un blog de Radu Dumitru

►► canalele mele de YouTube: youtube.com/RaduDumitru (personal) și youtube.com/NwraduBlog (tech) ◄◄

Telescopul James Webb face de fapt un soi de multi-frame noise-reduction

9 Feb 2022  ·

TEHNOLOGIE  ·

15 comentarii

Telescopul James Webb arată ca mai jos, cu 18 oglinzi hexagonale care trebuie aliniate și sincronizate perfect.

Știam că au adoptat această soluție pentru că o singură oglindă de suprafață echivalentă nu încăpea în racheta Ariane care a dus telescopul în spațiu. Bănuiam însă că, odată aliniate și sincronizate, cele 18 oglinzi vor funcția ca una mare echivalentă.

Ei bine, nu. Se pare că lucrează ca un telefon mobil cu fotografiere multi-frame sau ca un HDR. Fiecare oglindă surprinde o imagine și cele 18 sunt apoi combinate pentru a obține detaliile foarte fine pe care le doresc cercetătorii, motivul pentru care au construit așa un telescop mare.

Cică lucrurile funcționează astfel. Momentan telescopul, dacă fotografiază o stea, surprinde de fapt o astfel de imagine din 18 cadre suprapuse, fiecare oglindă surprinzând steaua aceea în altă poziție pe imagine, de unde și haosul de mai jos:

Apoi inginerii vor trebui să reglezi fiecare oglindă astfel încât toate să surprindă o imagine bine focalizată.

Apoi se joacă cu poziționarea oglinzilor astfel încât fiecare să surprindă imaginea în funcție de poziția ei în matricea de oglinzi a telescopului.

Și după ce fac asta, începe suprapunerea de cadre, care are mai multe etape și până la urmă rezultă o singură imagine.

Seamănă foarte mult cu un algoritm de multi-frame noise-reduction utilizat pe telefoanele mobile. Am uitat cine a lansat tehnologia asta, parcă Apple la un iPhone mai vechi sau Google pe un Pixel. Iată însă că este folosită și în alte domenii.

Din motive ce țin de fenomene optice și faza luminii, oglinzile acelea trebuie aliniate cu mare precizie, una de sub 50 de nanometri. Treaba asta se va face în spațiu în următoarele 3 luni și mi se pare foarte tare că au motorașe atât de precise care lucrează la -200 de grade Celsius, cât au acele componente în momentul de față.

    15 comentarii

  1. Cat a progresat tehnologia, iar doua treimi din noi aici nu stim sa folosim corect un telefon mobil ca sa ajungem din A in B…

    Te face sa te gandesti ce somitati de inteligenta si pricepere exista in lumea asta si sa fii trist ca nu esti in aceeasi camera cu ei…

      (Citează)

  2. Pai lucrul la -200 de grade este un vantaj, din punct de vedere al stabilitatii electronice si al tolerantelor fizice.

      (Citează)

  3. Unde este descris acest proces? Ai un link unde este explicat cum va funcționa Webb, sau ai presupus asta? Nicăieri nu am găsit vreo referire la acest mod de funcționare. Este procesul de calibrare și aliniere a oglinzilor individuale, dar odată aliniate va fi o singură oglinda, toate vor proiecta imaginea în focus, imagine creata de fotonii colectați de toată suprafața oglinzii. Altfel, ce avantaj va fi sa ai 18 imagini de la 18 oglinzi de 1m? Nu, nu cred asta. Webb poate face image stacking prin expunere repetată, și chiar din poziții diferite. Are ca și Hubble o diferență de paralaxă de 300 milioane km la fiecare 6 luni.

      (Citează)

    • Eu de aici inteleg ca @finch. Pentru calibrare se ia in vizor o stea si se misca oglinzile pana cand pe senzor ajunge o singura imagine.
      https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/03/photons-incoming-webb-team-begins-aligning-the-telescope/
      In final cele 18 oglinzi vor actiona ca una singura.

        (Citează)

    • Uitati aici un filmulet care explica scurt ce a zis si radu https://youtu.be/_2zQiWeXTg4 . Gasiti aici detaliile https://webb.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html

        (Citează)

    • @Alin, din filmuletul si articolul postate de tine eu inteleg exact ce au spus @finch si @alunelu.

      Citat din articol:
      “Aligning the primary mirror segments as though they are a single large mirror means each mirror is aligned to 1/10,000th the thickness of a human hair. What’s even more amazing is that the engineers and scientists working on the Webb telescope literally had to invent how to do this.”

      In traducere, cele 18 segmente vor functiona ca si cum ar fi o singura oglinda mare, nu vor functiona ca 18 oglinzi individuale.

        (Citează)

    • Da, nu am citit/procesat eu cum trebuie

        (Citează)

    • Explicațiile au ceva scapari de exprimare, care in afara contextului pot fi înțelese greșit, gen “the 18 mirrors act as 18 individual telescopes”… Toată explicația asta se referă strict la calibrare. De fapt este destul de clar, fac o expunere, apoi mișcă ușor o oglinda, văd care e imaginea reflectată de ea, apoi muta alta oglinda, încă o poza și tot asa, pina afla unde se reflectă pe senzor imaginea din fiecare oglinda. Pe urmă fac calibrări ale fiecărei oglinzi. Ce înseamnă calibrarea? Există 7 actuatoare la fiecare oglindă. 6 din ele se ocupa de rotirea/orientarea oglinzii, plus deplasarea perpendicular pe planul general al oglinzii mari, iar un actuator se ocupă de schimbarea curburii oglinzii. Da, oglinzile au o curbura inițială, dar poate fi reglata fin, astfel încît fenomenele optice de refracție sa fie compensate. Ideea este că pentru a putea regla fiecare oglinda în parte este necesar ca imaginea fiecăreia sa fie reflectată complet separat de celelalte pe senzor. Cum ziceam, nu ai cum acoperi pe celelalte 17. Abia după ce toate oglinzile sunt perfect calibrate la curbura/poziție în planul general, urmează rotirea fiecăreia pina cînd toate sunt aliniate ca o singură oglinda continuă.

      Nu ai cum obține 18 imagini individuale ale celor 18 oglinzi, că nu există 18 senzori. Fiecare instrument de observație are un singur senzor mare, pe care este focalizată imaginea întregii oglinzi. Folosind o singură oglinda pentru a expune, ceea ce nu este posibil decit acoperind pe celelalte, obții o imagine corectă, dar lumina captată este 1/18.

      Luind-o cît mai simplu, pentru toată lumea, dacă de la o stea vin 18 fotoni și fiecare lovește exact cite una din cele 18 oglinzi, toți vor fi reflectați după calibrare într-un pixel de pe senzor dacă toate oglinzile acționează că una mare perfect calibrata, pixel ce creează semnalul corespunzător energiei celor 18. Daca iei doar o oglinda, obții doar un foton in acel pixel. De asta sensibilitatea, ca și la lentilele foto, este data de suprafața pe care cade lumina.

      Amintiti-vă de Hubble și de eroarea de vreo 60nm a curburii oglinzii. Imaginile nu erau focalizate, pentru că oglinda avea altă curbura decit cea proiectata. Au reparat problema prin înlocuirea reflectorului secundar cu alta oglinda cu curbura corectată invers, astfel încît să compenseze curbura gresita a oglinzii principale. Se pare că au învățat din acea greșeală și Webb poate fi reglat fin acolo pe orbită. Poate că la un moment dat e nevoie de schimbarea curburii oglinzii pentru a putea compensa vreun efect ciudat al unei lentile gravitaționale. Webb nu se uita la chestii din apropiere, ci la cele mai îndepărtate galaxii, a căror lumina trece prin diverse efecte de “gravitational lensing”.

        (Citează)

    • In completarea comentariului, image stacking face și Hubble, va face și Webb, dar prin combinarea mai multor expuneri din poziții/orientări ușor diferite. Va expune din diverse poziții același obiect și apoi imaginile vor fi combinate software pentru a face reducerea de zgomot. Ce am înțeles de la Hubble e că o foarte fină schimbare a orientării oglinzii (ceva de gen sutime de arc secunda) permite obținerea unei imagini ușor diferite, fotonii cazind pe pixelii alăturati cu alta distribuție, astfel încît prin combinarea mai multor astfel de imagini este scos zgomotul. Plus că imagini obținute din poziții diametral opuse pe orbita in jurul soarelui, la 300 milioane de km paralaxă vor scoate in evidenta chestii faine.
      Hubble are cam 2.4 m diametru oglinda, adică vreo 4 metri pătrați de reflector principal, că are gaura pe centru. Una din oglinzile Webb are 1.32m distanta intre doua laturi opuse ale hexagonului. Asta înseamnă după ceva geometrie că latura hexagonului e 0.762m, deci rezultă o arie de 1.5m pătrați fiecare oglinda din cele 18, deci nici mai mult nici mai puțin de 27 m pătrați în total. Deci cam de 8 ori aria oglinzii Hubble. Wow!

        (Citează)

    • Corecție: Hubble are de fapt 2.5 m diametru oglinda, dar aria colectoare este ca a unei oglinzi de 2.4m diametru fără gaura pe centru, de asta este menționat ca “oglinda de 2.4m”. Ok aria este 4.525 m pătrați.
      Iar Webb are de 27/4.525=5.968, deci 6 ori mai mare oglinda. Scuze de calculul greșit.

        (Citează)

  4. Cred ca o versiune a tehnologiei a fost prima oara folosita pe un consumer device pe Nokia 808 PureView, imi amintesc ca facea mai multe poze si le combina. Sau facea ceva downsampling?

      (Citează)

  5. E superb sau la superlativ ce au reusit omuletii aia cu WEBB , sper sa le iasa tot ce si-au propus si inca putin in plus – merita !
    Eu sunt uimit de temperatura de la suprafata dinspre soare …

      (Citează)

  6. De fapt imaginile sînt alăturate, nu suprapuse.

      (Citează)

  7. Man, nu te mai grabi cand scrii de astea. :) Nu e prima oara cand nu o nimeresti.
    Ce ai zis tu in articol tine de procesul de aliniere. Odata alinierea facuta imaginea stelei va fi una singura, formata de toate segmentele si da, neaparat neaparat toate segmentele se vor comporta ca facand parte dintr-o singura oglinda. La modul ca o sa masoare sa fie alea aliniate la nivel de front de unda. Electromagnetica. Imagine that. Deci nici vorba de nu stiu cate imagini separate. De ce?
    Pentru ca rezolutia maxima a unei imagini, sau marirea maxima pe care o poti face cu un telescop, e data de diametrul telescopului respectiv. Vezi aici:
    https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/resolution_sensitivity.html#:~:text=Firstly%2C%20resolution%20is%20inversely%20proportional,telescope%20at%20a%20given%20wavelength.

    Nimeni vreodata nu o sa foloseasca 18 oglinzi sa faca stacking cand ai senzorul racit la -240 de grade. Nimeni. Vrei oglinda cat mai mare. Ca sa ai rezolutie cat mai mare. Daca vrei stack faci mai multe poze separate si le suprapui. Eventual mai faci si dither (faza aia cu poze usor dezaliniate) ca sa mai atenuezi niste zgomot si niste pattern-uri ale senzorului.

    Eu mai fac poze la cer in timpul liber. Treaba aia cu mai multe poze suprapuse pentru minimizarea zgomotului la semnal slab nu s-a inventat pe telefoane. A fost folosita in astronomie de cand s-a inventat tehnologia digitala. Iar procesul de obtinere a unei fotografii astro e unul destul de complicat.
    Uite aici prezentat cat s-a putut de succint cum sa faci poze astro de pe pamant:
    https://blog.f64.ro/2022/02/08/cum-sa-faci-astrofotografie-partea-a-ii-a/

    Si asta e doar partea de achizitie si calibrare. Mai muncesti la prelucrare inca odata pe atat :)

      (Citează)

    Alătură-te discuției, lasă un mesaj

    E-mail-ul nu va fi publicat. Fără înjurături și cuvinte grele, că vorbim prietenește aici. Gândiți-vă de două ori înainte de a publica. Nu o luați pe arătură doar pentru că aveți un monitor în față și nu o persoană reală.

    Apăsați pe Citează pentru a cita întreg comentariul cuiva sau selectați întâi anumite cuvinte și apăsați apoi pe Citează pentru a le prelua doar pe acelea. Link-urile către alte site-uri, dar care au legătură cu subiectul discuției, sunt ok.


    Prin trimiterea comentariului acceptați politica de confidențialitate a site-ului.



    Vreți un avatar în comentarii? Mergeți pe gravatar.com (un serviciu Wordpress) și asociați o imagine cu adresa de email cu care comentați.

    Dacă ați bifat să fiți anunțați prin email de noi comentarii sau posturi, veți primi inițial un email de confirmare. Dacă nu validați acolo alegerea, nu se va activa sistemul și după un timp nu veți mai primi nici alte emailuri

    Comentariile nu se pot edita ulterior, așa că verificați ce ați scris. Dacă vreți să mai adăugați ceva, lăsați un nou comentariu.

sus