Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo Liste!

Am 28.11. ist mir ein recht gutes P Cygni-Spektrum gelungen, das ich in zwei unterschiedlichen Arten ausgewertet habe (Anhang):

1. Bildung des Summenspektrums durch Addition der Einzelspektren im gewohnten Pixel-auf-Pixel Modus
2. Bildung des Summenspektrums durch Addition der Einzelspektren und Anwendung der Methode der Mustererkennung und Kreuzkorrelation bei 4facher Pixelvergrößerung(Programm GIOTTO).

Die vorliegende pdf-Datei erlaubt bei vergrößerter Darstellung (empfohlen 400fach) eine bessere Detailbetrachtung. Ich für meinen Teil möchte feststellen, dass in dem hochaufgelösten Spektrum jedes spektrale Detail, das im pixel-auf-pixel-Spektrum auch nur angedeutet ist, ausnahmslos entschieden klarer wiedergegeben wird. Eine Feinanalyse blauseits Halpha ergab, dass (bis auf zwei, drei Ausnahmen) nahezu sämtliche Linien als tellurische H2O-Linien identifiziert werden konnten (Vergleichsquelle: UVES-Messungen v. Hanuschik). Der Bereich rotseits muss dahingehend noch bearbeitet werden.

Was am meisten überrascht, ist das R von ca. 40000 (gemessen mit FWHM an einer Spektrallinie bei 6634A). Entsprechend hoch ist damit auch die Dispersion(siehe Plot).

Man wird sich erinnern: ich hatte schon einmal einen derartigen Auswerteversuch hier vorgestellt, in dem jedoch weit weniger deutlich die Wirkung der versch. Methoden zu erkennen war.

Nun bin ich gespannt, wie die Reaktionen auf diesen erneuten Versuch ausfallen.....

Ernst

Hallo Ernst,

das sieht sehr überzeugend aus ! Leider versteh ich von dem Ganzen nicht viel - es fehlt einfach an Zeit, sich damit intensiver zu beschäftigen.

Viele Grüße
Roland

Hallo Ernst,

kannst Du bitte mir mal das rote Spektrum (R=40000) als
ASCII-Datei zukommen lassen?
Ich sage Dir auch gleich warum:
1. Ich halte das für schöne Artefakte
2. Aber, ich will das mal genauer prüfen, indem ich das terr. Spektrum
dem Deinigen überlagere.
3. Wenn dabei was Vernüftiges rauskommt, kann ich MIDAS
wohl in die Tonne.. nein warten wir ab.

Viele Grüße

Dieter

Hallo Dieter,

Dieter Goretzki wrote:
Da sieht auch für mich einiges stark nach Artefakten aus. Teilweise ist
auch wohl das Rauschen enorm verstärkt worden. Insgesamt würde ich das
nicht als wirklich überzeugend ansehen. Solche Methoden funktionieren
gut ohne Rauschen, aber mit realistischem Rauschen kann das leicht
schiefgehen. Nichts für ungut, aber ich denke, das ist hier sehr gut
illustriert

Das würde mich auch interessieren.

Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo Ernst, Liste,

ja, mich wuerden auch die beiden ASCII-Dateien interessieren (normale Koaddition und Superres), um mal genauer vergleichen zu koennen.

Viele Gruesse
Frank

Hallo,

ich hab' mich ein wenig kundig getan. Zunaechst ist das ganze eine Technik, die astronomisch unter dem etwas sperrigen Oberbegriff "blind multi-image deconvolution" gehandelt wird. Derartige Techniken funktionieren durchaus unter gewissen Bedingungen, sind aber ziemlich hakelig beim Einsatz. Prinzipiell geht's am besten wenn das Bild aus Punktquellen zusammen gesetzt ist, wenn die Belichtungszeiten sehr kurz sind und wenn die zu korrigierenden Bildstoerungen weniger statistischer Natur als die Verbreiterung der PSF (point spread function) durch Seeing sind, also z.B. optische Fehler (Hubble-Teleskop vor dem CoStar-Einsatz, Satellitenbilder ganz allgemein), echtes verwackeln (Windshake, Seeing durch kleine Teleskope auf _kurzen_, d.h. sub-Sekunden, Zeitskalen, also wenn man noch das Wackeln der Atmosphaere selbst sieht). Aber auch dann gilt noch "Man soll aufhoeren, wenn's am schoensten ist"; und man muss normalerweise mehr oder weniger raten, wo's denn nun am schoensten war.

Die P-Cyg Bilder sind mit 120 Sekunden gemacht, das ist weit oberhalb der Grenze, unter der das Seeing noch als Bewegung wahrnehmbar ist. D.h. multi-image deconvolution arbeitet dort in Bereichen, fuer die es eigentlich nicht so wirklich gemacht ist, weil schon die Einzelbilder den "Weichzeicher" der Atmosphaere komplett durchlaufen haben. Rausrechnen geht viel besser, wenn die Einzelbilder jeweils nur einen Teil der atmosphaerischen Bildverschlechterung beinhalten.

Ich hab' ein altes Spektrum von Spica vom Koenigstuhl aus verglichen, also eins mit garantiert ausreichend Wasser in der Sichtlinie. Der Bereich rot von Halpha ist eigentlich recht sauber, das dort so viele Linien im entfalteten Spektrum sind hat mich etwas gewundert. Wenn die eher schwachen Linien im Roten so stark rauskommen, muessten die blauseits noch sehr viel deutlicher sein. Die sind aber nicht da. Insofern ist die Artefaktvermutung wahrscheinlich richtig.

Spektroskopie eignet sich leider generell wegen der naturgemaess laengeren Belichtungszeiten deutlich weniger zu Entfaltung als Direktbilder.

Herzliche Grüße,
Rivi

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Thomas Rivinius
ESO Paranal Science Support Astronomer

Hallo Ernst,
Da muss auch noch eine Entfaltung dahinter stecken. Sonst kann ich mir die Artefakte nicht erklären. Nur mit Pixelvergrößerung, verschieben und addieren passiert so etwas nicht. Diese Schritte sind wenig riskant und könnten die Auflösung tatsächlich etwas erhöhen. Eine Entfaltung birgt dagegen immer die Gefahr von Artefakten und Rauscherhöhung. Vor allem gilt das, wenn die Punktverbreiterungsfunktion - wie hier - nicht gut bekannt ist. Diesen letzten Versuch fand ich wesentlich überzeugender. Der Gewinn an Auflösung war zwar nicht so groß (was eher realistisch ist), aber es gab keine offensichtlichen Artefakte. Was war denn der Unterschied in den beiden Auswertungen?

Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo Ernst,

anbei der Vergleich.
Das Gezackere von 6618 - 6668 Å (Wasser2.gif) ist alles mögliche, nur keine terr. Linien. Schon deshalb nicht, weil hier gar nicht so viele Linien vorhanden sind. Es ist natürlich zu berücksichtigen, dass die Ausprägung der terr. Linien u.a. abhängig von der Zenitdistanz ist.
Im Vergleich Wasser1.gif könnten sich terr. Linien verbergen. Hier ist zu berücksichtigen, dass wir vermutlich verschieden Kalibriersysteme verwenden (wie angedeutet). Die Verschiebung ist ja nicht sehr groß.

Nein, das überzeugt mich noch nicht. Habe mein MIDAS wieder aus der Tonne geholt.

Viele Grüße

Dieter

Hallo Otmar,

falls all diese Linien nichts weiter als vom Rauschen angestossene
numerische Artefakte sind: warum zeigen sie fast
ausnahmslos nach unten? Vielleicht hat Ernst ein wenig zu stark auf die
Tube gedrueckt, aber wenn man sein SR-Spektrum
wieder etwas glaettet sieht das doch deutlich besser aus als das
Ergebnis der Pixel-zu-Pixel Summation, oder? Es gibt
in diesem Spektrum auch Abschnitte, in denen ich meine, ein glattes
Kontinuum zu sehen, ohne das das Rauschniveau
unguenstiger geworden waere ...

Eine Entfaltung steckt bei der SR sicher mit drin, sonst koennten Linien
ja nicht schmaler werden. Ich denke aber, wir
sollten die normalen Entfaltungsalgorithmen, die nichts weiter tun, als
die Beitraege hoher Ortsfrequenzen aufzublasen
und das Rauschen zu vermehren, unterscheiden von der hier vorgenommenen
Inversion, die Information ausnutzt, die
in der Gesamsequenz aller Spektren wirklich vorhanden ist, aber bei der
normalen Koaddition verloren geht.


Viele Gruesse
Frank

(P.S.: Wenn ich das geglaettete Spektrum als kleines bmp anzuhaengen
versuche, kommt die email leider nicht durch?)

Lieber Dieter,

ich begreife - wie den Meisten schon bekannt - nicht allzu viel, aber mir leuchtet das, was Thomas Rivinius geschrieben hat sehr ein. Bei ganz kurz belichteten Einzelaufnahmen, wie ich das auch schon mit einer Webcam und meinem Schiefspiegler mit 4m Brennweite gemacht habe, da kommen mit giotto schon ganz verblüffend scharfe Aufnahmen raus! Dann habe ich aber auch einige tausend Einzelbilder und giotto schmeißt dann alle seeing bedingt unscharfen Bilder raus und addiert den Rest, das gibt nice pictures, aber wenn ich bei einem Einzelframe schon mal 2min draufhalten muß, was sollte giotto da machen?? Verstehe ich nicht und nochwas begreife ich wieder nicht:

Ein Spektrograph ist doch ein physikalischer Apparat, dessen Dispersion und Auflösungsvermögen, wenn er spaltlos ist vom seeing , von den Objektiven und von der Gitterkonstanten abhängt. Dazu haben wir das Excelsheet von Klaus Vollmann. Ich kann da "rechnen" wie ich will, auf ein R von 40.000 komme ich da mit den (angenommenen!) (K=2400, Kollimator 135 Kamera 200mm) Daten her nicht hin. Für mich entsteht der Eindruck, dass, wenn das alles so wäre, dann müßte ich den Detektor nur beliebig "feinkörnig" machen bzw. das ganze Korn verschmieren, dass also letztlich es sowas gar nicht mehr gibt und dann steigt das R ins Astronomische......schon von daher glaube ich nicht, dass das geht. Es ginge wohl vielleicht, wenn man an einem Riesenfernrohr in einer sekunde 8 pcygni Spektren mit gute s/n bekäme, dann würde das vielleicht zu super Resultaten führen. Man müßte allerdings mal die daten des Spektrographen haben und dann rückwärts rechnen, wie groß der "Spalt" hier gleich seeingscheibchen denn sein müßte , um ein R von 40000 zu bekommen......und dann prüfen, ob das sein könnte.....

nach wie vor sehr verwundert

Berthold

Hallo Frank,

die momentanen Foren-Einstellungen erlauben keine Bildanhänge im bmp-Format. Akzeptiert werden Bilder in den Formaten jpg, png, gif, tga und tiff.

Mit freundlichen Grüssen

Peter Stoffer

Hallo

Nur zur allgemeinen Erinnerung:
Numerischen Verfahren können tw. auch gegen völlig falsche Werte
konvergieren (nicht nur gegen globale und lokale Maxima/Minima).
und anscheinend immer "genauere" falsche Werte liefern. Von daher
ist die immer bessere Konvergenz gegen einen bestimmten Wert an
sich noch kein Beweis, daß dieser Wert auch korrekt ist.

Von daher sollten numerisch gewonnene Ergebnisse nicht nur gegen-
einander, sondern auch mit tatsächlichen, sehr genauen Messungen
verglichen werden.

Gibt es in diesem Fall etwas, das dafür dienen könnte ?

Clear skies
Wolfgang

--
Wolfgang Renz, Karlsruhe, Germany
Rz.BAV = WRe.vsnet = RWG.AAVSO

Hallo Otmar,
ich rechne bereits seit Wochen mit Erläuterungen seitens des GIOTTO-Entwicklers um Näheres zur Arbeitsweise des Additionsprozesses und zur Frage der Entfaltung zu erfahren. Bisher vergeblich, darum kann ich dazu absolut nicht sagen.

Zum Unterschied zum ersten Versuch melde ich mich morgen.

Ernst

Hallo Dieter,
dein unmittelbarer Vergleich mit dem terr. Wasserdampfspektrum war natürlich naheliegend. Mit VSPEC ist das auch leicht zu machen (siehe Anhang), und in der Tat stellt sich die Frage nach der Herkunft der vielen Linien rotseits von HeI6678. Da gibt´s keine des terr. H2O. Hier gibt´s noch Klärungsbedarf!

Ernst

Hallo Frank,

Frank Hase wrote: Das ist eine gute Frage, die ich auch nicht beantworten kann. Das kann
man aber sowieso erst beantworten, wenn Ernst etwas genauer erläutert,
was er genau gemacht hat. Auffällig ist aber, dass die scharfen Spitzen
nach unten (siehe Plot von Dieter), fast ausnahmslos von etwas breiteren
und weniger starken Spitzen nach oben begleitet werden. Das sieht schon
sehr nach Artefakten aus. Außerdem gibt es für die zahlreichen Spitzen
einfach keine andere plausible Erklärung - und ich habe schon viele
Spektren in dem Spektralbereich gesehen.
Das mag sein. Obwohl ich das, ehrlich gesagt, auf Anhieb nicht so sehe.
Das kommt darauf an, was man miteinander vergleicht. Ich denke, wenn man
Spektren, die "undersampled" sind, zunächst "rebinned", dann führt das
"shift and add" zu etwas schärferen Linien als ohne rebinnen - auch ohne
Entfaltung. Das war ja eigentlich, was Ernst ursprünglich beschrieben hat.
Das Problem ist natürlich, die Information vom Rauschen zu
unterscheiden. Das Beispiel von Ernst hat, wie ich finde, sehr schön
gezeigt, dass das leicht fehlschlagen kann. Ich streite natürlich nicht
ab, dass das grundsätzlich (innerhalb enger Grenzen und falls die
Voraussetzungen erfüllt sind (siehe Rivis Beitrag)!) möglich ist.
Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo,

ich kenne mich mit diesen Giotto-Methode nicht aus, aber ich denke dass man gedanklich trennen sollte zwischen de-noising und de-convolution.
Bei de-noising benutzt man doch im Grunde die Information dass neben einander liegende pixels
korreliert sind mittels dem FWHM, waehrend das rauschen rein statistisch ist. Diese Information ist immer in gewisse masse vorhanden.
Aber bei der Dekonvolution wird im Grunde das meist wahrscheinliche hi-resolution Modell an den Daten angefittet.
Hier kann man nur zwischen Modelle unterscheiden wenn das Rauschen dies ermoeglicht. Nach meine Erfahrung ist dies bei einen
S/N von 100 hoffnungslos, und braucht man eher etwa ein S/N von 1000 (gemittelt ueber alle readouts und ueber den FWHM).
Davon sind diese Spektren noch weit entfernt. Die Sache waere freilich anders, wenn Ernst 300 statt 30 Spektren aufgenommen haette .
Aber so wie es ist, sollte jeder deconvolution-Methode ueberfordert sein (so einfach laesst sich die Natur nicht ueberlisten..).

An sich finde ich diese Thema sehr interessant. Ich habe das Gefuehl, dass mit intelligente Datenverarbeitung
durchaus mehr aus den Spektren zu holen waere als nur bei einfache Mittellung ersichtlich (wenn man nur Zeit haette..).

Viele Gruessen, Sander

Hallo,

ganz nebenbei denke ich , dass es um optimale Ergebnisse zu bekommen,
wichtig ist dass man die Hauptfehlerquelle bestimmen kann.
Sind dies guiding-errors oder Dunkelstrom, ist es besser
mehrere kuerzere Beleuchtungen zu machen. Ist es Ausleserauschen am
Detektor, ist es besser langer zu integrieren. Kurze Integrationen machen hier die
Sache schlimmer, egal ob man spaeter noch mittels cross-correlation von
einzel-Bilder probiert etwas zu retten. Fehlende Information bleibt fehlende
Information.
Aber vielleicht wurde da manches schon frueher im Forum diskutiert..
Gruesse, Sander

...ich könnte wohl den Ablauf der SR-Addition in GIOTTO beschreiben:

1) Vorwahl der Pixelvergrößerung (GIOTTO spricht v. Auflösung): hier 4fach

2)Auswahl eines Passmusters : heist hier "Passmuster in Umgebung"

3)Positionierung eines Suchfensters auf einen Referenzbereich: im vorliegenden Fall von ~ 6665-6685A, also HeI6678-Profil als Passmuster.

4)Auswahl der zu addierenden Spektren (hier 30)

5)Beginn der automatischen Zentrierung aller Folgespektren bei gleichzeitiger Addition auf das Referenzspektrum.

6)Anzeige/Speicherung des Summenspektrums

Das war`s...mehr kann ich dazu nicht sagen.

Damit das nicht "überhört" wird:

Ich warte noch immer auf eine ausführlichere Erläuterung zum programminternen Prozeß seitens des Entwicklers.


Beim genauen Spektrenvergleich fällt mir jedenfalls auf, dass nahezu jedes Detail (nennen wir es Rauschen und nehmen einmal den Bereich 6620-70) des SR-Spektrums auch im pixel-auf-pixel-Spektrum vertreten ist.
Warum werden nun die gleichen Details im SR-Spektrum plötzlich Artefakte genannt?
Leuchtet mir nicht ein.

Ernst

Hallo Ernst,
Das ist wohl nötig, um zu sehen, was da genau passiert.
Im normalen Summenspektrum sehen die Zacken wie Rauschen aus (was sie
wohl auch sind). Nach der SR-Addition sehen sie wie Linien aus, weil das
Programm sie verstärkt hat. Es ist also nicht überraschend, dass da
vorher auch etwas war. Als Artefakt würde ich die unphysikalische
Verstärkung der Rauschzacken bezeichnen. Außerdem scheinen einige Zacken
auch neu aufzutauchen: Z.B. der Zacken an dem Du die Auflösung gemessen
hast. Den scheint GIOTTO frei erfunden zu haben

Herzliche Grüße,
Otmar

Hallo Ernst,

nimm dir doch mal das Spektrum eines hellen K-Sterns vor, der viele schmale Linien hat. Das wäre wahrscheinlich eine besseres Experimentierfeld wie P Cyg mit seinen breiten Linien.

Liebe Grüsse
Lothar

On Tue December 11 2007 13:02:34 Ernst Pollmann wrote: Das hier scheint der Schritt zu sein, bzw. den Algorithmus zu waehlen, in dem
etwas eigenartiges passiert. Von einer anderen Webseite
(http://astrofotografie.hohmann-edv.de/b ... dieren.php):

"Hier wird in einem Folgedialog ein weiteres Bild angezeigt, in dem ein
Bereich markiert werden muß, welcher ein unverwechselbares Bildmuster
(Mondkrater, Sternformation) enthalten sollte. Nach diesem "Paßmuster" werden
alle Einzelbilder ausgerichtet. Langsam aber sehr genau."

Die gewaehlte He6678 ist aber sehr viel breiter als die Aufloesung und hat
auch keine features, die schmal genug waeren, um sie durch shift-and-coadd zu
verstaerken und so ein deutlich zentriebares Signal fuer eine Korrelation zu
liefern, waehrend im die Beispiel genannten Muster (z.B. Sterne) eher kleiner
als die Aufloesung des Bildes sind. Als "Passmuster" eine starke
unaufgeloeste Linie zu waehlen, tellurisches Wasser z.B., haette wohl mehr
Aussicht auf Erfolg. Andererseits sind 120sek Belichtungszeit weit ausserhalb
des Bereichs indem so ein shift-and-coadd funktioniert (siehe meine fruehere
mail), es sei denn es geht um Nachfuehrfehler statt um Seeing.

Das staerkste Signal einer Kreuzkorrelation kommt in so einem Fall wohl
tatsaechlich vom Rauschmuster, das kohaerent aufeinander geschoben und so
kuenstlich verstaerkt wird. Je nachdem wie das Rauschen des Detektors
aussieht (z.B. koennen quasi feste Muster durch elektromanetische Strahlung
in der Umgebung beim Auslesen entstehen, oder Pixel-zu-Pixel Variationen
koennen Teil des Detektors sein, also so dass die Positionen der Rauschzacken
nicht voellig unabhaenging voneinander sind) koennten so auch Pseudomuster
ausserhalb des Passmuster-bereiches verstaerkt werden.


Cheers,
Rivi

--
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Thomas Rivinius
ESO Paranal Science Support Astronomer

Hallo Ernst,

Durch die Beschreibung von Rivi ist mir etwas klarer was hier passiert.
Giotto macht kein Dekonvolution, sondern probiert nur das optimale matching
zwischen Einzelbildern zu erzeugen. Bei kurze Integrationszeiten ist das
besonderes wichtig, weil das Bild dauernd springt.

ich wurde mich an deiner Stelle nicht zu viel in diesen Superresolution festbeissen.
Die Aufloesung in den 120 sek. Spektren wird ja nicht von den Pixelgroesse
bestimmt, sondern ist bedingt durch seeing und Spektrografendesign immer mehrere
Pixels breit. Es ist durchaus eine interessante Idee um mittels Giotto ein optimales
matching von den individuele Spektren zu bekommen
(z.B. wenn diese wackeln durch guiding-errors). Aber wie soll Giotto
sub-pixel Information verwenden wenn es diese nicht oder nur sehr subtil gibt
(dein S/N muss so gut sein, dass du eine sub-pixel-Verschiebung detektieren kannst).
Ohne superresolution duerfte die Korrelation zuverlassiger funktionieren, und
immerhin koenntest Du ohne sehr aufwendige Datenverarbeitung bessere
Ergebnisse erzielen als duch einfache Mittellung. Oder ?

Gruesse, Sander

P.S. ich hab's noch mal ueberlegt: angenommen, dein Instrument hat ohne seeing
und ohne guiding-errors ein FWHM von 2 Pixels, mit diese Effekte ein FWHM von
sag mal 3 Pixels. Dann koennte Giotto doch maximal die Aufloesung von 3
wieder auf 2 Pixels zurueckbringen. Immerhin - aber kein Superresolution.

Hallo Thomas, hallo Sander,
ich möchte an dieser Stelle jetzt auf das nervenzehrende zitieren verzichten, eure beiden letzten Erläuterungen zum Thema haben mir ausserordentlich geholfen. Besonders die von Thomas aufgetriebene URL ist ungeheuer instruktiv.
Mit meinem nunmehr tatsächlich erweiterten Horizont (als Nichtmathematiker) werde ich aber noch ein wenig spaßeshalber experimentieren.
Vielen Dank für eure hilfreichen Beiträge und vielen Dank auch an alle anderen Diskussionpartner.

Ernst