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  1. #1
    Pianeta L'avatar di francler
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    Simulatore d'esposizione in tempo reale

    Salve a tutti! Sono nuovo del forum e vorrei sottoporre alla vostra attenzione un mio dubbio / proposta.
    Premetto che sono un astrofilo principiante, uso (o meglio, prendo a calci) un 114mm riflettore, e so poco o niente di astrofotografia. Da quello che ho letto in rete, uno degli "issue" è la necessità di disporre di un certo tempo d'esposizione prima di ottenere delle immagini cromaticamente definite. Questo tempo d'esposizione può raggiungere diverse ore, se non diverse notti, per gli oggetti più deboli, anche con grandi diametri.

    Io suppongo che a mano a mano che la luce entra nel telescopio e raggiunge un sensore, ogni pixel aumenti la luminosità captata, in modo da avere alla fine un'immagine ben luminosa, con una gamma cromatica completa, dell'oggetto che si va ad osservare.

    Quello che io mi chiedo è se esistono dei sistemi software i quali, prendendo in input un segnale luminoso (come quello trasmesso da una ccd), restituiscano a video una versione sovraesposta del capo osservato, simulando un'esposizione di diverse ore.
    Mi spiego meglio con un esempio: supponiamo che vogliamo osservare una nebulosa debole. Quello che vediamo nell'oculare è una luminescenza acromatica. Ora, attacchiamo un sensore ottico che invia il segnale direttamente al software suddetto. Ciò che ci appare sullo schermo sarà la nebulosa corredata dalle sue sfumature cromatiche naturali, ottenuta mediante un algoritmo di estrapolazione dai dati forniti in pochi istanti dalla webcam, come se fosse stata esposta per diverse ore.

    Schematizzato:
    Diversi frame collezionati negli ultimi istanti di tempo --> il software legge questi frame e ottiene una legge di crescita di luminosità per ogni pixel --> estrapola e ottiene una versione simulata sovraesposta, come se l'esposizione fosse durata ore.
    Il tutto in tempo reale.

    Ecco, esiste un siffatto software? Questa domanda mi è sorta dall'insoddisfazione di non poter osservare in tempo reale tutte quelle meravigliose sfumature tipiche degli oggetti deep-sky.

    Io non ho trovato nulla in realtà, e per questo mi piacerebbe tentare di scrivere io stesso un algoritmo che possa ottemperare a tal compito. L'algoritmo dovrebbe fare "learning" su un insieme di frame relativi a un intervallo molto breve, non più di un secondo, e utilizzare la variazione di ogni singolo pixel per operare una mostruosa estrapolazione a diverse ore. Io non sono sicuro che possa funzionare, soprattutto se la variazione di luminosità cambia in modo non lineare da oggetto a oggetto e da telescopio a telescopio. Però, mai dire mai.
    Più in generale, mi ha sempre sorpreso che in astrofotografia e in astronomia amatoriale questo genere di tecniche (trattasi di machine learning, alla fine) siano così poco diffuse, sia da parte dei produttori, che da parte degli utilizzatori.
    Comunque, domanda, qualcuno di voi sarebbe disposto a fornirmi i dati necessari a fare questo genere di prove? Se sì, fatemelo sapere per ulteriori dettagli tecnici (il post è già sufficientemente lungo).

  2. #2
    UpInTheSky
    Guest L'avatar di UpInTheSky

    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    mai sentito di nulla del genere... e in generale credo sia di realizzazione impossibile

    se vuoi un anteprima di quello che devi fotografare hai mai pensato di fare un singolo scatto con iso molto alti tipo 6400/12800?

  3. #3
    Pianeta L'avatar di francler
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    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    Quello che ho in mente io è esattamente una specie di regolazione della sensitività, proprio come regolare l'ISO. Solo che l'ISO è un procedimento che amplifica il segnale analogico attraverso un sistema di amplificatori che applicano la stessa legge (secondo me lineare, ma non trovo report esaustivi in giro). Applicando la stessa legge per ogni cosa, si possono generare effetti collaterali come rumore digitale, rumore luminoso e rumore cromatico.
    Quello che ho in mente di fare è di far apprendere all'algoritmo (adattivo) la legge di crescita della luminosità di ogni pixel, con modelli più o meno complessi (che vanno valutati anche secondo bibliografia) e che naturalmente tenga conto del risultato finale.
    Per fare ciò mi occorrerebbe una serie di frame di diversi oggetti, e il risultato finale. In matematichese, questo insieme si chiama "training set", ed è rappresentabile come un insieme di tuple dove è l'i-esimo frame dell'oggetto celeste n. Quello che vorrei fare è trovare il miglior modello che mi permetta di prevedere l'output data una serie di frame collezionata in pochissimi istanti.

  4. #4
    UpInTheSky
    Guest L'avatar di UpInTheSky

    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    non credo si possa fare per un semplice motivo...

    gli oggetti celesti hanno una luminosità superficiale non omogenea.

    immagine di osservare M31: centro molto luminoso e bracci sempre più evanescenti man mano che si allontani dal centro...
    con una breve esposizione il tuo sensore non riceve abbastanza fotoni da poter ricorstruire che so la parte più vicina al centro e se per ovviare a questo aumenti l'esposizione sarai sempre mancante della parte meno luminosa dei bracci.

    quindi in sostanza facendo una istantanea di un oggetto con luminosità non omogena non riusciresti a ricostruirlo per intero perché alcune parti non verrebbero impresse nemmeno per sbaglio sul sensore

  5. #5
    Pianeta L'avatar di francler
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    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    A quel punto trovi un compromesso tra reattività, ISO e tempo d'esposizione, e ovviamente modello adeguato. Oppure puoi usare una tecnica Bayes-like, in cui ricostruisci i pixel utilizzando i valori di quelli adiacenti e dei valori di correlazione. Oppure usi metodi di imputazione per ricostruire i dati mancanti. Ci sono un miliardo di opzioni possibili. E' ovvio che ogni pixel illumina in modo differente (anche pesantemente differente) e che ci sono in gioco ordini di grandezza enormi. E magari dei dati mancanti. Se non fosse così dove starebbe tutto il divertimento di fare questa ricerca?
    Questo genere di algoritmi vengono usati in una quantità enorme di campi, dagli stock exchange di Wall Street alla fisica quantistica del CERN fino alla ricerca di esopianeti con Kepler. Ci sarà un motivo se sono così diffusi.

  6. #6
    UpInTheSky
    Guest L'avatar di UpInTheSky

    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    scusami ma se sai tutte queste cose e credi sia possibile perché non lo sviluppi tu?

  7. #7
    Pianeta L'avatar di francler
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    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    Perché ho solo un riflettore 114mm, nessuna telecamera e pochi soldi . Quindi, niente dati.

    Oltretutto vorrei provare a farlo nei prossimi mesi perché al momento sono fresco di studi, e non vorrei ritrovarmi in futuro con la strumentazione sì adatta, ma i neuroni arrugginiti.

    Uno dei motivi che mi ha spinto a iscrivermi a un forum di astronomia è stato appunto quello di trovare utenti disposti a condividere dei dati osservativi prodotti con strumentazioni buone (o almeno esistenti, che nel mio caso non sono).

  8. #8
    UpInTheSky
    Guest L'avatar di UpInTheSky

    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    per me "predire" che tipo di fotone colpirà il sensore è impossibile e in ogni caso si verrebbe a creare una figura sicuramente diversa da quella reale

    poi non capisco dove sarebbe l'utilità quando con 1 scatto singolo ad iso medi/alti puoi vedere in 3-4-5 minuti quello che ti serve

  9. #9
    Pianeta L'avatar di francler
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    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    Citazione Originariamente Scritto da UpInTheSky Visualizza Messaggio
    per me "predire" che tipo di fotone colpirà il sensore è impossibile e in ogni caso si verrebbe a creare una figura sicuramente diversa da quella reale
    Hai perfettamente ragione, sono pur sempre tecniche statistiche. La differenza tra un modello statistico e uno fisico è che il primo descrive un'incertezza, mentre il secondo descrive un sistema reale. I modelli statistici vengono implementati per comprendere in modo approssimativo fenomeni estremamente complessi (come i fotoni prodotti da un corpo celeste che raggiungono un telescopio), impossibili da descrivere e/o computare con un modello fisico. Sono letteralmente approssimazioni. E' possibile contenere i fattori di incertezza? Se sì, come? Sono domande che hanno risposta, ma la risposta è lunga circa 150/200 anni di studi.

    Citazione Originariamente Scritto da UpInTheSky Visualizza Messaggio
    poi non capisco dove sarebbe l'utilità quando con 1 scatto singolo ad iso medi/alti puoi vedere in 3-4-5 minuti quello che ti serve
    Infatti quello che vorrei tentare di fare è di abbattere questo tempo il più possibile, possibilmente fino ad arrivare ad un'applicazione real-time. Anch'io sono pesantemente dubbioso, più che altro per la complessità dei dati e la grande estrapolazione richiesta. Funzionerà? Finché non provi non lo sai.

  10. #10
    Sole L'avatar di Gimo85
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    Re: Simulatore d'esposizione in tempo reale

    Per me Up è stato un po' troppo sbrigativo, io mi sento di dire che questi software esistono già e sono i software di elaborazione fotografica che comunemente si utilizzano per mettere a punto le riprese.

    Quello che ti sfugge è la premessa: in un secondo il sensore non rileva nulla o quasi nulla del segnale dall'oggetto deep sky, è per quello che sono necessarie le lunghe esposizioni.
    Ciascuna posa di diverse ore deve essere composta da singoli fotogrammi con esposizione di diversi minuti, proprio per permettere al sensore di accumulare l'informazione sui pixel giusti e farla emergere dal rumore di fondo.

    Il tuo algoritmo di machine learning può essere efficace con sensori estremamente sensibili e comunque al di sopra di un limite minimo di esposizione, pena il sovraesporre praticamente tuttob (perchè il rumore avrebbe lo stesso ordine di grandezza del segnale buono).
    Da ingegnere ti avverto che le condizioni al contorno da imporre saranno praticamente tutte da inventare.
    Misurate ciò che è misurabile e rendete misurabile ciò che non lo è (Galileo Galilei)
    SW 70/400 70/700 70/900 120/1000 tutti rifrattori, tutti acromatici, tutti su equatoriale.

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