Metoden för framgångsrika exponeringar ( engelsk Lucky imaging eller Lucky exponeringar ) eller metoden för korta exponeringar är en av fläckinterferometrimetoderna som används inom astrofotografering , som använder höghastighetskamerormed en ganska kort exponeringstid (högst 100 ms ), vilket gör det möjligt att minimera effekten av förändringar i jordens atmosfär under exponering .
När du tar fotografier med denna metod används ramar som är minst påverkade av atmosfärisk distorsion (vanligtvis cirka 10 % av totalen). Sådana ramar väljs och kombineras till en bild med hjälp av shift-add-metoden.. Detta möjliggör mycket större vinkelupplösning jämfört med ett enda fotografi som innehåller alla ramar.
Bilder som erhålls med markbaserade teleskop är suddiga på grund av påverkan av atmosfärisk turbulens (synliga för ögat som blinkande stjärnor ). Många astronomiska observationsprogram kräver en upplösning som är överlägsen den som kan erhållas utan någon bildkorrigering. Framgångsrika exponeringar är en av de tekniker som används för att eliminera atmosfärisk oskärpa. Vid samplingshastigheter på mindre än 1 % kan denna metod nå diffraktionsgränsen även på 2,5-m teleskop, vilket förbättrar upplösningen med minst fem gånger jämfört med konventionella system.
Boötes Zeta i ett Northern Optical Telescope- fotografi taget den 13 maj 2000 med hjälp av lucky exponeringsmetoden. ( Luftiga skivor runt stjärnor beror på diffraktionen av ett 2,56 meter teleskop)
En typisk kortexponeringsbild av samma binära stjärna, från datamängden från samma teleskop, men utan någon sprickinterferometrisk bearbetning. Påverkan av jordens atmosfär bryter bilden av varje stjärna i många fläckar.
Bildsekvensen nedan visar hur den framgångsrika exponeringsmetoden fungerar [1] . Från 50 000 bilder tagna med 40 fps skapades fem olika långexponeringsbilder. Utöver detta presenteras två kortexponeringsbilder, den ena mycket låg kvalitet, den andra mycket hög kvalitet. Målet som visas har 2MASS ID J03323578+2843554. Norr är på toppen, öst är till vänster.
| En enda bild av låg kvalitet, som inte används i den framgångsrika exponeringsmetoden. | ||
| En enskild bild av mycket hög kvalitet vald för metoden. | ||
| Genomsnittlig bild erhållen från 50 000 bilder med kort exponering, nästan identisk med en 21-minuters exponering ( 50 000 bilder/40 sekunder) i låg astronomisk synlighet . Det ser ut som en lite långsträckt bild av en vanlig stjärna. Halvbredden på den synliga skivan är cirka 0,9 bågsekunder . | ||
| En bild baserad på samma antal bilder, var och en med sitt barycenter flyttat till samma plats. Denna bild liknar ett fotografi med lång exponering korrigerat med adaptiv optik . Det finns redan märkbart fler detaljer (två objekt) än på fotografiet taget under förhållanden med låg astronomisk sikt. | ||
| En genomsnittlig bild erhållen från 25 000 bilder av högsta kvalitet (50 % av hela provet) med en kort slutartid efter att de har ändrats så att den ljusaste pixeln i varje bild är vid en gemensam punkt för alla bilder. Det finns redan tre objekt synliga här. | ||
| Genomsnittlig bild erhållen på basis av 5000 bilder av högsta kvalitet (10 % av hela provet) efter en operation liknande den som beskrivs i föregående stycke. Det finns en märkbar minskning av halo som omger objekt , på grund av låg astronomisk synlighet. Den luftiga skivan runt det ljusaste av föremålen blir tydligt synligt . | ||
| Den genomsnittliga bilden som erhölls på basis av de 500 bilderna av högsta kvalitet (1 % av hela provet) efter det redan beskrivna skiftet. Halon blev ännu mindre. Signal-brusförhållandet för det ljusaste objektet i denna bild är maximalt. |
Skillnaden mellan bilden som begränsas av förhållandena för astronomisk synlighet (tredje från toppen) och den som erhålls som ett resultat av att bearbeta 1 % av de bästa bilderna är verkligen mycket stor: ett trippelsystem har upptäckts. Den ljusaste stjärnan i den västra delen av bilden (höger) är en M4V-stjärna med en skenbar magnitud på 14,9 . Denna stjärna är referenskällan för metoden för framgångsrika exponeringar. Dimmerobjekt är stjärnor i klasserna M4.5 och M5.5. Avståndet till systemet är ca 45 st . De luftiga skivorna som syns på fotografierna indikerar att det 2,2 meter långa teleskopet i Calar Alto-observatoriet har nått diffraktionsgränsen . Signal-brusförhållandet för punktkällor är direkt proportionell mot strängheten i ramval, medan halointensiteten är omvänt proportionell. Vinkelavståndet mellan de två ljusaste objekten på fotografiet är 0,53 bågsekunder och mellan de två svagaste objekten 0,16 bågsekunder (vid ett avstånd av 45 parsecs motsvarar det senare värdet ungefär 7,2 AU eller 1 miljard kilometer).
Teknikerna för den framgångsrika exponeringsmetoden tillämpades först i mitten av 1900-talet och blev populär på 1950- och 1960-talen (med filmkameror, ofta med bildförstärkarrör ). Det tog 30 år för individuell bildbehandlingsteknik att utvecklas tillräckligt för att tillåta denna icke-uppenbara metod att omsättas i praktiken. Den första numeriska beräkningen av möjligheten att få framgångsrika exponeringar beskrevs av David Fried.år 1978 [2] .
I början av användningen av metoden för framgångsrika exponeringar antogs allmänt att atmosfären smetade ut astrofoton [3] . I detta arbete uppskattades halvbredden av oskärpan och användes sedan för att utvärdera bildrutor. Ytterligare studier [4] [5] utnyttjade det faktum att atmosfären faktiskt inte suddar ut astrofoton, utan producerar många falska kopior av bilden ( punktspridningsfunktionen har fläckar). Med detta i åtanke användes nya tekniker för att förbättra bildkvaliteten, mer effektiva än de som föreslagits under antagandet att bilden är suddig av atmosfären.
I början av 2000-talet upptäcktes att diskontinuiteten av turbulens (och de resulterande fluktuationerna i astronomisk sikt) [6] avsevärt kan förbättra chansen att erhålla en "framgångsrik exponering" under förhållanden med genomsnittlig astronomisk sikt [7] [8] .
År 2007 tillkännagav astronomer vid California Institute of Technology och University of Cambridge de första resultaten av ett hybridsystem som innehåller ett adaptivt optiksystem och använder lucky exponeringsmetoden. Den nya kameran gjorde det möjligt att få de första fotografierna i det synliga området på teleskop med en diameter på cirka 5 meter, vars upplösning endast begränsades av diffraktionsgränsen. Forskningen utfördes på det 5,08 meter långa Hale-teleskopet vid Palomar-observatoriet .
Detta teleskop, utrustat med ett adaptivt optiksystem och en kamera som är kompatibel med lucky exponeringsmetoden, har uppnått en upplösning nära den teoretiska gränsen på 25 mikrobågsekunder för vissa typer av observationer [9] . Jämfört med rymdteleskop som rymdteleskopet Hubble lider systemet fortfarande av brister, inklusive ett smalt synfält för skarpa bilder (vanligtvis 10–20 bågsekunder), inneboende luftglöd och elektromagnetisk interferens som blockeras av atmosfären .
När den kombineras med ett adaptivt optiksystem väljer den framgångsrika exponeringsmetoden tider då turbulensen reduceras för att det adaptiva optiksystemet ska korrigera. Under dessa tidsintervall, som varar i små bråkdelar av en sekund, är korrigeringarna som görs av adaptiva optiksystem tillräckliga för att erhålla utmärkt upplösning i det synliga området. Ett system som använder den goda exponeringsmetoden kombinerar bilder tagna under perioder med utmärkt upplösning, vilket resulterar i en slutlig bild med betydligt högre upplösning, en som kan erhållas med enbart en adaptiv optiksystemkamera med lång exponering.
Den kombinerade metoden är endast tillämpbar på mycket högupplöst avbildning av relativt små astronomiska objekt upp till 10 bågsekunder i diameter, eftersom den begränsas av noggrannheten i att korrigera effekterna orsakade av atmosfärisk turbulens. För att använda denna metod är det också nödvändigt att ha en stjärna med en magnitud på högst 14 i synfältet. Hubble-teleskopet, som ligger utanför atmosfären, är inte begränsat av dessa förhållanden och kan därför uppnå höga -upplösningsbilder i en mycket större del av himmelssfären.
Metoden används av både amatörer och professionella astronomer . Moderna webbkameror och videokameror har förmågan att fånga bildrutor vid låga slutartider och vid höga hastigheter, och har samtidigt tillräcklig känslighet för astrofotografering. Dessa enheter används med teleskop, där shift-add-metoden producerar bilder med tidigare ouppnåelig upplösning. Om samtidigt vissa ramar inte används, kallas resultatet den erhållna metoden för framgångsrika exponeringar.
Det finns många bildvalsmetoder, som Strehl -selection , som först föreslogs av John Baldwin [10] . från University of Cambridge [11] och bildkontrastval som används i Ron Dantowitzs selektiva bildrekonstruktionsmetod [12] .
Utvecklingen och tillgängligheten av fotokänsliga arrayer med intern elektronmultiplikation gjorde det möjligt att erhålla de första högkvalitativa bilderna av mörka objekt.
Det finns andra metoder genom vilka upplösning kan erhållas som överskrider gränsen på grund av atmosfärisk distorsion, såsom adaptiv optik , interferometri , andra typer av speckle-interferometri och användningen av rymdteleskop som Hubble-teleskopet .