Фокусування

Теорія роботи
Фокусування у Ekos
Фокусування у Ekos
Для фокусування зображення Ekos має встановити обчислювальний метод, який надасть змогу визначити наскільки якісним є фокусування. Доволі просто поглянути на зображення і визначити, що воно є розфокусованим — людське око доволі просто виконує це завдання. Але як може Ekos встановити це без людини?
Існує декілька способів. Одним із них є обчислення повної ширини на рівні половинної амплітуди (FHWM) для профілю зірки на зображенні з наступним коригуванням фокуса до досягнення оптимального (найвужчого) значення FWHM. Проблема при цьому полягає у тому, що під час обчислення FWHM припускається, що початкова позиція фокуса є близькою до критичної. Крім того, застосування методу FWHM не дає якісних результатів на зображеннях із низькою інтенсивністю світлового потоку. Альтернативним способом є обчислення радіуса половинного потоку (РПП або HFR). Цей радіус є мірою у пікселях відстані від центру зірки до зони, де інтенсивність світла спадає до половини загального потоку випромінювання від зірки. Метод HFR поводить себе набагато стабільніше в умовах несприятливої погоди, коли профіль яскравості зірок є низьким, а початкова позиція фокусування є далекою від оптимальної.
Після обробки зображення за допомогою Ekos буде вибрано найяскравішу зірку і розпочато вимірювання її радіуса половинного потоку. Програма може автоматично вибрати зірку або ви можете вибрати зірку вручну. Зазвичай, рекомендовано вибирати не надто яскраві зірки, оскільки зображення таких зірок може бути насичено під час процедури фокусування. Типово, достатньо вибрати зірку 3 або 4 величини.
Далі, Ekos розпочне процедуру фокусування, наказуючи засобу фокусування виконати фокусування всередину або назовні і повторно вимірюючи радіус половинного потоку. Таким чином буде побудовано V-подібну криву, у якій оптимальне фокусування буде точкою мінімуму, а нахил бічних гілок визначатиметься властивостями телескопа і камери. У Ekos V-крива ніколи не будується повністю, оскільки процес фокусування відбувається ітеративно, тому, здебільшого, програма отримує дані щодо половинки форми V-кривої, як це показано на знімку вікна модуля фокусування.
Оскільки радіус половинного потоку лінійно залежить від фокусної відстані, можна розрахувати оптимальну точку фокусування. На практиці, Ekos виконує ітеративно дискретні кроки, спочатку використовуючи налаштований користувачем розмір кроку, а потім враховуючи нахил V-кривої, для отримання близької до оптимальної позиції фокусування, де змінює темп і починає виконувати дуже малі точні кроки для досягнення оптимального фокусування. Якщо використовується типовий Ітеративний алгоритм, процедура фокусування зупиняється, коли виміряний радіус половинного потоку відрізнятиметься від найменшого записаного значення радіуса половинного потоку на величину, яка є меншою за налаштовану точність. Іншими словами, при пошуку розв'язку задачі мінімізації у вузькому обмеженому діапазоні значень програма перевіряє різницю у відсотках поточного значення радіуса половинного потоку від найменшого записаного значення радіуса половинного потоку, і якщо ця різниця є меншою за вказане користувачем значення, процедура автофокусування вважається успішно завершеною. Типовою є різниця у 1% — вона є достатньою у переважній кількості випадків. Параметри групи Крок визначають кількість початкових кроків фокусування. Якщо зображення є дуже розфокусованим, слід встановити велике значення кроку (тобто > 250). З іншого боку, якщо фокусування близьке до оптимального, можна вибрати невеликий розмір кроку (< 50). Початковий крок для вашого обладнання можна вибрати способом спроб і помилок. Втім, слід зважати на те, що Ekos використовує це значення лише на першому кроці фокусування, оскільки усі наступні кроки буде виконано на основі даних щодо нахилу дотичної до V-кривої.
Якщо використовується Поліноміальний алгоритм, процедура розпочинається у режимі, подібному до ітеративного алгоритму, але при переході на інший бік V-кривої (тобто у ситуації, коли радіус половинного потоку після зменшення починає знову зростати), Ekos виконує поліноміальну апроксимацію для пошуку розв'язку, який даватиме позицію мінімального можливого радіуса половинного потоку. Якщо буде знайдено коректний розв'язок, процедура автофокусування вважатиметься успішно завершеною.
Хоча у модулі фокусування Ekos передбачено підтримку фокусування на основі відносних даних, наполегливо рекомендуємо користуватися засобами фокусування на основі абсолютних даних.

Група засобів фокусування
Параметри засобу фокусування
Параметри засобу фокусування
Передбачено підтримку усіх сумісних із INDI засобів фокусування. Рекомендуємо користуватися абсолютними засобами фокусування, оскільки їхня абсолютна позиція є відомою на час вмикання. У INDI, нульовою позицією засобу фокусування вважається позиція, у якій тубус повністю втягнено. При фокусуванні назовні позиція засобу фокусування зростає, а при фокусуванні всередину — зменшується. Передбачено підтримку таких типів засобів фокусування:
Абсолютний: засоби фокусування з абсолютною позицією, зокрема RoboFocus, MoonLite тощо.
Відносний: прилади фокусування з відносною позицією.
Прості засоби фокусування: засоби фокусування DC/PWM без зворотного сповіщення щодо позиції.
Для засобів фокусування із абсолютною позицією ви можете вказати кількість кроків. Для отримання неперервного потоку даних з камери натисніть кнопку Кадрування. Обладнання має негайно створити зображення відповідно до параметрів ПЗЗ у групі ПЗЗ та барабан фільтрів. Ви можете наказати обладнанню виконати фокусування всередину і назовні, натискаючи відповідні кнопки. Кожне натискання має призводити до виконання кроку, вказаного у параметрах фокусування. Для абсолютних і відносних засобів фокусування розмір кроку визначається у одиницях позначок, а для простих засобів фокусування — у мілісекундах.
Щоб розпочати процедуру автоматичного фокусування, просто натисніть кнопку Автофокусування.

Група «ПЗЗ і барабан з фільтрами»
Група «ПЗЗ і барабан з фільтрами»
Група «ПЗЗ і барабан з фільтрами»
Вам слід вказати ПЗЗ та барабан фільтрів (якщо такий є), які слід використовувати під час процедури фокусування. Ви можете зафіксувати певний фільтр у барабані фільтрів, який використовуватиметься кожного разу при автофокусуванні. Зазвичай, користувач має вибрати для цього прозорий фільтр, щоб Ekos завжди використовував той самий фільтр для автоматичного фокусування. Цей фіксований фільтр також буде використано у модулі вирівнювання для захоплення усіх зображень для астрометрії.
Ви також можете вибрати фільтр Ефект для удосконалення зображення з метою попереднього його перегляду. Наполегливо рекомендуємо вам не використовувати ефекти під час процедури фокусування, оскільки їхнє використання може завадити правильному обчисленню радіуса половинного потоку. Для дзеркальних фотоапаратів ви можете змінити параметри ISO. Ви можете відновити початковий повний кадр для підкадрів фокусування — для цього слід натиснути кнопку Скинути.

Параметри
Параметри фокусування
Параметри фокусування
Ймовірно, вам доведеться скоригувати параметри фокусування, щоб отримати успішну і надійну процедуру автофокусування. Параметри автофокусування зберігатимуться програмою і відновлюватимуться у наступних сеансах.
Автоматичний вибір зірки: автоматично вибирати найкращу зірку для фокусування із зображення.
Підкадр: підкадр навколо зірки фокусування під час процедури автоматичного фокусування. Позначення цього пункту може значно пришвидшити процедуру фокусування.
Темний кадр: позначте цей пункт для захоплення темного кадру, якщо це потрібно, і віднімання темного кадру від основного. Цей пункт може бути корисним для зашумлених зображень.
Призупиняти наведення: призупиняти наведення протягом автофокусування. Якщо процедура фокусування може спотворити наведення на еталонну зірку (наприклад, якщо використовується інтегрований порт наведення IGP, а засіб наведення фізично закріплено до основної ПЗЗ), рекомендуємо вам позначити цей пункт. Якщо використовується позаосьовий засіб наведення, потреби у позначенні цього пункту немає.
Розмір прямокутника: виберіть розмір прямокутника для вибору зірки фокусування. Збільшіть значення, якщо зірки на знімку дуже великі. Для фокусування за Бахтіновим розмір прямокутника може бути додатково збільшено для кращого покриття шаблона дифракції Бахтінова.
Макс. хід: максимальний хід у позначках, перш ніж процес автофокусування буде перервано.
Крок: початковий розмір кроку у позначках, який може суттєво змінити значення РПП (HFR). Для фокусування на основі таймера це початковий час у мілісекундах для пересування фокусу зовні чи всередину.
Допуск: допуск у відсотках визначає, коли завершиться процедура автофокусування, якщо використовується Ітеративний алгоритм. Під час процедури автофокусування програма записуватиме значення радіуса половинного потоку, і щойно фокусування наблизиться до оптимального, програма почне порівнювати РПП із мінімальним записаним РПП у сеансі і припинить процедуру, щойно виміряне значення РПП відрізнятиметься на вказане значення у відсотках від мінімального записаного РПП. Зменшіть значення, щоб зменшити відхилення від оптимального розв'язку для фокусування. Збільшення значення збільшить можливе відхилення розв'язку від оптимального.
Встановлення надто малого значення може призвести до зациклювання і, ймовірно, невдалого завершення спроби автоматичного фокусування.
Поріг: порогове значення у відсотках, яке буде використано у пороговому алгоритмі визначення. Збільшіть, щоб обмежити центроїд яскравими ядрами. Зменшіть, щоб захопити розмиті зірки.
Алгоритм: виберіть алгоритм процедури автофокусування:
Ітеративний: пересування засобу фокусування кроками, розмір яких початково задається. Щойно буде визначено нахил кривої, програма визначить розмір кроку для досягнення оптимального розв’язку. Роботу алгоритму буде припинено, коли виміряне значення радіуса половинного потоку (HFR) перебуватиме у межах визначеного у відсотках околу мінімального радіуса половинного потоку, який було зареєстровано під час виконання процедури.
Поліноміальний: починається з ітеративного методу. Під час переходу на інший бік V-кривої обчислюються коефіцієнти полінома наближення та можливий мінімальний розв’язок. Цей алгоритм може працювати швидше за суто ітеративний підхід за якісного набору даних.
Кадри: середня кількість кадрів для створення. Під час створення кожного кадру записуватиметься значення радіуса половинного потоку. Якщо це значення буде перевищувати встановлене граничне значення, можна збільшити кількість кадрів для збільшення відношення потужності сигналу до шуму.
Виявлення: виберіть алгоритм виявлення зірок. У кожного з алгоритмів є свої переваги і недоліки. Рекомендуємо не змінювати типового значення, якщо воно не призводить до невдалих спроб належним чином виявити зірки.
Бахтінов: цим методом виявлення можна скористатися, якщо для фокусування використано маску Бахтінова. Спочатку створіть знімок, потім виберіть зірку для фокусування. Програма створить новий знімок і проаналізує дифракційний шаблон. На дифракційному шаблоні буде показано три прямі, які вказуватимуть на те, наскільки добре було розпізнано шаблон, і наскільки фокусовано зображення. Якщо шаблон розпізнано не дуже добре, можна скоригувати значення параметра «К-ть рядків». Лінія із колами на кінцях є збільшеним індикатором для фокусування. Чим коротшою є лінія, тим фокусованішим є зображення.

V-крива
V-крива фокусування
V-крива фокусування
V-крива показує залежність абсолютної позиції від значень радіуса половинного потоку (РПП або HFR). Центру V-кривої відповідає оптимальна позиція фокусування. Коли Ekos перейде з однієї гілки V-кривої до іншої, буде виконано спробу повернутися до попередньої гілки і знайти позицію оптимального фокусування. Остаточну позицію буде визначено за вибраним користувачем алгоритмом.
При кадруванні горизонтальна вісь відповідає номерам кадрів. Це має допомогти вам у процесі кадрування, оскільки ви зможете бачити зміну РПП між кадрами.

Відносний профіль
Відносний профіль фокусування
Відносний профіль фокусування
Відносний профіль — графік, на якому показано взаємозалежність відносних значень РПП. Менші значення РПП відповідають вужчим формам, і навпаки. Суцільна червона крива відповідає профілю поточного значення РПП, а точкова зелена крива — попередньому значенню РПП. Нарешті, малинова крива відповідає першому виміряному значенню РПП. Її буде показано при завершенні процедури автофокусування. Так ви зможете визначити, наскільки процедура автофокусування поліпшила якість відносного фокусування.