione planetaria, e con un’accurata selezione dei frame migliori sarà possibile registrare dettagli finissimi, stelle più deboli e con aspetto più puntiforme. Si apre in sostanza la possibilità di fare una sorta di alta risoluzione del profondo cielo, specialmente su certi soggetti particolarmente brillanti e compatti, e sarà possibile ottenere immagini con un livello di dettaglio raramente visto in precedenza. 4 Abbiamo già detto che su pose molto lunghe si nota maggiormente l’effetto deleterio del seeing che si evidenzia in stelle generalmente più “grosse”.  Usando pose molto corte si avrà invece una maggiore puntiformità stellare e più dettagli fini. In altre parole, per registrare il minimo dettaglio possibile dato dall’ottica sarà ora necessario un campionamento più elevato. Ecco allora che la piccola dimensione dei pixel, di cui il sensore CMOS è solitamente dotato, potrà essere ora un vantaggio. Naturalmente senza esagerare! 5. La somma di tantissime immagini di durata molto breve consente di ovviare al problema della riduzione della dinamica quando vengono impostati gain elevati. Come per l’alta risoluzione planetaria, sommando tantissime immagini si aumenta il range dinamico e la profondità in bit. La regola è molto semplice: a parità di tempo di esposizione del subframe, per duplicare il range dinamico (ossia aumentare di 1 stop la dinamica) bisognerà quadruplicare il numero di pose. Naturalmente vi potrà essere un limite pratico oltre il quale non diventa più conveniente andare. Se il sensore CMOS è invece dotato di un convertitore A/D a 14 bit il problema è meno sentito a basso guadagno.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La mia personale esperienza:

 

Dopo aver letto parecchio in rete e visto le foto di altri colleghi che già sfruttano questa tecnica, ho prima di tutto acquistato la strumentazione necessaria. La mia opinione personale è che questo metodo di fotografia astronomica non è adatto a tutti i soggetti, ma solo a quelli piu’ luminosi e dove bisogna tirare fuori dettaglio. Quindi sicuramente ottimo per le galassie e per le nebulose planetarie. Le galassie sono state sempre il mio debole, e fotografarle in primo piano ad alti ingrandimenti è stato sempre il mio sogno. Ho avuto in precedenza un Celestron C 8 XLT, ottimo strumento sfruttato a pieno, ma ovviamente con i suoi limiti. Il mirror-flop e l’imaging-shift sono grossi handicap di questo strumento, e quando si alza l’asticella della qualità della foto ne limitano parecchio il risultato. Con il C8 ho fatto buone foto con focale ridotta, e pochissime sfruttandolo a piena focale. Poi vedendo meravigliose foto di galassie in primo piano sulla rete ad alti ingrandimenti,ho capito quale era la strada da scegliere. Per fare quelle foto o si ha a disposizione  una montatura di alto livello ed uno strumento di diametro notevole quindi poter disporre di un badget molto elevato, oppure sopperire al diametro con un piccolo sensore che faccia da lente di ingrandimento per restringere il FOV, a costi naturalmente notevolmente ridotti. La scelta è caduta quindi su questi componenti: a) Ottica Newton Skywatcher 254/1200 f 4,8 b) Camera ASI 178 MC cooled. Il primo devo dire un ottimo strumento logicamente in relazione alla qualità/prezzo, definito da tutti un pozzo di luce in quanto ha un rapporto focale di 4,8 quindi molto veloce. Il rovescio della medaglia ovviamente è la grande stazza ed il peso. Posso confermare che con pazienza è ancora gestibile dalla infaticabile montatura NEQ 6 Pro, anche se veramente proprio al limite, ed in assoluta mancanza di vento. Per la ASI 178 quando scrivo queste righe sono ancora alle prime esperienze, però ne posso confermare la buona sensibilità e facilità di uso. Un poco fastidioso l’amp-glow che anche in fase di calibrazione non riesco ad eliminare del tutto. Quindi ricapitolando la strumentazione c’è: montatura, tubo ottico molto luminoso, sensore cmos.

 

Una prima considerazione che ho fatto prima di provare seriamente questa tecnica è questa: uno degli scopi principali del Lucky Imaging è il congelamento del seeing, ma questo si può ottenere solo con scatti di frazioni di secondo. Un buon limite per ancora un ragionevole tempo per fissare lo scatto sarebbe di stare sul secondo, ma anche questo impone dei limiti pesanti in  termini di immagazzinamento dei dati e per la loro elaborazione. Per la tecnica delle pose brevi si ragiona quindi su tempi di esposizioni in genere tra i 5-15 secondi . Ma è evidente che  con questi tempi seppure brevissimi rispetto alla tecnica tradizionale, gli inevitabili errori sul tracking siderale delle nostre montature di fascia bassa, va ad incidere pesantemente con lo spalmare il segnale su piu’ pixel del dovuto, e quindi con una perdita di risoluzione e separazione dei dettagli. Usare un sistema di guida, è deleterio in quanto in astronomia amatoriale si utilizza un sistema a feedback "lento" (per quando veloci si possano impostare i tempi di reazione) e distruttivo. Il funzionamento del sistema di autoguida si avvale di una correzione che consiste in una eventuale frenata sull'asse di AR e/o una rotazione su quello di DEC se l'allineamento alla polare non è perfetto (e non lo è quasi mai). Questi movimenti avvengono quando ormai il "drifting" è già avvenuto da diversi millisecondi. Spesso si innesca un effetto "pendolo" che viene valutato accettabile nei log o guardando le stelle ma in realtà i dettagli a livello di pixel ormai sono persi o non più nitidi abbastanza da essere mantenuti nella fase di somma delle pose. Se non si utilizza l'autoguida e si allinea al meglio possibile alla polare, utilizzando anche il giusto campionamento (e quì si dovrebbe parlare di associazione fra camera e focale), non ci possono essere errori mal recuperati ma soltanto quelli periodici della guida facilmente eliminabili cestinando le pose incriminate. Come vantaggio secondario abbiamo anche quello dell'assenza di tutto il sistema di autoguida che incide non solo sui costi ma anche sul peso, sul bilanciamento e sulla immediatezza dell'operatività. Quindi andiamo a ragionare ed analizzare le fasi di ripresa e di selezione dei frames. 

 

1)    Stazionamento .

 

Questa fase deve essere molto accurata. In precedenza avevo sempre allineato al polo con EQMOD che mi ruotava esattamente la montatura in base alla data e all’orario centrando la polare nel cerchietto del cannocchiale polare. Mentre scrivo questo breve testo sto provando ad utilizzare SharpCap con la utilissima funzione del Polar Alignement che trovo nettamente piu’ precisa della precedente. Un accurato stazionamento  limiterà di molto la deriva del nostro DSO in fase di acquisizione scatti.

 

2)    Bilanciamento

 

Anche questa è una fase molto delicata, da fare scrupolosamente, soprattutto con un tubo di grossa mole come il mio newton.

 

3)    Allineamento  a tre stelle o PlateSolving

 

Fare un preciso allineamento a tre stelle è essenziale avendo un FOV molto limitato, per centrare poi successivamente il nostro DSO. Meglio ancora sarebbe sincronizzare la nostra montatura al cielo mediante un Plate solving che risulta anche piu’ preciso.

 

4)    Inseguimento siderale

 

Una volta che abbiamo allineato a tre stelle, la nostra montatura è in  grado di seguire la volta celeste nel suo movimento. Ma questo movimento non  sarà preciso in quanto abbiamo l’ Errore Periodico (PE): in una montatura è causato da imperfezioni nel treno degli ingranaggi che causano una piccola "oscillazione" attorno all'asse azionato. Gli errori più significativi sono causati dal worm al trasferimento di vite senza fine e mentre questo può essere ridotto da miglioramenti meccanici non può essere rimosso del tutto, è una caratteristica intrinseca di un drive worm. La montatura EQ6 ha 180 denti con il suo ingranaggio a vite senza fine e con velocità siderale, il verme RA si girerà una volta ogni 479 secondi facendo avanzare la ruota a vite da un dente. All'osservatore, l'errore periodico appare come deriva ciclica in RA che si verifica nel periodo del verme. Ciò può comportare un movimento totale fino a 50-60 arcsecondi su alcuni supporti (30 arcseconds è tipico). Per un osservatore visivo questo non rappresenta alcun grande problema, per coloro che si dedicano alla fotografia a lunga esposizione, tuttavia, l'errore periodico causerà una sfocatura all'immagine mentre il campo stellare si muove attraverso il sensore / film durante un'esposizione. Sebbene i produttori non riescano a rimuovere completamente l'errore periodico, possono lavorare gli ingranaggi abbastanza accuratamente da garantire che la risposta all'errore periodico sia uniforme e ripetibile per ogni rivoluzione del verme. Se è possibile registrare l'errore periodico, è quindi possibile compensarlo spostando il supporto in una direzione opposta all'errore. Questo è ciò che è possibile fare con riferimento a Correzione degli errori periodici o PEC. Mentre scrivo queste righe sto provando la funzione PEC con EQMOD che fa tutto in automatico, e una volta salvata la curva ed armonizzata con PECprep si può richiamare ad ogni sessione. Un  tracking fatto con il PEC attivato può ridurre le oscillazioni della montatura dai 30 arcsec oer ciclo,  fino a 15 o ancora meno, il tutto a vantaggio dell’inquadratura che si sposterà molto di meno per la deriva con conseguente miglioramento per pose perse, allineamento e stacking.

 

5)    Fuoco

 

Avere un fuoco preciso è quasi la parte piu’ importante di tutto il processo. Se si vogliono tirare fuori dettagli, il fuoco deve essere piu’ preciso possibile. Nel mio caso ho acquistato di recente una maschera di Bathinov e devo dire che la sua semplicità ed immediatezza di uso è ottima. Bisogna aver pazienza aspettare bene la fine delle vibrazioni del tubo quando si focheggia ed essere estremamente scrupolosi. La possibilità di avere un focheggiatore motorizzato sarebbe molto utile.

 

6)    Ripresa

 

Una volta centrato l’oggetto e fatta l’inquadratura, si parte con le riprese quindi fatte senza autoguida. Non sto qui ad indicare i valori di esposizione, gain e offset da impostare, in quanto questi valori sono dipendenti da vari fattori, quale location di ripresa e SQM medio del luogo, luminosità del soggetto e difficoltà dello stesso, etc. Per quanto mi riguarda credo che una buona base di partenza da sperimentare e settare personalmente sia fare scatti da 8-10 secondi fino a 20” se la montatura ed il tracking lo permette. Il gain partendo dai 300 per le pose piu’ lunghe fino a 420 per quelle piu’ brevi. Ogni tot scatti sempre in riferimento alla bontà del tracking ricentrare l’inquadratura avvalendosi anche dei mirini di riferimento dei software di acquisizione, e cercare di far spostare il meno possibile la stessa anche se poi in fase di allineamento si recupera bene. Ovviamente la regola che piu’ segnale si acquisisce e meglio è, vale anche per questa tecnica. Anche qui va tutto riferito poi alla potenza del nostro PC  per elaborare la grande mole di dati a disposizione. A tale scopo ho potenziato la RAM del mio vecchio pc portandola da 2 GB a  8 GB, cosa che per ora sembra funzionare , ma con pre-elaborazioni che durano anche 4- 5 ore minimo.  Diciamo che per avere una discreta foto dovremmo sempre stare almeno sulle due –tre ore vere di integrazione, e considerando che dovremmo fare anche una buona scrematura dei migliori frames gli scatti sranno sempre sull’ordine dei 1.000- 1.500 minimo. Questo dato dà una idea di quanta memoria  dobbiamo disporre per poter affrontare una elaborazione del genere.

 

7)    Selezione dei migliori frames

 

Questo è l’ultimo punto da prendere in considerazione. Diciamo è un po’ la nota dolente di tutto il processo, in quanto è il momento in cui si deve scartare la parte dei frames difettati, con stelle allungate , con meno segnale, etc . In questa fase ci vengono in aiuto numerosi programmi, perché è abbastanza palese che dato il numero proibitivo è impensabile farlo a mano. Tra quelli che conosco posso indicare Autostakkert 2, Pixinsight con la funzione Subframes Selector, DeepSkyStacker impostando la soglia e la percentuale di scarto, ed infine quello che ho ultimamente scoperto: Siril. Questo ultimo programma è molto immediato e permette di fare una preelaborazione molto veloce impostando i settaggi di selezione dei migliori frames basati su parametri diversi, oltre a mostrare dei grafici di qualità degli stessi. Se abbiamo molto materiale a disposizione consiglio di fare una selezione abbastanza spinta : il risultato finale nello stacking sarà sicuramente migliore mostrando piu’ dettagli e particolari in modo piu’ incisivo. Dipende sempre dalle condizioni meteo e da come sia stato efficace il tracking, ma credo che una media di scarto che va da un 15 fino ad un 30%  del totale, sia l’ approccio giusto.

 

 

 

Per finire, posso solo aggiungere che in  fase di elaborazione, merita particolare cura ed attenzione , la fase ed il processo di deconvoluzione, che se fatto nella maniera corretta potrà mettere in risalto quei dettagli e particolari, mi riferisco in special modo alle galassie, che tanto abbiamo faticato per poter registrare nel nostro sensore.

 

 

 

Spero che queste considerazioni con materiale trovato in rete per la maggior parte, e con la mia personale esperienza , però iniziata solo da pochissimo tempo, possano essere di spunto per la Vs. attività di astrofotografia con questa tecnica. Gradito anche l’apporto di vostre segnalazioni e/o smentite su qualcosa che possa essere stato asserito erroneamente, ma del tutto in buonafede in quanto frutto di passione e amore per questa disciplina che è l’ Astronomia.