Astrometrie mag kein Ultra-Weitwinkel

[selste]

Hallo zusammen,
auch - mal wieder - Ärgern mit der Astrometrie.
Hatte einen Versuch mit dem Canon 8-15mm UWW gemacht, die Aufnahmen sind bei 12mm Brennweite entstanden.
Ist eine Serie, insgesamt 20 Aufnahmen, die Hälfte davon habe ich aussortiert weil Schleierwolken durchgezogen sind oder (mehrere) Flugzeuge durchflogen.
Bekomme die Aufnahmen aber einfach nicht sauber übereinander gelegt

distort_1.png

fgroups_1.png

Hat jemand eine Idee, was ich da falsch mache?
Gruß,

Steffen

[Knickohr]

Hi !

Schließ Dich mal mit Wolfgang (woho) kurz

Thomas

[woho]

Hi Steffen,

interessante Linse, wie astrotauglich findest Du sie?

In diesem Thread habe ich beschrieben, wie ich mit einem 24mm mit starker Tonnenverzeichnung doch noch eine Astrometrie geschafft habe. Ich vermute die Situation ist bei Dir wegen der Fisheye Charakteristik Deiner Linse vergleichbar.

Das Problem ist, dass selbst bei guter Vorgabe von Bildmittenkoordinaten, Drehlage und Pixelscale die Sterne in den mittleren und äußeren Bildbereichen so weit von den Referenzen wegverzerrt werden, dass Scamp einen Stern mit seinem Referenzkatalogeintrag nicht mehr in Verbindung bringt, wenn man einen "normalen" CrossId-Radius wählt. Ein passend großer CrossId-Radius (bei mir 7000) bringt Scamp komplett durcheinander (Suchraum wohl zu groß).

Mein Ansatz ist, den Source-Katalog vorzuentzerren, Scamp mit gewohntem CrossId-Radius (10 * Pixelscale) zu parametrisieren, und nach dem Scamp-Lauf die Vorentzerrung in die astrometrische Lösung einzurechnen.

Im Nachbarthread ist hoffe ich alles drin, was Du brauchst, um die Vorentzerrung zu verwenden. Du musst 2 Skripten in Theli ersetzen und einen Parameter für Deine Linse schätzen, Details siehe im Nachbarthread. Ich unterstütze Dich gerne dabei, interessiert mich persönlich. Bin allerdings ab morgen für 2 Wochen verreist und sporadisch bis gar nicht online. Vielleicht schaffst Du's ja alleine, ansonsten bitte etwas Geduld, bis ich wieder zurück bin.

Ciao,
Wolfgang

[selste]

Hallo Wolfgang,
hatte deine Beiträge nur quergelesen - Danke für den Hinweis, ich versuch das mal!

Hmm, bis jetzt kam die Scherbe nur ein einziges Mal zum Einsatz ... so richtig viel Erfahrungswerte hab ich also noch net:
Hat durchgehend f/4, aber am Rand sind die Sterne ziemliche Farbwerfer, auch bei 15mm - führt also kein Weg am Abblenden vorbei; bei f/8 schaut es dann einigermaßen ordentlich aus.
Hatte befürchtet, dass die Frontlinse sehr empfindlich bzgl. Taubildung ist - dem war aber, etwas überraschend, nicht so.

Dediziert für Astrophotographie zu kaufen ist meiner Meinung nach rausgeworfenes Geld - deshalb habe ich die Linse auch nicht geholt, nur am Rande - aber für Großfeldaufnahmen ist sie einsetzbar.
Bedingt durch die niedrige Anfangsöffnung und das nötige Abblenden ist die Scherbe net geeignet für Sternschnuppen, kommen einfach zu wenig Photonen an.
Gruß,

Steffen

[selste]

... kurzes Update - bis jetzt habe ich noch keine saubere Astrometrie hinbekommen, das mit der Vorentzerrung funktioniert irgendwie nicht.
Gruß,

Steffen

[woho]

Hi Steffen,

kannst Du mir einen Science-Frame irgendwo hochladen? Dann schau ich mal, ob ich die Entzerrung dafür weiterentwickeln kann.

Ciao,
Wolfgang

[selste]

Hallo Wolfgang,
hätte eh noch einen Nachtrag gepostet ... muss allerdings warten, bis ich meinen Rechner wieder starten kann - das letzte Update hat mir den Bootloader verhunzt, grrrr.

Bekomme Katalog und einen Frame über Drehung (und entsprech. Mittelpunktskoordinaten) schön sauber in der Mitte zur Deckung, aber die Entzerrung mag überhaupt net, da mache ich vermutlich was verkehrt.
Sobald die Kiste wieder läuft stelle ich die was ein - komme hoffentlich morgen dazu, das Teil zu reparieren.
Gruß,

Steffen

[woho]

Hi Steffen,

alles klar, keine Eile.

Ich hab mich jetzt etwas bzgl. Projektion des Fisheyes eingelesen. Ich bin mir nicht sicher, ob die Entzerrung in der jetzigen Form reicht, aber das werde ich dann mit Deinen Daten sehen.

Ich arbeite momentan mit einem einzigen Parameter für die Verzerrung, der den kubischen Term gewichtet. Das reicht für die "normalen" Linsen, die im Prinzip auf eine verzeichnungsfreie (gnomonische) Abbildung ausgelegt sind, diese aber nicht ganz erreichen. Fisheyes bilden anders ab, bei Deiner Linse ist es eine flächentreue Projektion (Quelle). Wikipedia hat eine ganz ordentliche Erklärung der Projektionen.

Wenn ich die Theorie richtig verstehe, müsste man die flächentreue Projektion des Fisheyes für Scamp in eine verzeichnungsfreie Projektion umrechnen, indem man um die Bildmitte folgendermaßen skaliert:

Code: Alles auswählen

x' = x * tan(2 * asin(1/2 * r/f)) / (r/f)
y' = y * tan(2 * asin(1/2 * r/f)) / (r/f)


r ist der Abstand eines Pixels von der Bildmitte auf dem Sensor, f die Brennweite. r lässt sich für jedes Pixel aus den Pixelkoordinaten und der Pixelscale bestimmen.

Der Tangens lässt sich durch eine Taylor-Reihe annähern, deren Polynom dann zur Entzerrung verwendet werden kann:

Code: Alles auswählen

tan(2*asin(a/2))/a = 1 + 3/8*a^2 + 23/128*a^4 + 91/1024*a^6 + 1451/32768*a^8 + ...


mit a=r/f (Berechnet mit diesem Taylor-Reihenentwicklungs-Rechner). Die abgeschnittene Taylor-Reihe umgeht nebenbei auch das Problem mit dem tan(90°) der gnomonischen Projektion bei dem großen Bildwinkel des Fisheyes.

Die momentane Entzerrungsimlementierung kann nur den a^2 Term. Ich habe etwas mit diesem Online-Plotter gespielt. Im Graph sieht man, dass der a^2 Term nur reicht, um etwa 50% Deines Bildkreises in einen vernünftigen Crossid-Radius zu bringen. Dazu bin ich vom Taylor Polynom (gelbe Kurve) etwas abgewichen (blaue Kurve). Wenn ich die Implementierung erweitere, so dass auch die a^4 und a^6 Terme angegeben werden können, lassen sich ca. 90% des Bildkreises in den Crossid-Radius bringen (grüne Kurve), das sollte hoffentlich für eine brauchbare Astrometrie reichen.

Soweit die Theorie, schau ma mal, ob ich nicht was übersehen oder falsch verstanden hab. Wenn Dein Rechner wieder läuft und ich einen Frame von Dir habe, können wir zusammen weiterschauen.

Ciao,
Wolfgang

[selste]

Tach Wolfgang,
hab mir die Doku zur Scherbe mal durchgelesen - Danke für die Links!

So ganz genau hab ich es nimmer im Kopf, aber ich habe mit sehr unterschiedlichen Werten für die Vorentzerrung gespielt (ausgehend von dem Wert den Du für das 24-105mm am Vollformat gewählt hattest), und das hat ziemlich
sicher nicht mal für 50% gereicht; aber in jedem Fall ist das eine spannende Sache

Wie es grad ausschaut darf ich die Maschine frisch installieren - grub und gpt sei 'Dank'; ob ich mich da vor dem Wochenende zu aufraffen kann weiß ich net ...
Melde mich dann!
Gruß,

Steffen

[woho]

Hi Steffen,

ein Arbeitskollege hat die gleiche Linse, er hat mir diese Woche freundlicherweise ein paar Frames zukommen lassen. Er hatte das Objektiv an der EOS 60D bei 10mm.

Ich hab jetzt die Skripten erweitert, so dass die Vorentzerrung auch r^5 und r^7 Terme umfasst, siehe Nachbarthread.

Die gute Nachricht: ich bekomme damit eine Astrometrie durch Der Haken dabei: die Parametrisierung ist knifflig. Meine Parameter sind:

Code: Alles auswählen

# Lens distortion precorrection (radial distortion factors)
LENSDISTORT=1.18e-4
LENSDISTORT5=1.3e-9
LENSDISTORT7=9.5e-12


Dann reicht ein CROSSID_RADIUS von 900 (10-fache Pixelscale).

Die Randbereiche sind fürchterlich. Ich habe sie mit folgendem Befehl wegmaskiert:

Code: Alles auswählen

mv WEIGHTS/globalweight_1{,.orig}.fits
ic "0 1 xp 2601 - enter mult yp 1732 - enter mult + sqrt 2200 > ? %1 mult" WEIGHTS/globalweight_1.orig.fits > WEIGHTS/globalweight_1.fits


ic ist im THELI bin (z.B. ~/THELI/theli/bin/Linux_64/). In der THELI GUI die Global Weights erstellen, dann auf der Kommandozeile die Maskierung ausführen, dann in der GUI das restliche Weighting machen. Die Maske ist kreisförmig um die Bildmitte (2601, 1732, bitte anpassen) mit Radius 2200 (evtl. ebenfalls anpassen).

Das Matching ist nicht ideal, die Linse hat offenbar lokale Verzeichnungen, die SCAMP nicht vollständig korrigieren kann. Auch die Farbkanäle passen nicht perfekt zusammen, evtl. ist's besser, den ASTRINSTRU_KEY auf NONE zu setzen. Das kann aber auch daran liegen, dass meine Frames mit f/4,5 gemacht wurden, vielleicht geht das mit Deinen f/8 Frames besser. Insgesamt ist das Ergebnis brauchbar, aber man merkt schon, dass die Pipeline nicht auf so "wabbelige" Optiken ausgelegt ist.

Melde Dich bitte, wenn Dein Rechner wieder benutzbar ist, dann helfe ich Dir bei der Parametrisierung für Dein Setup.

Ciao,
Wolfgang

[selste]

Hallo Wolfgang,
vielen Dank - dein Kollege ist da großes Risiko gegangen!

Für mich kam eh nur >=12mm in Frage, weil ich keine Vignettierung/Abschattung am Rand haben wollte, ich hoffe einfach mal, dass die Scherbe dadurch schon etwas weniger problematisch ist.
Musste dann beim Aufbau auch feststellen, dass der Fokus - trotz sehr kurzer Brennweite - etwas tricky ist ... und die Sterne in den Randbereichen einfach katastrophal ausschauen, wenn nicht
mind. f8 genommen wird ... vielleicht auch ein Pluspunkt

Maschine installiert grad knapp 600 Updates (Ubuntu 12.04 LTS) ... Sonntag nehme ich mir dann das Update von Theli vor (bin grad noch auf 2.7.1), dann bin ich wieder bei der Musik!
Schönen Abend,

Steffen

[mischa]

Code: Alles auswählen

ic "0 1 xp 2601 - enter mult yp 1732 - enter mult + sqrt 2200 > ? %1 mult" WEIGHTS/globalweight_1.orig.fits > WEIGHTS/globalweight_1.fits


Hi Wolfgang,

das geht auch einfacher: in 'ds9' eine kreisfoermige 'region' erzeugen, welche den zu erhaltenden Bereich umfasst.
Anschliessend:

Code: Alles auswählen

fitspolygon -i in.fits -o out.fits -p ds9.reg

Interessanter thread uebrigens, nur weiter so...

mischa

[woho]

Hi Mischa,

danke für den Tip mit fitspolygon, sehr praktisch

Hi Steffen,

ich wollte Dir noch etwas Starthilfe für die Parametrisierung Deines Setups geben, bin gestern nicht mehr dazugekommen.

Am einfachsten geht's mit diesem Online-Graphzeichner. Wenn Du folgende Funktion im Graphzeichner eingibt, siehst Du den Restfehler der Entzerrung eines idealen Fisheyes mit 10mm Brennweite an der 60D mit meiner Parametrisierung:

Code: Alles auswählen

3600*(tan(2*asin((x/57.3)/2))*57.3-(x + 1.23*10^-4 * x^3 + 3.15*10^-9 * x^5 + 8.1*10^-12 * x^7))


fisheye_graph.png

Für Dein Setup musst Du die 57.3 durch

Code: Alles auswählen

s / tan(s)

ersetzen, wobei s die Pixelscale in ° ist, also der Wert aus dem instrument.ini / 3600. Bei der 60D@10mm ist s = 89"/3600. Die weiteren Konstanten sind die Entzerrungsparameter, hier: LENSDISTORT=1.23e-4, LENSDISTORT5=3.15e-9 und LENSDISTORT7=8.1e-12.

Die x-Achse zeigt den Abstand zur Sensormitte in °, wenn Du den durch s teilst, hast Du Pixel. Diese Einheit hat nichts mit dem Bildwinkel zu tun, Scamp braucht das halt so. Bei der 60D meines Kollegen sind die halbe Höhe des Bildes 1732 Pixel, das wäre dann x=42.8°. Die halbe Länge sind 2601 Pixel bzw. 64.3°, die Ecken liegen bei 77.3° Radius.

Die y-Achse ist die Abweichung in ", also der gleichen Einheit wie der CROSSID_RADIUS. Da sieht man recht anschaulich, wo die Grenze des Entzerrungs-Polynoms erreicht ist: in der Bildhöhe ist's noch gut, die letzten 20% der Bildbreite muss man aber opfern.

Ich hab die Entzerrungsparameter durch Herumprobieren so hingedreht, dass ich innerhalb von ca. 200" Fehler bleibe, dann bleibt mit einem CROSSID_RADIUS von 900 noch genug Spielraum für Ungenauigkeiten bei der Bildmitten/Drehlagenbestimmung und für lokale Abweichungen der Linse vom idealen Fisheye. Ich hatte anfangs versucht, noch weiter zum Bildrand zu korrigieren und dafür mehr Amplitude der Überschwinger in Kauf zu nehmen, aber dann wird die Astrometrie sehr labil. Ich denke etwa 1/4 CROSSID_RADIUS als max. Abweichung ist ein passabler Startpunkt, wenn's klappt kannst ja später immernoch experimentieren und optimieren.

Wenn Du mit dem Graph zufrieden bist, kannst Du dann die Entzerrungparameter mit dem lensdistort.sh Skript aus diesem Posting überprüfen. Die Abweichungen sollten dann nur noch wenige Pixel betragen, erst ausserhalb des Radius, bei dem der Graph nach oben schießt, sollten die Abweichungen dann wachsen (hier ca 55°, d.h. gut 2200 pixel).

Schließlich die Entzerrungparameter ins instrument.ini eintragen, Source-Kataloge extrahieren und die Astrometrie durchführen. Ich habe bei DISTORT_DEGREES beinhart 7 reingeschrieben, mit 5 waren in den Error-Plots noch deutliche Wellen zu sehen.

Ciao,
Wolfgang

[mischa]

Hi Wolfgang,

ich meine du weisst es, aber nur fuer den Fall dass nicht:
DISTORT_DEGREE = 7 in Scamp bedeutet ein Polynom maximal 6. Ordnung.

mischa

[woho]

Hi Mischa,

ich meine du weisst es, aber nur fuer den Fall dass nicht:
DISTORT_DEGREE = 7 in Scamp bedeutet ein Polynom maximal 6. Ordnung.

Ja, im Tooltip stehts so, allerdings bin ich mir nicht sicher, ob das stimmt. Gut dass Du das ansprichts, ich hätte das eigentlich schreiben sollen, sorry. Ich bekomme als Ergebnis im .head mit DISTORT_DEGREE 7 die PVi_31 ... PVi_38, die x^7, x^6y, ... y^7 gewichten. Mit 8 oder 9 liefert Scamp einen segmentation fault. Mit 1 bekomme ich keine PVi_j da reicht ja die CD Matrix, ab 2 generiert Scamp dann die PVi_0 bis PVi_6, also 2. Ordnung.

Ich hatte mir letztes Jahr Scamp aus dem Headstand compiliert (r305) und verwende immernoch dieses Binary. Das Scamp-1.4.6 aus der THELI Download Seite hab ich jetzt nicht gegengecheckt, evtl. hat sich da was geändert? Falls nein, wäre es gut, die GUI anzupassen (Tooltip, und auf 7 statt 9 beschränken).

Ciao,
Wolfgang