A sikeres expozíció módszere ( angolul Lucky imaging vagy Lucky expozíciós ) vagy a rövid expozíció módszere a nagy sebességű kamerákat használó asztrofotózásban használt foltos interferometriai módszerek egyike.meglehetősen rövid expozíciós idővel (legfeljebb 100 ms ), ami lehetővé teszi a Föld légkörében bekövetkező változások hatásának minimalizálását az expozíció során .
Amikor ezzel a módszerrel fényképez, olyan képkockákat használnak, amelyeket a legkevésbé érint a légköri torzítás (általában a teljes kép 10%-a). Az ilyen képkockákat a shift-add módszerrel választja ki és egyesíti egy képpé .. Ez sokkal nagyobb szögfelbontást tesz lehetővé, mint az összes képkockát tartalmazó egyetlen fénykép.
A földi teleszkópokkal készített képek elmosódnak a légköri turbulencia hatására (a szemnek pislákoló csillagokként látható ). Számos csillagászati megfigyelési program olyan felbontást igényel, amely jobb, mint a képjavítás nélkül elérhető felbontás. A sikeres exponálás a légköri elmosódás megszüntetésére használt egyik technika. Ez a módszer 1%-nál kisebb mintavételezési aránynál akár 2,5 m-es teleszkópokon is elérheti a diffrakciós határt , és legalább ötszörösére javítja a felbontást a hagyományos rendszerekhez képest.
Boötes Zeta egy északi optikai teleszkóp fényképén , amely 2000. május 13-án készült a szerencsés expozíciós módszerrel. ( A csillagok körüli levegős korongok egy 2,56 méteres teleszkóp diffrakciójának köszönhetőek)
Egy tipikus rövid expozíciós kép ugyanarról a kettőscsillagról, ugyanannak a távcsőnek az adathalmazából, de minden foltos interferometrikus feldolgozás nélkül. A Föld légkörének hatása az egyes csillagok képét sok foltra bontja.
Az alábbi képsor bemutatja a sikeres expozíciós módszer működését [1] . 50 000 , 40 fps sebességgel rögzített képből öt különböző hosszú expozíciós kép készült. Ezen kívül két rövid expozíciós kép jelenik meg, az egyik nagyon gyenge, a másik nagyon jó minőségű. A megjelenített cél 2MASS ID J03323578+2843554. Észak a tetején, kelet a bal oldalon.
| Egyetlen kép gyenge minőségű, nem használt a sikeres expozíciós módszernél. | ||
| A módszerhez nagyon jó minőségű egyetlen kép került kiválasztásra. | ||
| Átlagos kép 50 000 rövid expozíciós felvételből készült, ami majdnem megegyezik a 21 perces expozícióval ( 50 000 képkocka/40 másodperc) alacsony csillagászati látási viszonyok mellett . Úgy néz ki, mint egy közönséges csillag kissé megnyúlt képe. A látható lemez félszélessége körülbelül 0,9 ívmásodperc . | ||
| Egy kép ugyanannyi képen alapul, amelyek mindegyikének baricentruma ugyanarra a helyre van eltolva. Ez a kép hasonlít egy adaptív optika technikával korrigált hosszú expozíciós fényképhez . Már érezhetően több részlet (két tárgy), mint a rossz csillagászati látási viszonyok között készült fényképen. | ||
| Átlagos kép 25 000 legjobb minőségű képből (a teljes minta 50%-a) rövid záridővel, miután eltolta azokat úgy, hogy minden kép legfényesebb képpontja az összes kép közös pontján legyen. Itt már három objektum látható. | ||
| Átlagos kép 5000 legjobb minőségű kép alapján (a teljes minta 10%-a) az előző bekezdésben leírthoz hasonló művelet után. Az objektumokat körülvevő fényudvar észrevehető csökkenése az alacsony csillagászati látási viszonyok miatt. A legfényesebb objektumok körüli Airy lemez jól láthatóvá válik . | ||
| Az 500 legjobb minőségű kép (a teljes minta 1%-a) alapján kapott átlagolt kép a már leírt eltolás után. A halo még kisebb lett. A képen látható legfényesebb objektum jel-zaj aránya maximális. |
A csillagászati látási viszonyok által korlátozott (fentről harmadik) kép és a legjobb képek 1%-ának feldolgozása eredményeként kapott kép között valóban igen nagy a különbség: hármas rendszert észleltek. A kép nyugati részén (jobbra) a legfényesebb csillag egy M4V csillag, amelynek látszólagos magnitúdója 14,9 . Ez a csillag a referenciaforrás a sikeres expozíció módszeréhez. A halványabb objektumok M4.5 és M5.5 osztályú csillagok. A rendszer távolsága körülbelül 45 db . A fényképeken látható Airy korongok azt jelzik, hogy a Calar Alto Obszervatórium 2,2 méteres teleszkópja elérte a diffrakciós határt . A pontforrások jel-zaj aránya egyenesen arányos a keretválasztás szigorúságával, míg a halo intenzitása fordítottan arányos. A fényképen látható két legfényesebb objektum közötti szögtávolság 0,53 ívmásodperc, a két leghalványabb tárgy között pedig 0,16 ívmásodperc (45 parszek távolságban ez utóbbi érték megközelítőleg 7,2 AU -nak vagy 1 milliárd kilométernek felel meg).
A sikeres expozíciós módszer technikáit a 20. század közepén alkalmazták először, az 1950-es és 1960-as években vált népszerűvé (filmkamerák használatával, gyakran képerősítő csövekkel ). 30 évbe telt, amíg az egyes képalkotó technológiák eléggé kifejlődtek ahhoz, hogy ezt a nem nyilvánvaló módszert a gyakorlatba is átültessék. A sikeres expozíció lehetőségének első számszerű számítását David Fried írta le.1978-ban [2] .
A sikeres exponálás módszerének használatának kezdetén általában azt feltételezték, hogy a légkör elkenti az asztrofotókat [3] . Ebben a munkában megbecsülték az elmosódás félszélességét, majd felhasználták a képkockák értékelésére. További tanulmányok [4] [5] azt a tényt aknázták ki, hogy a légkör valójában nem homályosítja el az asztrofotókat, hanem sok hamis másolatot készít a képről ( a pontterjedés funkciónak foltjai vannak). Ezt szem előtt tartva a képminőség javítására új technikákat alkalmaztak, amelyek hatékonyabbak, mint azok, amelyeket azzal a feltételezéssel éltek, hogy a képet elmosódott a légkör.
A 21. század elején felfedezték, hogy a turbulencia megszakadása (és az ebből eredő csillagászati láthatóság ingadozása ) [6] jelentősen javíthatja a "sikeres expozíció" esélyét átlagos csillagászati látási viszonyok között [7] [8]. .
2007-ben a California Institute of Technology és a Cambridge -i Egyetem csillagászai bejelentették az adaptív optikai rendszert magában foglaló és a szerencsés expozíciós módszert alkalmazó hibrid rendszer első eredményeit. Az új kamera mintegy 5 méter átmérőjű teleszkópokon tette lehetővé a látható tartományban az első fényképek elkészítését, amelyek felbontásának csak a diffrakciós határ szabott határt. A kutatást a Palomar Obszervatórium 5,08 méteres Hale teleszkópján végezték .
Ez az adaptív optikai rendszerrel és a szerencsés expozíciós módszerrel kompatibilis kamerával felszerelt teleszkóp bizonyos típusú megfigyeléseknél a 25 mikroívmásodperces elméleti határhoz közeli felbontást ért el [9] . Az űrteleszkópokhoz, például a Hubble Űrteleszkóphoz képest a rendszernek még mindig vannak hiányosságai, köztük a szűk látómező az éles képekhez (általában 10–20 ívmásodperc), a belső légvilágítás és a légkör elektromágneses interferencia blokkolása .
Az adaptív optikai rendszerrel kombinálva a sikeres expozíciós módszer kiválasztja azokat az időpontokat, amikor a turbulencia csökken, hogy az adaptív optikai rendszer kijavítsa. Ezen időintervallumok alatt, a másodperc töredékei alatt, az adaptív optikai rendszerek által végzett korrekciók elegendőek ahhoz, hogy a látható tartományban kiváló felbontást érjenek el. A jó expozíciós módszert alkalmazó rendszer a kiváló felbontású időszakokban készült képeket kombinálja, így lényegesen nagyobb felbontású végső képet eredményez, amely csak egy hosszú expozíciós adaptív optika rendszerű kamerával érhető el.
A kombinált módszer csak viszonylag kis, legfeljebb 10 ívmásodperc átmérőjű csillagászati objektumok nagyon nagy felbontású képalkotására alkalmazható, mivel a légköri turbulencia okozta hatások korrekciójának pontossága korlátozza. A módszer használatához az is szükséges, hogy a látómezőben legyen egy csillag, amelynek magnitúdója nem haladja meg a 14. Az atmoszférán kívül található Hubble-teleszkópot ezek a feltételek nem korlátozzák, ezért magasra képes. -felbontású képek az égi szféra jóval nagyobb részén.
A módszert amatőr és hivatásos csillagászok egyaránt használják . A modern webkamerák és videokamerák képesek rövid záridővel és nagy sebességgel is képkockákat rögzíteni, ugyanakkor elegendő érzékenységgel rendelkeznek az asztrofotózáshoz. Ezeket az eszközöket teleszkópokkal használják, ahol a shift-add módszer korábban elérhetetlen felbontású képeket készít. Ha ugyanakkor néhány képkockát nem használnak, akkor az eredményt a sikeres expozíció kapott módszerének nevezik.
Számos képkiválasztási módszer létezik, mint például a Strehl - kiválasztás , amelyet először John Baldwin javasolt [10] . a Cambridge-i Egyetemen [11] , és a képkontraszt kiválasztása Ron Dantowitz szelektív képrekonstrukciós módszerében [12] .
A belső elektronsokszorozóval rendelkező fényérzékeny tömbök fejlesztése és elérhetősége lehetővé tette az első jó minőségű képek készítését a halvány tárgyakról.
Vannak más módszerek is a felbontás elérésére, amelyek túllépik a légköri torzítások miatti határértéket, ilyenek például az adaptív optika , az interferometria , a foltos interferometria egyéb típusai és az űrteleszkópok , például a Hubble teleszkóp használata .