Flat field problem

[AstroFriend]

Här fortsätter mina analyser och funderingar med djupa veck i pannan.

Tog en serie nya bilder genom fönstret med ett papper uppsatt för att simulera stjärnhimlen (bakgrunden). Tanken är att se hur olinjäriteterna uppstår och vid vilka nivåer med nuvarande flats som ligger på 50% av full signal. Det skall också visa om den flats som jag tagit på min LCD monitor är ojämnt belyst.

Flat problem linier analyze.jpg (220.52 KiB) Viewed 3914 times

Exponeringstiderna jag valt är 1/4, 1/20, 1/100, 1/500 och 1/2500 sek, en faktor 5 mellan varje, dock var ju solen på väg ner så ljuset hann att minska under fotosekvensen. Jag har adderat ihop tio exponeringar för varje för att få ned bruset. Så nivåerna får delas med 10 för att få nivån som är i raw filen. Kvällsljuset var rätt svag i det röda. Men man ser att på bilden längst vänster som ligger ungefär på samma nivå som flatsen och därmed borde minimera ev. olinjäriteter medans däremot om flatsen varigt ojämnt belyst skulle det visat sig. En viss gradient kan se men inga märkliga krökningar på kurvan. Alltså ok.

Det märkliga är nu att alla bilder ser bra ut! För att se tyligare har jag normerat den röda kanalen och delat med 10 så bilderna nedan visar direkt i raw filens nivåer. Har valt exponeringarna 1/20 och 1/100 sekund som ger de nivåer där deepsky objekten burkar liga i mina bilder, typ 50 till 150 ADU.

Flat problem linier analyze 0_20sec.jpg (353.11 KiB) Viewed 3914 times

Flat problem linier analyze 0_100sec.jpg (380.66 KiB) Viewed 3914 times

Inte ens här när jag expanderat diagrammet kan man se att flat kalibreringen gett någon linjäritetsfel som yttrar sig som en grop i den centrala delen. Jättebra, det tyder ju på att kameran är relativt linjär.

Men varför får jag den mörka gropen i bilden när jag fotar deepsky?

Det som skiljer från detta test är att de här exponeringrna var bråkdelar av sekunder mot vid verkliga förhållanden 30 till 60 sekunder. Jag vet att Canon manipulerar raw filen vid långa exponeringr, typ tar bort en extra offset som darksignalen ger upphov till för att inte stjäla av dynamikområdet. Men eftersom det sker både på light och darks vid samma exponeringstid så skall det inte betyda något, de kancelerar ju varandra.

Lite långsökt kunde man tänka sig att det blivit en kondensfläck mitt på sensorn, men eftersom detta fenomen alltid funnits mer eller mindre så lär det inte vara problemet. Dessutom skulle det ju bli ganska suddigt där och det är det inte.

Vad mer skiljer? Stjärnhimlen på oändligt avstånd och min flatskalibrering på 10cm. Linsen är ju alltid inställd på oändlighet förstås. Och flatskärmen är som en A4 och linsens diameter 11cm. Fullt tillräckligt.

Ljusläckage direkt in på sensorns runtomkring centrala del, hur sannolikt är det?

Spelar ingen roll om jag använder Deep Sky Stacker eller Fitswork.

Det enda som jag tycker ser mystiskt ut är att flatsen blir närmast som en pyramid med en spets upptill, optiken borde ge en liten avrundning där uppe. Men uppenbarligen lyckades flat kalibreringen rätta till den här simuleringen av stjärnhimlen, eller rättare sagt bakgrunden.

När jag återhämtat mig skall jag använda himlen en gråmulen kväll för att använda som flats. Jag skall också ta om flatsen på en mycket lägre nivå, lika där mina deepsky hamnar. Fast ovanstående visar ju att det fungerar bra som jag gjort min flats på 50%.

He he knepigt det här, men jag gillar ju problem :-)

/Lars

[AstroFriend]

Det är ju så här jag hade väntat mig att min simulering av himmelsbakgrunden skulle sett ut. En tydlig grop mitt i. En offset subtraherad och en normalisering mellan färgkanalerna, annars ingeting gjort.

Flat problem cener pit.jpg (21.41 KiB) Viewed 3905 times

Men den gropen om ca 20ADU skulle ju synts tydligt på bilden nedan och som man något förvånande inte kan se. Kalibreringen fungerade här. Och det är samma flats som använts i båda fallen. Innan jag gjorde subtraktionen på bilden ovan så var rådatat på samma signalnivå.

Flat problem linier analyze 0_20sec.jpg (353.11 KiB) Viewed 3905 times

En sak som jag kom på att tänka på nu, kan det vara så att det är reflexer från frontlinsen mot pappskivan som ger detta fenomen? Rent spontant känns det dock som om det skulle bli motsatta problemet. Front linsen är ju konvex och reflektionerna riktas då ut mot perferin på papperet och därmed skulle den centrala delen bli mindre belyst när jag tar flats. Men det kan ju vara någon annan inre konkav yta som ger detta, de kanske har sämre antireflexbehandling. Skulle förklara den spets jag får i mitten på mina flats som känns onaturlig och felaktig. Det är ju när jag kapar denna spets som jag får mina kalibreingar att bli betydligt bättre.

En annan problemkälla vad det gäller reflexer är sensorns yta, den är ungefär som en spegel och plan dessutom (många av de fotoner som inte detekteras reflekteras istället). Ganska lätt att kolla om det blir skillnad på reflexerna om slutaren är öppen eller inte.

Eftersom både flatsen och min simulering är tagna med ett mycket kort avstånd från frontlinsen fås samma defekt i båda fallen men de tar ut varandra, i det verkliga fallet blir fenomenet bara på flatbilden men inte på stjärnhimlen eftersom den är långt bort. Ljuset hinner inte tillbaks innan jag är klar :-)

Det här problemet borde vara störst på refraktorer, en Newton har ju mycket större avstånd mellan optik och flatscreenen. Någon som sett något liknande fenomen som skulle kunna förklaras av ovan?

Felet i kalibreringen är ju bara 20 ADU så behövs ju inte så stark reflex för att kanske ge denna felaktighet.

Något att fundera på innan man somnar igen, hur gör man för att undvika detta? Antingen flatscreenen näst ntill frontlinsen, eller mycket större avstånd. Tidigare har jag haft ett avstånd mellan 10 till 30 cm. Närmare än 10 kan jag inte komma då linsens frontskydd tar i.

Kul man i varje fall kom på en ny ide att testa.

/Lars

[Magnus Nyborg]

"Eftersom både flatsen och min simulering är tagna med ett mycket kort avstånd från frontlinsen fås samma defekt i båda fallen men de tar ut varandra, i det verkliga fallet blir fenomenet bara på flatbilden men inte på stjärnhimlen eftersom den är långt bort. Ljuset hinner inte tillbaks innan jag är klar :-) "

Kameran tar en Selfie :P

[Init4theimaging]

Prova öka avståndet till flat-boxen och labba med olika exonerings tider.
Hur är flat-boxen uppbyggd? Kan det vara den som är problemet?

Mvh,
Daniel

[AstroFriend]

Hej Daniel!
Hann att testa lite mer idag, även om flatboxen/monitorn inte är perfekt så ger den inte så lokala och stora fel. Annars är det ungefär som en skokartong framför LCD monitorn, har ökat avståndet från 2cm till 15cm mellan monitor och difusern (typ vitt papper) för att försöka få bort de sista ojämnheterna från monitorn. Är inte riktigt klar med den nya boxen så kan inte ta nya bilder på ett tag. Får ju också längre fram byta ut det vita papperet mot något lite mer rafinerat.

Nästa gång skall jag också öka avståndet ordentligt precis som du säger, från 10cm till mer än 1 meter, kanske 2 mellan difusern och kameran/teleskopet. Konstaterar att det i vissa vinklar blir ganska kraftiga reflexer från linssystemt tillbaks på difusern. Jag kan dock inte se att det blir något extra bidrag från reflexer i sensorn. Kan alltså mycket möjligt vara dessa reflexer som orsakat problemen, i varje fall en del av dom. I övrigt så tycks det fugera bra, full kontroll på vad programvaran gör nu.

Nu närmast skall jag ta flatsbilder av himlen som ett test och då skall väl kraven på avstånd vara uppfyllda.

Min förhoppning är när jag får till allt är att kunna exponera flatsen på omkring 50% av full nivå så inga extra brustillskott kommer från kalibreringen. Men är sensorn för olinjär kanske jag måste minska ned detta till 20% eller lägre, inte så bra. Ett alternativ som jag skrivit om här är ju att matematiskt linjärisera sensorns utsignal innan kalibreringen görs, fast det klarar jag bara i matlab och det har jag inget större intresse att ta tag i igen.

Konstaterade till min besvikelse idag att de fina strömförsörjnings kablar jag tillverkat till kamera, montering och dator har spruckit i isoleringen i vinterkylan, bara att göra om :-(

/Lars

[Init4theimaging]

Hej Lars.

Varför inte bara göra ett vanligt x och y diagram. Exponerings tid på x-axeln och pixelvärden på y.
Ju fler punkter desto bättre. Sen ser du ju hur sensorn beter sig, på ett lätt överskådligt sätt.
Max värdena i flatsen ska hamna lite under det värde där sensorn slutar jobba linjärt.

Mina flats funkar i både nebulosity och ccdstack2. Enligt uppgift (har inte mätt själv för att bekräfta) börjar sensorn i min kamera bli olinjär runt 42000-43000. Jag har använt värden mellan 38000-41000 utan att stöta på patrull.
Kanske är krångligare med dslr...

Mvh,
Daniel

[Gunnar K]

---
Konstaterade till min besvikelse idag att de fina strömförsörjnings kablar jag tillverkat till kamera, montering och dator har spruckit i isoleringen i vinterkylan, bara att göra om :-(

/Lars

Byt till silikonisolerade kablar. De är mjuka och smidiga, och brukar tåla -60° C kontinuerligt. :-)

Finns labbkablar med enkelledare och med olika areor. Nätkablar finns med två, tre eller fler ledare, och vanligen med 0,75, 1,0 eller 1,5 kvmm area.

[AstroFriend]

Hej Gunnar Daniel!
Ja att ta upp en kurva vore bra, har bara gjort det på CCD tidigare och där har man ju lite mer kontroll över raw formatet. Om man skall göra en precisionsmätning som man kan göra en kalibreringskurva på blir det lite svårt. En stabil ljuskälla behövs och inte så enkelt att bara använda en LED. Inte i varje fall när man varierar strömmen i den. En stabiliserad ljuskälla och ändra slutar tiden är ett annat sätt, men slutarens precision på kortare tider är ganska dålig. Om man låter mata en LED från en konstant strömgenerator och väntar tills den kommer i termisk jämvikt, och man sedan har samma värde hela tiden och sedan sätter något i strålgången, ex papper. Börja med ett, sedan 2, 4, 8 osv skall vara en ganska bra metod. Men det gäller att har mörkt i rummet så inget annat ljus letar sig fram, även i IR och UV området. Men för att bara fä en grov uppfattning behöver man ju inte göra det så avancerat. Dock så gjorde jag nya mätningar igår och det tyder på att det inte är olinjäriteten som orsakar det heller, läs mer nedan.

En sak som är krångligare med DSLR (även färg CCD för den delen) är att man tar alla färgerna på samma gång men med samma exponering. de olika färgkanalerna får i regel mycket olika exponering med en vit flatscreen. Därför använder jag LCD monitorn som jag kan skapa bilder på som exponerar alla färger likadant. Väldigt praktiskt.

Åker till ELFA och köper nya kablar, men har ju hela sommaren på mig och känner mig inte riktigt motiverad för stunden att göra om det där pillerjobbet som jag trodde var klart en gång för alla. Silicon kablar vore ju bra att satsa på, skall se om de har några som är polmärkta, 2x0.75kvmm är nog max om det inte skall bli för klumpigt i kontakten. Det går en kabel till varja föbrukare och de är inte långa så arean räcker.

Nu till min senaste mätning, blir snart som en bok, hoppas det finns saker här som andra kan ha nytta av också.

Här har jag använt flats jag tagit av kvällshimlen, nivåerna är 2000 (50%), 400 (10%) och 80 (2%). Nu skall alltså det inte vara möjligt att det kommer någon reflex från lins eller sensor tillbaks på flatskärmen. Till min besvikelse föll min ide om detta, en liten skillnad kan man ev. se men inte på stora vägar någon förbättring av huvudproblemet som ni kan se på kurvorna nedan.

Flat problem flat sky 2000 400 80 ADU.jpg (61.05 KiB) Viewed 3802 times

Man kan då dra slutsatsen att det inte borde vara någon olinjäritet som ligger bakom. Har också provat att variera offseten på light bilderna så att det inte är det som är felet, i de yttre delarna kan jag se en förbättring att vingarna planar ut, då har jag ändrat offseten med några få ADU. Det felet kommer troligen för att mina darks skiljde några grader oC från light bilderna, är ju väldigt enkelt att se på Canon då de har inbyggd temperatursensor i kamera huset.

För att ytterliggare övertyga mig att det inte är en olinjäritet har jag dividerat 2000ADU flatsen med 80ADU flatsen, en olinjäritet skulle inte gett en rak linje som mätningen visar. Se nedan:

Flat problem flat sky 2000 div 80 ADU.jpg (89.6 KiB) Viewed 3802 times

Nu måste jag komma med nya ideer var jag skall söka felet.

Radioaktiv lins? Nu börjar man bli desperat!! Men en 30sekunder flat visar bara lite ampblow uppe till höger.

Flat problem dark 30sec iso400 pos12degre.jpg (127.11 KiB) Viewed 3802 times

Jag vet att kalibreringen fungerar med mina flatbilder både på monitorn och skymmningshimlen. Men när jag använder samma på deepsky objekt fungerar det inte. Jag var inne lite på det tidigare men förkastade det som osannolikt, att det skulle vara kopplat till exponeringstiden. Flatsen tas ju på bråkdelar av en sekund medans deepsky ofta på 30 sekunder eller mer.

Om kameran haft en centralslutare kan man få sådana här problem vid mycket korta exponeringstider att centrum blir kraftigare exponerat, men nu har jag en ridåslutare. Men det är ju exakt det här jag ser på korta exponeringstider att flatsen får för hög nivå i centrum. Men kommer inga ideer i mit huvud hur det skulle kunna bli så. Mina vanliga fotografier tar jag ju nära alltid på korta exponeringstider och det har aldrig varit någon antydan på att de centrala delarna fått en extra exponering, men det är verkligen små skillnader vi pratar om här.

Alterntivet är att de långa exponeringarna skulle exponera centrum svagare, försökte med det långsökta svaret tidigare att jag fått en kondensfläck på sensorn, men jag har ju alltid det här felet (med den här kameran och optiken) så inte så övertygande.

Nästa steg blir att ta 30 sekunders flats.

Men nu skall jag vila!

/Lars

[AstroFriend]

Bara för att visa vad märkligt kalibreringen uppför sig.

Motsvarande bilder men här med bländare ändrad från 4.5 till 5.6, isotalet är 1000 istället för 400, isotalet har ingen nämvärd påverkan när jag mätt upp.

Problemen är borta!

Flat problem tv30 f5_6 iso1000.jpg (159.53 KiB) Viewed 3765 times

Man borde ju alltså helt kunna bortse från allt jag skrivit tidigare.

När jag tittar in i linsen och ändrar bländaren mellan 4.5 och 5.6 kan man se en del ytor som kommer fram som ev. kan ge reflexer in mot sensorn. Men skilnaden när jag tar flats på kort exponeringstid eller på deepsky med motsvarande nivå som flats bör ju ge samma reflexer. Bara exponeringstiden skiljer åt.

I de föregående bilderna kan man också se nackdelen med att ligga på en lägre nivå med flatbilderna, ger ökat brus i slutresultatet.

Nu kan man ju nöja sig med att alltid arbeta med bländare 5.6 och slippa alla bekymren, men man vill ju förstå vad man håller på med också!

/Lars

[AstroFriend]

Kom på en liten intressantsak att testa. Temperaturen skiljer ju en hel del när man tar flats inomhus och när man fotar deepsky. 20 graders skillnad borde ge ett fokuskift på 0.5mm på ett 500mm tele. Nu tycker jag det vore orimligt att det kan ge så stor påverkan.

Har tagit två serier flats, en där jag minskat fokusavståndet och en där jag ökat det motsvarande, ca 0.5mm. Jag har sedan dividerat de med varandra och resultatet kan ni se här:

Flat problem dif fokus.jpg (80.43 KiB) Viewed 3737 times

Ingen antydan som kan ge den dåliga kalibreringen, däremot ser man att det bildas ett antal koncentriska ringar, nivåskillnaderna är mycket små.. Att den röda är mer brusig beror på att jag skalat upp den för att komma i samma nivå som den gröna o blå.

/Lars

[AstroFriend]

Lägger upp min kalibreringsbild här så ni ser hur den ser ut.

Flat problem flat rgb image cal.jpg (31.6 KiB) Viewed 3705 times

Färgstyrkan är satt till:
Red=245
Green=127
Blou=225

På en skala 0-255.

Med de inställningarna blir signalen från sensorns (Canon DSRL) färgkanaler lika, med lämplig exponering i mitt fall omkring 2000ADU (50%) på respektive kanal.

Jag fotar alltså av monitorn genom en mattskiva när jag tar mina flats.

Har flera fördelar att göra så här (gäller färgsensorer som till ex. DSLR):
Undviker att någon kanal blir underexponerad (extra brus)
Undviker att någon kanal blir överexponerad (klipper signalen och kalibreringen blir felaktig)
Är sensorn dessutom olinjär är det bra att signalerna ligger på samma nivå, i varje fall ur vissa aspekter.

Använder jag istället himlen under skymningen som flatbild blir resultatet annat, blå och grön ungefär samma nivå medans den röda kanalen ligger på endast 40% relativt de andra. Syns också i resultatet att den röda kanalen blir lite brusigare.

/Lars