Os voy a ampliar información que he ido recabando de distintos sitios webs y foros, que nos servirá para tener en cuenta a la hora comprar una cámara para nuestro telescopio.
Uno de los parámetros que casi siempre pasan desapercibidos es la relación entre el tamaño del píxel de nuestra cámara y la focal de nuestro telescopio. Casi siempre hemos tenido en cuenta otros datos, como la resolución, si es en color o monocroma, el tamaño del sensor (cuanto más grande, ¿mejor?), pero la relación arco píxel es un parámetro fundamental si queremos «afinar» en nuestras astrofotografías, y que se vean nítidas y con resolución.
MÁTRIZ / RESOLUCIÓN
Como seguramente ya sabréis el sensor de nuestra cámara está compuesto por celdas dispuestas en forma de rejilla, donde cada celda es la encargada de captar los fotones de luz y a su vez estos se convierten en una señal eléctrica que a su vez se convierte en forma de datos: píxel. Podemos decir que cada celda corresponderá entonces a un píxel. La resolución viene determinada en la cantidad píxeles (vertical y horizontal) según el formato del sensor. Por ejemplo en cámara nuestra ZWO ASI 1600MM que tiene 4656*3520 px estaremos hablando de 16,38 megapíxeles, a diferencia de otras escalas de ámbito informático, en este caso la representación es en base 10 por lo tanto un 1 megapíxel es un MILLÓN de píxeles.
DIGITALIZACIÓN, SAMPLEO
Una vez explicado el concepto del sensor, pasamos a explicar cómo se digitalizan nuestras fotos. El proceso de conversión de estas señales electromagnéticas (fotones) a pulsos eléctricos lo llamaremos digitalización. Antiguamente en las cámaras analógicas los fotones, sensibilizaban partículas químicas que formaban un «píxel» analógico dentro de unas placas (negativos) y posteriormente estos negativos se revelaban en positivas (fotografías). En el formato digital, es diferente, los fotones excitan cada una de la celdas de nuestro sensor y estas son convertidas básicamente en 0 y 1 (píxels).
El proceso de capturar una imágen, se llama digitalización. Referencia imagen.
ARCO/PIXEL
Cuando hablamos de la relación «arc-pixel» estamos hablando del «trocito de cielo» que abarca nuestro sensor y viene determinado por la amplitud focal de nuestro telescopio. No es lo mismo apuntar con nuestro telescopio de baja focal (uno 260mm) que con otro telescopio de gran focal (RC 8″ – 1600mm). La diferencia es que veremos mucho más cielo con el de baja focal y mucho menos cielo, pero más ampliado con otro de alta focal. Podemos afirmar que cuanta mayor sea focal menos cielo veremos.
Se habla entonces de «Arc, Arcos» porque en astronomía dividimos el cielo como si tuviéramos representada una esfera de 360 grados y dividimos el cielo en arcos de 1 grado. Asimismo estos grados están divididos en 60 minutos de arco y a su vez estos minutos de arco están divididos en 60 segundos de arco cada uno de ellos. Normalmente con nuestros telescopios de cielo profundo solemos abarcar una cantidad muy pequeña de cielo respecto a lo que solemos ver a simple vista, unos 45 grados. Hablamos de 1 y 2 arc segundo de píxel, con un telescopio de focal mediana y una cámara de unos 3 a 4 micrones por píxel. Esto quiere decir que estamos abarcando una fracción de 1 minuto de los 60 minutos de un grado. Para que os hagáis una idea la Luna ocupa medio grado en el cielo.
La fórmula para calcular esta relación es la siguiente:
(Tamaño Píxel "en micras" / Distancia Focal "en mm") * 206.265 = pix/arcsec.
esta fórmula nos dará nuestra relación arc/píxel dependiendo de nuestra focal del telescopio. Cabe tener en cuenta que si tenemos instalado un reductor o Barlow habrá que dividir/multiplicar para obtener la focal correcta antes de aplicar la fórmula.
Por ejemplo, si tenemos la ZWO ASI 1600MM que tiene un tamaño de 3,8 micrones y un telescopio 107/700 con un reductor 0,75x. Primero deberíamos resolver la focal:
700mm * 0.75 = 525mm y acto seguido aplicar la fórmula: 3,8/525 * 206,265 = 1,49 arc/seg.
BUSCANDO LOS I y II SEGUNDOS ARC PÍXEL
Y después de toda la teoría, es cuando entramos en práctica. No vamos a entrar con más teórica sobre sampleo, pero para los que quieran ver la versión más puramente teórica, podéis ver el trabajo de Harry Niquist un ingeniero de AT&T de los años 40 que trabajó en la teoría para calcular cuál es la resolución óptima necesaria para capturar/digitalizar una señal intentado preservar al máximo el original. Y volviendo al meollo de la cuestión, la idea es siempre mantenernos dentro de estos valores: 1 y 2 secarco-píxels. Hablamos de estos valores, porque la gran mayoría de los aficionados vamos a estar dentro de estos parámetros «atmosféricos» ya que sólo en condiciones o sitios muy excepcionales encontraremos un «seeing» menor que 1. Esto quiere decir que en un emplazamiento más o menos óptimo lo mejor que podemos aspirar a ver con detalle todo lo que hay dentro de un segundo de arco por píxel. Tenemos que tener en cuenta que las estrellas que son menores de un segundo de arco píxel, probablemente las vamos a ver con un detalle de 2 arco píxel debido a las distorsiones ocasionadas por la atmósfera.
CONCEPTOS «OVERSAMPLED» – «UNDERSAMPLED».
¿Porqué entonces una resolución de 1/2 arc píxel?
Imaginemos una configuración óptica con una focal muy larga y un tamaño de píxel muy pequeño, lo que pasará aquí es que las estrellas van a cubrir muchos píxels y aparecen grandes e «hinchadas», también amplificaremos los errores de nuestro tren óptico viendo estrellas deformadas en las esquinas («astigmatismo») y por supuesto errores de guiado en el seguimiento («estrellas alargadas»). Por último la sensibilidad de nuestra cámara disminuirá.
Por otro lado, si invertimos la situación una relación, una baja relación arcopíxels, nos encontraremos que aquí la luz de una estrella recaerá en un solo píxel. La imagen de la estrella nos puede resultar deformada («cuadrada») por la forma del píxel, ya que la luz de la estrella no se extiende a los píxeles adyacentes y en el caso de una cámara en color nos puede coincidir en un píxel, verde, rojo, azul desvirtuando así el color captado. También se mezcla el fondo de cielo con la luz que llega al píxel. Esto nuevamente disminuye la sensibilidad.
Ejemplos entre imágnes: Over y Under Sampled. Ref. Atik Cameras.
Una buena herramienta, a la hora de decidir sobre nuestra cámara, en función del equipo que tenemos es esta tabla:
Tabla relación: segundo – arco pixels
OverSampled: Un índice muy bajo (<1), cuando se aumenta la focal, disminuye el índice de cielo por pixel
UnderSampled: Un índice muy alto (>2), cuando se disminuye la focal, y tenemos mucho cielo y un píxel muy pequeño.
¿Cuando se puede romper esta regla?
En ocasiones, sí que se puede experimentar rompiendo la norma y obteniendo buenos resultados. Hay una técnica que se utiliza en Planetaria y consiste en utilizar cámaras con un píxel muy rápido y focales muy altas (>1600mm). En este caso las exposiciones son muy cortas y sólo se aprovechan cuando la atmósfera no permite obtener una imagen muy nítida. Las demás fotos se desechan. A esta técnica se le llama «lucky-frames». Las tomas con una relación baja de arc-pixel siempre suele reaccionar bien una «deconvolución» sacando aún más detalle.
En otras ocasiones cuando el «Seeing» no sea muy bueno se puede aumentar el binning cambiando así el tamaño de píxel. En definitiva se trata de experimentar, aunque si estamos dentro de la regla siempre nos aseguramos una buena toma.