Gerätekurve bei Farbkameras - Spektroskopie

[FlorianV]

Hallo miteinander,

ich erstellte vor kurzem Sternspektren mit einem Staranalyser 100 an einem 127er Skymax. Während mit der ASI 120mini und mit meiner Olympus OM5-Kamera die Profile der 1. Beugungsordnung recht "normal", also mit einer typischen Planck-Kurve als Einhüllende, erzeugt wurden, kommt mir das Ganze mit der QHY585-Farbkamera irgendwie komisch vor.
Der blaue Spektralbereich wird hier in der Intensität ziemlich zusammengestaucht:

Summenbild der 1.Beugungsordnung (30x0,5s) von Wega

Erstellt mit Vspec (Wellenlängenkalibriert, aber keine Normierung der Intensität).


Hier noch das Spektrum von Cor Caroli A mit dem ziemlich flachen "Blaubereich" in der linken Bildhälfte:

Nun meine (ich hoffe nicht allzu dumme Frage, bei der mir evtl. jemand weiterhelfen kann: Wirkt der blaue Farbbereich nur deshalb zusammengestaucht, weil wegen der Bayer-Pattern der Grünbereich deutlicher hervorkommt? (Aber wieso ist das dann nicht bei der Olympus-Kamera?)

Oder sind hier andere Ursachen im Spiel?

Danke schon mal für eure Hilfe!

Viele Grüße,
Florian

 

[Ehemaliges Mitglied]

Nun meine (ich hoffe nicht allzu dumme Frage, bei der mir evtl. jemand weiterhelfen kann: Wirkt der blaue Farbbereich nur deshalb zusammengestaucht, weil wegen der Bayer-Pattern der Grünbereich deutlicher hervorkommt? (Aber wieso ist das dann nicht bei der Olympus-Kamera?)

Oder sind hier andere Ursachen im Spiel?

Hallo Florian,

der Verlauf des sog. Pseudokontinuums bei der Aufnahme von Spektren mit Farbkameras wird durch die unterschiedlichen Transmissionskurven der Blau-, Grün- und Rotfilter im Bayer-Array hervorgerufen. Zusätzlich spielen hier noch Korrekturfilter eine Rolle. Die Effekte kann man gut sehen, wenn man bei einer Farbkamera das Bayer-Filterarray vom Sensor entfernt und den UV/NIR-Filter sowie den Korrekturfilter ausbaut. Die unten abgebildeten Spektren von Wega wurden mit einer Canon 450 D und einem SA-200 Grism aufgenommen (vor und nach der Modifikation; blaues bzw. rotes Spektrum):

Die Verläufe der Pseudokontinua meiner unmodifizierten Fuji X-A1 und Canon 450 D sind aufgrund der unterschiedlichen Filter sehr verschieden. Dies bestätigt Deine Beobachtung.

Übrigens kann man durch das Entfernen der eingebauten Filter auch sehr gut die Paschen-Linien im NIR des Wega-Spektrums detektieren:

Grüsse

Matthias

 

[Ehemaliges Mitglied]

Während mit der ASI 120mini und mit meiner Olympus OM5-Kamera die Profile der 1. Beugungsordnung recht "normal", also mit einer typischen Planck-Kurve als Einhüllende, erzeugt wurden, kommt mir das Ganze mit der QHY585-Farbkamera irgendwie komisch vor.

Der Verlauf der Einhüllenden "enthält" nicht nur die Planck-Kurve und die Absorptionslinien des Sterns, sondern auch die tellurischen Absorptionslinien (atmosphärische Extinktion), den Kurvenverlauf der Quanteneffizienz des Sensors sowie die Kurvenverläufe aller Filter vor dem Sensor. Den korrekten Verlauf der Planck-Kurve erhält man erst nach der Response-Korrektur (genau genommen ist der Verlauf des Kontinuums eines Sternspektrums nur näherungsweise mit dem eines schwarzen Strahlers vergleichbar).

Grüsse
Matthias

 

[FlorianV]

Hallo Matthias,

vielen lieben Dank für deine ausführliche Antwort und für das Zeigen des Vergleichs deiner Sensoren. Mir war zwar bewusst, dass der UV/IR-cut Filter den Verlauf beeinflusst, aber mir war nicht bewusst, dass bei einer Astrokamera (wie die QHY) auch die Filter der Bayer-Matrix das ganze so stark beeinflussen.

Dass die Einhüllende noch etliche andere Einflussfaktoren enthält war mir durchaus bewusst. In VSpec hab ich diese Korrektur zumindest beim Spektrum von Cor Carolis A schon mehr oder weniger erfolgreich durchgeführt. Dadurch erfolgte eine entsprechend steile Flanke am kurzwelligen Ende des Spektrums, so dass die Balmerlinien Delta, Epsilon und Zeta kaum mehr sichtbar waren. Deshalb blieb ich vorerst bei der Kalibrierung der Wellenlänge (Bzw. probiere gerade die Intensität auf 1 zu normieren).

Wie kommt es eigentlich, dass deine Absorptionslinien eigentlich so tief runter gehen? Kommt das wieder von der Korrektur der Intensität? Oder ist das eher gerätebedingt (z.B. meine f12-Optik)?

Wie du schon sagtest, wollte ich als nächstes eh den IR/UV-cut Filter abschrauben, da die Kamera doch auch im NIR etwas empfindlicher sein soll. Gut zu wissen, dass mit Wega auch was im NIR zu sehen sein sollte. Danke für den Tipp!

Viele Grüße,
Florian

 

[Ehemaliges Mitglied]

Wie kommt es eigentlich, dass deine Absorptionslinien eigentlich so tief runter gehen? Kommt das wieder von der Korrektur der Intensität? Oder ist das eher gerätebedingt (z.B. meine f12-Optik)?

Verwendet man Transmissionsgitter wie den SA-200 im konvergenten Strahlengang führt dies zu Abbildungsfehlern und Auflösungsverlusten durch die spektrale Koma. Durch Kombination mit einem Prisma lässt sich dies korrigieren. Durch zusätzliche Optimierung des Gitterabstands zum Sensor erreicht man ein Auflösungsvermögen von R=600 bis 1000. Dies führt zu relativ tiefen und schmalen Absorptionslinien. Uwe Zurmühl hat hier hervorragende Optimierungsarbeit geleistet und die spaltlose Spektroskopie mit Transmissionsgittern entscheidend verbessert. Seine beeindruckenden Ergebnisse hat er letztes Jahr hier präsentiert: BAV Tagung 2023
Orientiert man sich an diesen Arbeiten von Uwe, dann lassen recht gute Ergebnisse mit dem SA-200 erzielen. Die Auflösung reicht z.B. aus, um P Cygni-Linienprofile bei Hyperriesen zu detektieren oder die Natrium D-Linie aufzulösen:

Deine f/12 Optik ist eigentlich eher vorteilhaft: Die spektrale Koma ist um so kleiner je größer die Öffnungszahl ist (also je schwächer die Konvergenz des Strahlengangs). Sehr empfehlenswert ist auch Kapitel 6 (Spektroskopie) in "Astronomie in Theorie und Praxis" von Erik Wischnewski: https://www.astronomie-buch.de/astronomiebuch.htm

Beste Grüsse

Matthias

 

[FlorianV]

Hallo Matthias,

das ist ja interessant! Danke!

Liebe Grüße,
Florian