Создан полосовой многопроводниковый СВЧ-фильтр с высокой частотной избирательностью
973
Добавить в закладки
Красноярские ученые разработали новую конструкцию монолитного многопроводникового полосового фильтра. Он отличается миниатюрностью, высокой избирательностью к принимаемым сигналам и сильным подавлением помех. Результаты исследования опубликованы в журнале Technical Physics Letters.
Новый монолитный миниатюрный полосовой фильтр
Важнейшими устройствами современных радиотехнических систем передачи, приема и обработки сигналов являются полосовые фильтры. Они определяют не только качество радиоаппаратуры, но и ее габариты и даже цену. Поэтому важно разработать новые конструкции миниатюрных фильтров с высокой селективностью и низкой себестоимостью при массовом производстве. Один из перспективных кандидатов для создания таких устройств – многопроводниковый полосковый резонатор.
Однако традиционные конструкции не позволяют достичь высокой избирательности фильтров.
Коллектив красноярских ученых, в состав которого вошли исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с Индустриальным партнером АО «НПП «Радиосвязь», разработал новый монолитный миниатюрный полосовой фильтр. Фильтр имеет широкую высокочастотную полосу заграждения. А его конструкция из многопроводниковых полосковых резонаторов обеспечивает миниатюрность и высокую избирательность устройства к принимаемым сигналам.
Фильтр сконструирован на основе многопроводниковых полосковых резонаторов, которые имеют рекордно малые габариты среди электродинамических резонаторов. Каждый из резонаторов образован шестью полосковыми проводниками, расположенными друг над другом и разделенными тонкими диэлектрическими слоями. Как отмечают авторы, принципиальным отличием данной конструкции от уже известных является соединение несмежных проводников сквозными металлизированными цилиндрическими отверстиями.
«Мы решили проблему улучшения частотной избирательности фильтров на многопроводниковых резонаторах путем специального соединения нечетных проводников вблизи их свободных концов. Новая миниатюрная монолитная конструкция полосового фильтра изготовлена по технологии многослойных печатных плат. Это позволило снизить потери в полосе пропускания фильтра. Кроме того, технология обеспечивает высокую точность печати проводников в многослойных конструкциях с возможностью одновременного изготовления множества устройств на многослойной плате большой площади. Это значительно снижает стоимость фильтров при массовом производстве по сравнению с другими технологиями изготовления миниатюрных устройств.
Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (проект №. 075-11-2019-078).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Разместила Ирина Усик
ФИЦ КНЦ СО РАН полосовые фильтры полосковый резонатор
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Экологи Пермского Политеха нашли способ снизить выбросы парниковых газов от цементных заводов
14:00 / Экология
Поздравляем академика Абела Гезевича Аганбегяна с юбилеем!
13:20 / История, Наука и общество, Экономика
Российская академия наук: три века в поисках знаний. «В мире науки» № 5-6
13:00 / История, Наука и общество
Томские студенты обнаружили большой средневековый могильник
12:00 / Археология
Согревающие волны СВЧ-печей изобретателя Перси Спенсера
10:00 / Наука и общество
Всероссийский фестиваль NAUKA 0+ стартовал в Москве
22:46 / Наглядный пример, Наука и общество, Экспертный разговор
Продолжительность светового дня влияет на уровень опиоидных рецепторов в бурой жировой ткани
В Президентской академии обсудят научно-технологическое развитие России
19:00 / Наука и общество
Флагманские проекты телеканалов «Наука» и «Живая Планета» покажут на фестивале НАУКА 0+
18:30 / Наука и общество
Продолжается прием заявок в Акселератор Московского университета
18:00 / Наука и общество
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Узкополосный фильтр
Узкополосный фильтр состоит из двух одинаковых прозрачных треугольных призм, которые изготовлены из материала с высоким показателем преломления. Между ними нанесены чередующиеся слои, изготовленные из материалов с низким и высоким показателями преломления. Технический результат — упрощение конструкции интерференционного фильтра и расширение зоны подавления пропускания. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к астрофизике и лазерной технике, в частности к лазерной локации, где качество получаемого сигнала зависит от степени монохроматичности используемого излучения.
Известен оптический многослойный фильтр (см. пат. РФ №2330313, МПК G02B 5/28, опубл.
27.07.2008 г.). Оптический многослойный фильтр содержит две подложки и 108 диэлектрических чередующихся слоев с высокими и низкими показателями преломления. В качестве подложек могут быть использованы оптические волокна, стержни, линзы или пластины.
Недостаток этого устройства заключается в большом количестве диэлектрических слоев, общая суммарная толщина которых составляет 162 мкм, что приводит к усложнению в процессе их изготовления и уменьшению срока эксплуатации.
Известен оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр (см. пат. РФ №2552127, МПК G02B 5/28, опубл. 10.06.2015 г.), содержащий диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными чередующимися диэлектрическими слоями, изготовленными из материалов с высоким и низким показателями преломления. Фазовая толщина слоев, изготовленных из материалов с высоким показателем преломления, больше π/2, а фазовая толщина слоев, изготовленных из материалов с низким показателем преломления, меньше π/2.
Недостатками этого устройства являются сложность в выборе толщины каждого слоя, большое количество используемых диэлектрических слоев (67 слоев) и довольно высокое значение коэффициента пропускания в зоне подавления.
Наиболее близким по техническому решению и выбранному авторами за прототип, является узкополосный оптический интерференционный фильтр (см. пат. РФ №2536078, МПК G02B 5/28, опубл. 20.12.2014 г.). Узкополосный оптический интерференционный фильтр содержит прозрачную подложку с расположенными на ней чередующимися диэлектрическими слоями четвертьволновой оптической толщины, изготовленными из материалов с высоким и низким показателями преломления. Прозрачная подложка выполнена в виде плоскопараллельной пластины толщиной, кратной λ/2, где λ — длина волны рабочего излучения. Многослойные диэлектрические слои нанесены на обе поверхности подложки и их число не менее трех на каждой поверхности. Таким образом, суммарное число используемых интерференционных слоев может сократиться до шести при сужении полуширины пропускания до 0,15 нм.
Недостатки прототипа заключаются в следующем: технологическая сложность реализации такой чрезвычайной тонкой пластины и очень узкая зона подавления пропускания (соседние максимумы пропускания находятся всего на расстоянии 4 нм друг от друга в шкале длин волн).
В предлагаемом изобретении решается задача уменьшения числа используемых интерференционных слоев и расширения зоны подавления пропускания при сохранении остальных характеристик интерференционного фильтра.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в упрощении устройства.
Данный технический результат достигается тем, что узкополосный фильтр, содержащий прозрачную подложку и нанесенные на нее чередующиеся диэлектрические слои, изготовленные из материалов с низким и высоким показателями преломления, отличается тем, что подложка выполнена в виде треугольной призмы, изготовленной из оптического материала с высоким показателем преломления, основанием которой является прямоугольный треугольник и один из острых углов больше критического угла полного внутреннего отражения на границе раздела призма-слой, на подложку нанесено три интерференционных слоя, причем граничащий с подложкой слой имеет низкий показатель преломления, а третий слой с низким показателем преломления граничит с призмой, подобной призме-подложке.
Сущность изобретения поясняется двумя фигурами, где на фиг. 1 показаны основные компоненты узкополосного фильтра и на фиг. 2 показана полученная спектральная характеристика. Узкополосный фильтр состоит из подложки 1 в виде прозрачной треугольной призмы, изготовленной из материала с высоким показателем преломления nH, слоев 2, изготовленных из материала с низким показателем преломления (nL), слоя 3, изготовленного из материала с высоким показателем преломления (nH), и призмы 4, аналогичной призме-подложке 1. Интерференционные слои 2 и 3 наносятся последовательным напылением на подложку 1, а призма 4 со слоем 3 скрепляется оптическим клеем, который имеет показатель преломления, близкий к показателю преломления призмы 4. Основанием треугольной призмы 1 является прямоугольный треугольник и один из острых углов, например α0 (см. фиг. 1), больше критического угла полного внутреннего отражения на границе раздела призма-слой.
Устройство работает следующим образом: излучение падает по нормали на входную грань подложки 1, попадая на границу раздела призма 1 — слой 2 под углом α0.
Поскольку толщина слоев достаточно мала (сравнима с длиной волны падающего излучения), происходит явление нарушенного полного внутреннего отражения, благодаря которому излучение частично проходит через границу призма 1 — слой 2. Две границы раздела призма 1 — слой 2 и слой 2 — призма 4 являются высокоотражательными полупрозрачными зеркалами, а средний слой 3 является резонатором Фабри-Перо, так что эта система пропускает излучение в виде очень узких полос.
Узкополосный фильтр, работающий на приципе интерферометра Фабри-Перо, максимально пропускает излучение на тех длинах волн, для которых происходит интерференция в среднем слое 3, т.е. на следующих длинах волн:
,
где m=1, 2, 3, … — порядок интерференции; d3 — геометрическая толщина среднего слоя 3; nHd3 — оптическая толщина слоя 3.
Оптическая толщина nLd2 граничащих с призмами слоев 2 находится в пределе от λ до 2λ, так как в этом диапазоне коэффициент отражения границы раздела призма-слой составляет величину от 90 до 100%, где d2 — геометрическая толщина каждого из граничащих с призмами слоев 2.
Для реализации предлагаемого узкополосного фильтра в видимом диапазоне спектра (λ=642 нм) были выбраны следующие материалы: стекло марки К8 (nH=1,52) в качестве материала призм, MgF2 (nL=1,38) в качестве пленкообразующего материала с низким показателем преломления и метилсалицилат C8H8O3 (nH=1,52) в качестве пленкообразующего материала с высоким показателем преломления. Выбранным оптическим клеем является жидкий бальзам ОК-50П, показатель преломления которого составляет значение 1,523. Острый угол призмы 1 составляет 70°. Оптические толщины слоев: nLd2=1,34 мкм, nHd3=1,306 мкм. Основные характеристики данного фильтра приведены в таблице.
Полученная спектральная характеристика (фиг. 2) подтверждает пригодность предлагаемого изобретения.
Узкополосный фильтр, содержащий прозрачную подложку и нанесенные на нее чередующиеся диэлектрические слои, изготовленные из материалов с низким и высоким показателями преломления, отличающийся тем, что подложка выполнена в виде треугольной призмы, изготовленной из оптического материала с высоким показателем преломления, основанием которой является прямоугольный треугольник и один из острых углов больше критического угла полного внутреннего отражения на границе раздела призма-слой, на подложку нанесено три интерференционных слоя, причем граничащий с подложкой слой имеет низкий показатель преломления, а третий слой с низким показателем преломления граничит с призмой, подобной призме-подложке.
Опыт проектирования высокочастотных фильтров с использованием элементной базы фирмы АТС
При разработке высокочастотных фильтров встает извечная проблема выбора между обеспечением хороших электрических характеристик и малых габаритов. Появление малогабаритных SMD-индуктивностей, обладающих высокой добротностью и имеющих высокие паразитные резонансные частоты, позволяет создавать малогабаритные фильтры, успешно конкурирующие по электрическим характеристикам и габаритам с фильтрами на объемных спиральных резонаторах и на печатных элементах.
Практическая реализация полосовых фильтров в диапазоне частот 100–400 МГц представляет весьма сложную задачу. Обычно полосовые фильтры этого диапазона с высокой крутизной скатов АЧХ выполняют с использованием объемных спиральных резонаторов со связями на основе конструктивных конденсаторов [1], либо с использованием печатных спиральных катушек и SMD-конденсаторов [2]. В первом случае при хороших характеристиках фильтры имеют большие габариты, во втором случае, из-за потерь в спиральных катушках, обладают большими потерями, которые в полосе пропускания могут составлять 5 дБ и более при числе резонаторов больше восьми.
Еще одной проблемой в таких фильтрах является наличие паразитных полос пропускания на высоких частотах, связанных с наличием паразитных резонансов у индуктивностей и конденсаторов. Поэтому появление на рынке малогабаритных высокодобротных индуктивностей и конденсаторов для поверхностного монтажа фирмы АТС представляет интерес при разработке фильтров этого диапазона на дискретных элементах.
Фирма АТС выпускает индуктивности номиналом от 1 до 1200 нГн, что позволяет создавать фильтры в широком диапазоне частот. Они имеют высокую добротность и высокие резонансные частоты. Например, индуктивность типоразмера 0603 номиналом 100 нГн имеет в диапазоне 200–500 МГц добротность выше 60, а частота ее первого резонанса составляет 1400 МГц. Конденсаторы фирмы АТС также имеют высокую добротность и высокие резонансные частоты. Высокие собственные резонансные частоты индуктивных и емкостных элементов позволяют надеяться, что в фильтрах на таких дискретных элементах паразитные полосы пропускания будут заметно ослаблены.
В настоящей статье описываются два варианта полосового фильтра с полосой пропускания 100–200 МГц, неравномерностью АЧХ в полосе пропускания не более 3 дБ, подавлением сигнала на частотах ƒ ≥ 250 МГц и ƒ ≤ 75 МГц не менее 50 дБ. Эти требования позволяют оценить необходимую сложность фильтра. Количество резонансных контуров n для обеспечения требуемой прямоугольности характеристики должно быть не менее [3]:
Здесь Hз = 50 дБ — требуемое подавление фильтра в полосе запирания,
где ƒвз = 240 МГц — верхняя частота полосы запирания, ƒнз = 80 МГц — нижняя частота полосы запирания фильтра;
где ƒвп = 200 МГц — верхняя граничная частота полосы пропускания фильтра, ƒнп = 100 МГц — нижняя граничная частота полосы пропускания фильтра.
Из этого выражения следует, что полосовой фильтр должен в своей структуре иметь не менее 10 резонансных контуров.
При этом затухание фильтра в полосе пропускания составит:
где Qр — добротность резонансного контура полосового фильтра.
При оценке добротности резонансных контуров в качестве упрощающих допущений было принято, что добротность контура Qр равна добротности индуктивности Qр = 60, входящей в контур, поскольку добротности конденсаторов заметно превышают добротности индуктивностей. При этом затухание фильтра в полосе пропускания будет не менее 1,1 дБ.
Схема первого варианта полосового фильтра, содержащего 22 элемента, показана на рис. 1б.
Рис. 1. Схема первого варианта фильтра: а) нижнечастотный фильтр-прототип; б) полосовой фильтр после реактансного преобразования частоты
Синтез схемы фильтра производился комбинированным путем (частично аналитически, частично путем оптимизации на ЭВМ). Сначала путем оптимизации схемы (рис. 1а) был получен нижнечастотный фильтр-прототип, составленный из идеальных элементов L и C и удовлетворяющий требованиям в части затухания. Реактансным преобразованием частоты нижнечастотный фильтрпрототип был преобразован в полосовой фильтр, схема которого показана на рис.
1б.
Для получения более точных характеристик фильтра все идеальные емкостные и индуктивные элементы схемы при дальнейшей оптимизации были заменены 3-элементными эквивалентными схемами, показанными на рис. 2. Исходными данными для построения эквивалентных схем явились импедансные характеристики индуктивностей, измеренные с помощью векторного анализатора цепей HP 4291, и S-параметры LC-элементов, приведенные на сайте фирмы ATC.
Рис. 2. Эквивалентные схемы замещения индуктивностей и конденсаторов
Кроме того, предварительно была проработана конструкция фильтра на печатной плате и в схему были введены отрезки микрополосковых линий, отражающие реальную топологию. Полученная таким образом уточненная схема полосового фильтра была оптимизирована в пакете программ схемотехнического проектирования до достижения требуемых характеристик. После этого для уточнения расчетных АЧХ фильтра на верхних частотах полосы задерживания 0,3–2 ГГц реактивные элементы фильтра были заменены более точными моделями (в виде S-матриц).
Экспериментальные характеристики полосового фильтра приведены на рис. 3. Расчетное значение КСВ фильтра в полосе пропускания 100–200 МГц изменяется в пределах 1,15–1,5, затухание 1,1–2,5 дБ. В области верхних частот полосы задерживания (700–900МГц) затухание уменьшается, что связано с влиянием паразитных резонансов индуктивностей и конденсаторов.
Рис. 3. Экспериментальные характеристики первого варианта фильтра
Для увеличения затухания на верхних частотах был использован дополнительный фильтр нижних частот, который включен каскадно с полосовым фильтром. ФНЧ выполнен по схеме, аналогичной представленной на рис. 1а. При использовании ФНЧ затухание в диапазоне 250–2000 МГц превышает 80 дБ. Экспериментальные характеристики полосового фильтра рис. 1б в полосе пропускания показаны на рис. 4. КСВ фильтра в полосе 100–200 МГц изменяется в пределах 1,25–1,6, а затухание лежит в пределах от –1,1 до 2,7 дБ.
<img src=»https://kit-e.ru/wp-content/uploads/190p4-2.png» alt=»Экспериментальные характеристики |S21| и КСВ полосового фильтра рис.
1б в полосе пропускания» title=»» width=»404″ height=»272″>
Рис. 4. Экспериментальные характеристики |S21| и КСВ полосового фильтра рис. 1б в полосе пропускания
Конструктивно фильтры выполнены на плате из материала FR-4 толщиной 1 мм. Габариты платы полосового фильтра составляют 20Q30 мм. При столь малых габаритах весьма проблематично ввести в схему элементы настройки, поэтому была разработана методика проектирования и изготовления, позволяющая обходиться практически без настройки, но требующая дополнительной индивидуальной оптимизации каждого фильтра.
Схема второго варианта полосового фильтра показана на рис. 5. Основным соображением при выборе структуры фильтра являлась необходимость уменьшения влияния собственных резонансов индуктивных элементов, поэтому была выбрана структура фильтра из 10 параллельных резонансных контуров. Кроме того, при такой структуре фильтра каждый из параллельных резонансных контуров существенно воздействует только на свой участок АЧХ фильтра и мало влияет на остальной диапазон частот, что упрощает настройку фильтра при его серийном изготовлении и делает ее доступной даже персоналу со средней квалификацией.
Рис. 5. Схема второго варианта полосового фильтра
Расчет фильтра был выполнен путем оптимизации в пакете Microwave Office. Оптимизация схемы фильтра проводилась в два этапа. На первом этапе была выполнена оптимизация фильтра с идеальными индуктивными и емкостными элементами. На втором этапе значения индуктивностей были округлены до ближайших номиналов, имеющихся в ряду номиналов типоразмера 0603, и в дальнейшем значения индуктивностей при оптимизации не изменялись. На втором этапе оптимизации все индуктивные и емкостные элементы были заменены их эквивалентными электрическими схемами, показанными на рис. 2.
Вторичная оптимизация выполнялась в режиме Yield Optimization, что позволило уменьшить чувствительность АЧХ к разбросу номиналов элементов фильтра при серийном производстве. Расчетные характеристики полосового фильтра после оптимизации приведены на рис. 6. Расчетное значение КСВ фильтра в полосе пропускания 100–200 МГц изменяется в пределах от 1,2 до 1,72, а затухания — от –1,4 до –3,4 дБ.
Рис. 6. Расчетные характеристики второго варианта полосового фильтра после оптимизации
О влиянии разброса номиналов элементов фильтра на характеристику передачи можно судить по рис. 7, где показано поле характеристик при 5%-ном разбросе номиналов всех индуктивностей и конденсаторов.
Рис. 7. Разброс характеристик передачи фильтра при 5%-ном разбросе номиналов всех его элементов
Конструктивно фильтр выполнен на плате из материала FR-4 толщиной 1 мм с двусторонним монтажом индуктивных и емкостных элементов — таким образом, чтобы соседние резонансные контуры располагались на различных сторонах печатной платы, а элементы контуров были ортогональны друг другу. Размеры контактных площадок выбраны с учетом возможности установки подстроечных конденсаторов.
После настройки фильтра подстроечные конденсаторы заменялись конденсаторами типа 600S соответствующих номиналов. Габариты платы полосового фильтра составляют 30×60 мм² и могут быть существенно уменьшены. Опыт настройки установочной партии показал, что в настройке нуждаются только контуры L2, C2; L3, C3; L6, C6; L7, C7; L10, C10; L11, C11, определяющие нули передачи на частотах вблизи полосы пропускания.
Экспериментальные характеристики передачи второго варианта полосового фильтра приведены на рис. 8.
Рис. 8. Экспериментальные характеристики передачи второго варианта полосового фильтра
КСВ фильтра в полосе 100–200 МГц изменяется в пределах от 1,24 до 1,8, а затухание составляет от –2 до –4,7 дБ. За пределами полосы пропускания на частотах ниже 75 МГц и выше 500 МГц затухание фильтра не хуже 52 дБ.
Как видно из приведенных результатов, оценка параметров фильтра по формулам, приведенным выше, хорошо совпадает с экспериментальными характеристиками.
При разработке фильтров было отмечено еще одно положительное свойство индуктивностей — слабая взаимосвязь близко расположенных индуктивностей. В описанных конструкциях фильтров они находятся на расстояниях 2–7 мм друг от друга на одной стороне платы. При проектировании мы расположили две половины фильтра с разных сторон платы, опасаясь взаимосвязи индуктивностей. По нашим наблюдениям, этого можно не делать, уменьшив таким образом габариты фильтра.
Крышка корпуса, расположенная на расстоянии 6 мм от платы, практически не влияет на его характеристики.
В заключение отметим, что опыт разработки фильтров с весьма трудными для реализации параметрами показал, что индуктивности и конденсаторы, выпускаемые фирмой АТС, позволяют конструировать малогабаритные фильтры на дискретных элементах, которые мало уступают по характеристикам фильтрам на спиральных резонаторах.
В настоящее время проводится разработка более точных моделей индуктивностей и конденсаторов фирмы АТС с учетом влияния параметров различных типов подложек и ориентации элементов при монтаже. В ближайшее время можно ожидать появления этих моделей в сети Internet.
- Lapidus Alex D. A Helical Resonator-based Filter with Improved Skirt Selectivity // Microwave Journal. Vol. 49, N 11, November, 2006.
- Lin S. C.,Wang C. Y., Chen C. H. Novel Patch-Via-Spiral Resonators for Development of Miniaturized Bandpass Filters with Transmission Zeros // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.
Vol. 55, N 1, January 2007. - Матей Д. Л., Янг Л., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. John Willey & Son. 2004.
Vol. 55, N 1, January 2007.Узкополосная визуализация — Старизона
Что такое узкополосная визуализация?
При отображении обычных цветов используются три фильтра (красный, зеленый и синий) для разделения основных цветов визуального спектра. Красный, зеленый и синий (RGB) фильтры предназначены для приближения к цветовой чувствительности человеческого глаза, чтобы результирующее изображение было истинным цветом. Каждый из фильтров RGB покрывает примерно одну треть видимого спектра, и фильтры слегка перекрываются, так что ПЗС-матрица обнаруживает весь спектр. (Иногда между зеленым и красным фильтрами имеется зазор, чтобы заблокировать заметную линию излучения светового загрязнения, как на диаграмме ниже.)
Узкополосные фильтры захватывают только очень небольшую часть спектра. Говорят, что у них узкая полоса пропускания .
Полоса пропускания — это просто то, какую часть спектра пропускает фильтр. Обычно измеряется в нанометрах. Весь визуальный спектр простирается примерно от 400 нм (синий) до 700 нм (красный). Следовательно, типичный фильтр RGB может иметь полосу пропускания 100 нм. Напротив, типичный узкополосный фильтр имеет полосу пропускания всего 3-5 нм (подробности см. на следующих страницах).
Выше: Типичный набор фильтров RGB
выше: Некоторые из более распространенных узкополосных фильтров с фильтрами RGB на заднем плане для сравнения
1111110
Линии излучения Узкополосные фильтры предназначены для улавливания световых волн определенной длины. Существует большой класс небесных объектов, известных как эмиссионные туманности, и их название происходит от того факта, что они на самом деле излучают свой собственный свет (в отличие от отражательных туманностей, которые светятся отраженным звездным светом). Туманность Ориона, туманность Лагуна и туманность Лебедь — три распространенных примера эмиссионных туманностей. Планетарные туманности обычно считаются отдельным классом объектов, чем эмиссионные туманности, поскольку они представляют собой совершенно другое явление (звездная смерть вместо рождения звезды), но для целей визуализации ПЗС их также можно рассматривать как эмиссионные туманности, поскольку они излучают собственный свет. Все эти эмиссионные туманности объединяет то, что они состоят из газов, и эти газы излучают свет. Атомы внутри газа возбуждаются энергией ближайших звезд (либо звезд, формирующихся внутри туманности, как в туманности Ориона, либо остатками мертвой центральной звезды в планетарной туманности, такой как Кольцо). Энергия, сообщаемая звездным светом, заставляет электроны внутри атомов газа прыгать на более высокую атомную орбиту. Электроны ленивы по своей природе и предпочитают находиться в состоянии с наименьшей возможной энергией. Электроны повторно излучают свою избыточную энергию и возвращаются на более низкую орбиту. Вверху: Электрон возвращается в свое основное состояние с более высокой орбиты и при этом испускает фотон света. Общие фильтры Двумя наиболее распространенными элементами, формирующими эмиссионные линии в туманностях, являются водород и кислород. Другие элементы, такие как сера и азот, также создают заметные линии. Водород-альфа — 656,3 нм Наиболее доминирующая эмиссионная линия в области звездообразования, такой как туманность Ориона, называется водород-альфа, или Н-альфа. Этот свет создается атомарным водородом, основным компонентом Вселенной и основой ядерного синтеза, питающего звезды. H-альфа находится в красной части спектра и способствует подавляющему красному цвету большинства туманностей, как видно на обычных изображениях RGB. Водород-бета — 486,1 нм Водород дает свет на нескольких длинах волн. Второй по распространенности после Н-альфа является линия Н-бета в синей части спектра. Поскольку адаптированный к темноте человеческий глаз чувствителен к синему и зеленому, но не к красному, фильтры H-бета иногда используются для визуальных наблюдений некоторых туманностей. Кислород-III — 500,7 нм Эта линия исходит от дважды ионизированных атомов кислорода, что означает, что электроны сбрасывают два энергетических уровня. Сера-II — 672,4 нм Однократно ионизированная сера излучает свет в темно-красной части спектра, за пределами H-альфа. Это более слабое излучение, чем H-альфа и OIII, но это наиболее распространенный фильтр, используемый после этих двух. Азот-II — 658,4 нм Однократно ионизированный азот, как H-альфа и SII, также излучает свет в красной части спектра. NII — менее часто используемый фильтр, но его использование часто можно увидеть на знаменитых снимках космического телескопа Хаббл, а также иногда его используют фотографы-любители. Преимущества узкополосной визуализации Основными преимуществами узкополосной визуализации являются возможность обнаружения большего количества деталей и возможность получения изображения из освещенной области, поскольку фильтры не пропускают свет, излучаемый большинством типов уличных фонарей ( или лунный свет, если уж на то пошло). Кроме того, узкополосные изображения изолируют свет, испускаемый определенными видами газа, поэтому изображения также интересны с научной точки зрения и могут многое рассказать о том, что происходит внутри туманности. Еще одно преимущество для пользователей ПЗС-камер без защиты от цветения. Поскольку фильтры пропускают меньше звездного света (но все же пропускают большую часть света туманности), вы можете сделать гораздо более длительную и, следовательно, более подробную экспозицию, не выделяя при этом более яркие звезды на снимке.
Комбинирование цветов Узкополосные фильтры не пытаются воспроизвести спектральную чувствительность человеческого глаза. Наиболее часто используемыми фильтрами являются H-альфа, OIII и SII. Порядок, в котором узкополосные фильтры комбинируются в изображении RGB, произвольный. Два наиболее распространенных метода перечислены ниже. Имейте в виду, что H-альфа почти всегда является доминирующим излучением из областей звездообразования, поэтому любой канал, которому вы назначите H-альфа, будет основным цветом конечного изображения. HOS H-альфа = красный OIII = зеленый SII = синий В этом методе доминирующая линия излучения (H-альфа) назначается красному каналу. Поскольку эта эмиссионная линия обычно вносит свой вклад в красный цвет на обычных изображениях туманностей с фильтрацией RGB, этот метод приводит к приближению к истинному цвету, т. Е. Эмиссионные туманности выглядят преимущественно красноватыми. Однако в этом методе синий канал исходит от SII, который на самом деле находится в красной части спектра — более красной, чем H-альфа, — и поэтому на самом деле никакая часть синего спектра не задействована. изображение. Вверху: Туманность Лагуна в области поиска предметов. Красный — это эмиссия H-альфа, пурпурный — комбинация H-альфа и SII, а желтый — комбинация H-альфа и OIII.
SHO («Хаббловские» цвета) SII = красный H-альфа = зеленый OIII = синий зеленый свет и H-альфа как красный. Вверху: Туманность Лебедь в SHO. Зеленый — это H-альфа, бирюзовый — это комбинация H-альфа и OIII, а желтый — это комбинация H-альфа и SII.
Другие методы HaOHb H-альфа = красный OIII = зеленый H-бета = синий Основой каждого фильтра для этой комбинации является одна часть визуального спектра. H-бета находится в синей части спектра, OIII — в зеленой, а H-альфа — в красной. SNH SII = красный NII = зеленый H-альфа = синий В этом методе используются все три линии излучения в красной части спектра. Он оставляет линии в порядке от самой синей до самой красной, как метод HOS. Поскольку H-альфа — это синий канал, а NII — вторая по значимости линия, изображения имеют тенденцию быть более голубовато-зелеными. Другая возможность состоит в том, чтобы использовать те же фильтры, но сделать H-альфа красным, что придаст туманности красновато-желтый оттенок. HOO H-альфа = красный OIII = зеленый OIII = синий Этот метод имеет несколько преимуществ. Во-первых, требуется на 1/3 меньше изображений, так как используются только два фильтра. 4+ Channel Color Такие программы, как Photoshop и MaxIm DL, позволяют комбинировать более трех цветов, поэтому можно комбинировать четыре, пять и более различных фильтров. Этот метод также используется во многих снимках Хаббла. Обычно вы начинаете с назначения трех каналов для красного, зеленого и синего, как обычно, а затем переходите к второстепенным цветам: голубому, пурпурному и желтому. Но опять же, это произвольная система, так что делайте то, что кажется вам лучшим. Этот метод также можно использовать для назначения цветов, отличных от красного, зеленого и синего, для стандартного набора из трех фильтров. Например, OIII на самом деле находится в сине-зеленой части спектра, поэтому ему можно присвоить бирюзовый цвет. Или H-альфа может быть окрашена в красный цвет, в то время как SII может быть присвоен темно-кирпичный красный цвет, более близкий к его фактическому спектральному цвету (хотя результаты могут быть, а могут и не быть желательными!). Вверху: Сочетание цветов в туманности Лагуна, которое вы никогда раньше не видели… и, вероятно, не захотите увидеть снова! На самом деле возможна любая комбинация, и опять же комбинации произвольны, так что делайте все, что вам взбредет в голову! На изображении ниже используется метод HOS, но добавлено изображение с синей фильтрацией, чтобы захватить отражательную туманность над основной туманностью Ориона, которая невидима через узкополосные фильтры. Вверху: Туманность Ориона через H-альфа, OIII, SII и синий фильтры. Снимок был сделан на заднем дворе пригорода, когда светила луна в первой четверти. Это демонстрирует несколько преимуществ узкополосной визуализации.
Получение узкополосных изображений Наиболее очевидная разница между получением узкополосных изображений и получением обычных изображений RGB заключается в том, что требуемое время экспозиции намного больше. На практике время экспозиции может увеличиться в 10 раз по сравнению со стандартной экспозицией RGB. Так что, если вы привыкли делать 3-минутные экспозиции, приготовьтесь теперь к получасовым! В конце концов, количество деталей, которых можно достичь, стоит дополнительного времени. Используемые методы в основном такие же, как и при обычном изображении RGB, с некоторыми изменениями.
Фильтры Фильтры, используемые в узкополосной визуализации, обычно имеют полосу пропускания в диапазоне 3–5 нм. Самые популярные фильтры производятся компаниями Astrodon и Custom Scientific. Более старые узкополосные фильтры Custom Scientific имели полосу пропускания 3 нм. Современные фильтры обычно имеют полосу пропускания 4,5 нм, в то время как популярный фильтр Astrodon H-alpha имеет полосу пропускания 6 нм. Полоса пропускания была расширена, чтобы можно было использовать популярные оптические прицелы с более быстрым фокусным расстоянием, такие как рефракторы Takahashi и TeleVue и т. д. При быстром фокусном отношении узкополосные фильтры смещаются за пределы диапазона, то есть они смещаются от длины волны, которую они предназначены для захвата. . Эффект — значительное снижение чувствительности. Более широкая полоса пропускания позволяет требуемой линии излучения оставаться в самой высокой зоне пропускания фильтра, даже если она немного сместилась.
Время экспозиции С узкополосными фильтрами часто используются очень длительные времена экспозиции. Несколько часов, потраченных на визуализацию каждого цвета, не редкость. Типичные отдельные экспозиции могут находиться в диапазоне 10-20 минут, при этом в каждом фильтре делается 5 или 6 экспозиций такой продолжительности. Типично проводить всю ночь, изображая один или два объекта. Обычно экспозиция остается одинаковой для каждого фильтра, но, как и в случае RGB-изображения, можно определить чувствительность камеры на каждой отображаемой длине волны и соответствующим образом настроить время экспозиции. Обычно используется время экспозиции 1:1:1.
Наведение Поиск опорной звезды может быть сложной задачей при использовании узкополосных изображений. Многие производители изображений отказываются от самонаводящихся ПЗС-матриц, когда речь идет об узкополосной визуализации, и вместо этого предпочитают использовать отдельную камеру на направляющем эндоскопе. Это имеет несколько преимуществ. Самое главное, что, поскольку направляющая ПЗС не смотрит через узкополосный фильтр, звезды кажутся значительно ярче, и найти подходящую опорную звезду несложно. Кроме того, направляющий прицел не нужно наводить точно на цель, на которой находится основной прицел, поэтому доступная область, из которой можно выбрать направляющую звезду, расширяется. Потенциальным недостатком гидоскопа является изгиб, из-за которого основной телескоп не может быть идеально выровнен с гидоскопом во время экспозиции. Это может стать проблемой, когда в качестве основного эндоскопа используется SCT, а в качестве гидоскопа используется небольшой рефрактор. На практике обычно можно найти подходящую направляющую звезду с помощью самонаводящейся ПЗС через узкополосный фильтр. Это хорошая новость для тех, кто предпочитает не тратить лишние деньги на вторую установку ПЗС и гидоскопа. Тем не менее, терпение является добродетелью, когда дело доходит до поиска путеводной звезды таким образом. Может потребоваться некоторый поиск, и экспозиция гида в 10 секунд или более не является чем-то необычным. К счастью, большинство целей для узкополосной съемки находится в плоскости Млечного Пути вместе с тысячами потенциальных опорных звезд!
Фокусировка Фокусировка выполняется таким же образом для узкополосной визуализации, как и для обычной визуализации, но опять же выдержки длиннее. Толщина стандартных прозрачных и RGB-фильтров и типичных узкополосных фильтров, как правило, сильно различается. Это означает, что если телескоп сфокусирован с прозрачным фильтром, он будет довольно далеко не в фокусе, когда установлен узкополосный фильтр. Внутри узкополосных фильтров также есть некоторая разница от фильтра к фильтру, поэтому часто необходима перефокусировка для каждого фильтра. Как только разница между фильтрами известна, эту информацию легко ввести в компьютеризированный фокусер, что является еще одной причиной, по которой удобно иметь автофокусировщики. Некоторые наборы фильтров RGB, такие как фильтры Astrodon, разработаны так, чтобы быть парфокальными с фильтрами H-альфа, но все же может быть небольшая разница между, скажем, фильтрами H-альфа и OIII.
HyperStar Imaging Система визуализации HyperStar предлагает революционный способ получения узкополосных изображений. Преимущество HyperStar для обычного изображения RGB заключается, прежде всего, в его скорости — быстрее, чем f/2! Применение этого увеличения скорости к узкополосным изображениям может сократить время чрезмерно длинных экспозиций до очень приемлемого времени. Вместо того, чтобы тратить всю ночь на съемку одного или двух объектов, за одну ночь можно отобразить дюжину целей. Еще одним огромным преимуществом является то, что самонаводящиеся ПЗС-матрицы могут легко обнаруживать путеводную звезду. В течение четырех полных ночей тестирования системы HyperStar 14 с узкополосными фильтрами каждая отображаемая цель имела видимую подходящую опорную звезду без потери идеального положения основной цели и даже без необходимости искать опорную звезду. Каждый раз один был на направляющем чипе. Важное замечание относительно полосы пропускания HyperStar и других быстрых систем: при высоких значениях фокусного расстояния (больше, чем примерно f/4) полоса пропускания фильтра смещается. Таким образом, H-альфа-фильтр больше не имеет центра на 656,3 нм. Самый простой способ исправить это (и при этом иметь фильтр, пригодный для использования в нескольких системах) — использовать фильтр с более широкой полосой пропускания. Это позволяет фильтру немного смещать полосу пропускания и по-прежнему улавливать правильную длину волны света. Для систем со светосилой выше f/4, включая HyperStar, рекомендуется полоса пропускания 10 нм. См. узкополосные изображения HyperStar 14 здесь
Обработка узкополосных изображений Стандартные методы обработки, такие как растяжение, фильтрация и т. д., применяются к узкополосным изображениям так же, как и к обычным изображениям. Комбинирование цветов Для типичной эмиссионной туманности можно добиться приближенного к истинному цвету путем комбинирования цветов с помощью метода HOS (H-альфа = красный, OIII = зеленый, SII = синий). Это связано с тем, что в истинном цвете эмиссионные туманности преимущественно красного цвета. Назначив изображение H-альфа, которое должно быть самым ярким изображением, красному каналу, туманность будет казаться в основном красной. Многие изображения выглядят впечатляюще, если использовать цветовой микс Хаббла (метод SHO). В этом методе изображение H-альфа назначается зеленому каналу, поэтому зеленый цвет будет доминирующим. Для большинства ПЗС баланс 1:1:1 обычно будет слишком зеленым. Баланс 2:1:2 (или 1:0,5:1) обычно предпочтительнее. Опять же, такая камера, как ST-2000XM, которая уже менее чувствительна к H-альфа, вероятно, будет хорошо выглядеть при балансе 1:1:1 методом SHO. Некоторые туманности, которые не так ярки в H-альфа, например, планетарные туманности, могут великолепно выглядеть в различных цветовых сочетаниях. Метод HOO, использующий OIII как для синего, так и для зеленого каналов, особенно хорош, поскольку он довольно хорошо имитирует стандартное представление в истинном цвете.
Examples Above: M27 using HOS at 1:1:1 Above: M27 using SHO at 1:0.5:1 Вверху: M27 с использованием HOO в масштабе 1:1:1. Это обеспечивает близкое приближение к истинному цвету. Руководство для начинающих: Узкополосная визуализацияАстровизуализация с использованием узкополосных фильтров — популярная и интересная часть нашего хобби. Это позволяет нам делать изображения, сравнимые с профессиональными обсерваториями; из засветленных пригородных мест и дает возможность проявить творческий подход к нашим изображениям, поскольку обработка дает потрясающие результаты. Прежде чем мы перейдем к практическим вопросам, давайте рассмотрим пару абзацев, чтобы рассмотреть, что мы будем изображать. И наоборот, узкополосное излучение заставляет светиться эмиссионные туманности и планетарные туманности. Механизм здесь не тепловой, а вызван электронами, поглощающими энергию, возбуждающимися, а затем высвобождающими эту энергию. Водород, безусловно, самый распространенный элемент во Вселенной, составляющий более 2/3 обычной материи. Электроны, связанные с ядром водорода, заселяют орбиты вокруг ядра. Однако разрешены только определенные орбиты, они называются z=2 (самая низкая энергия), Z=3 (следующая самая низкая) и т. д. Если электрон поглощает энергию фотона с высокой энергией, он может перейти на орбиту с более высокой энергией или удалиться с орбиты. ядра водорода все вместе (ионизация). Энергия высвобождается в виде фотона с определенной энергией. Поскольку энергия фотона определяет его длину волны, возможны только определенные длины волн. Распад от n3 до n2 приводит к фотону с длиной волны 656 нм (водород альфа) Распад от n4 к n2 приводит к фотону с длиной волны 486 нм (водород бета)
нужен источник света высокой энергии, чтобы возбудить атомы и атомы, чтобы быть возбужденными. Чаще всего это происходит в областях звездообразования, где горячие молодые звезды ярко светятся в УФ-части спектра и освещают окружающий газ и пыль. Хорошими примерами являются туманности Ориона и Розетка. Другой тип объектов происходит с другого конца эволюции звезд. Чтобы получить изображения этих объектов, нам нужна только камера и телескоп, однако использование узкополосного фильтра дает большое преимущество. Причина этого в том, что фильтр пропускает весь свет от туманности, блокируя фоновое световое загрязнение или свечение неба.
Без фильтра камера будет регистрировать фотоны, исходящие от объекта и других источников, что приводит к получению изображения с низким отношением сигнал/шум. Узкополосный фильтр может иметь полосу пропускания всего в несколько нм, что означает, что, хотя он пропускает все небулярные фотоны, подавляющее большинство широкополосных световых загрязнений останавливается. Изображения, сделанные с использованием водородного альфа-фильтра, обычно показывают много деталей в туманности и имеют очень маленькие звезды, так как большая часть звездного света блокируется. Это может быть очень атмосферно. При обработке люди склонны оставлять их черно-белыми изображениями или придавать им красный оттенок. Как видно внизу слева: изображение IC410 в градациях серого в Ha и справа: изображение с отредактированными в Photoshop кривыми, чтобы показать Ha красным). Помимо альфа-фильтров водорода астрономы-любители также могут приобрести фильтры Sulphur II, Oxygen III, Nitrogen I и Hydrogen Beta. Отображение объекта через разные фильтры дает нам возможность создавать цветные изображения, назначая сигнал от разных фильтров на разные каналы. После Hydrogen Alpha следующим по силе сигналом является Oxygen III. Поскольку водород и кислород распределяются по объекту по-разному, со вторым фильтром становится видна большая часть структуры. Следующим фильтром, который обычно добавляют в смесь, является сера II. Обычный способ преобразования Ha, OIII и SII в цветовые каналы RGB: Ha в зеленый, OIII в синий и SII в красный. Это известно как поддон Хаббла и прославилось изображением Столпов Творения, сделанным космическим телескопом Хаббла. Столпы творения К сожалению, сигнал серы гораздо слабее, чем Ha или OIII, поэтому балансировка цвета для нас, любителей, затруднена. Без масштабирования доминирует сигнал Ha, давая анестезирующую зеленую туманность. В Интернете есть много руководств по Photoshop, объясняющих, как создавать изображения, похожие на изображения Хаббла. Один из них, который мне нравится, принадлежит Бобу Франке 9.0005 Выше — знаменитое изображение Столпов Творения, сделанное телескопом Хаббла в палитре Хаббла, справа — наше изображение IC 410 (как выше в Ha), отредактированное в палитре Хаббла с использованием HSO (красный = сера, зеленый = водородный альфа-канал). Другие узкополосные фильтры включают азот I и водород бета. Поскольку излучение водорода Бета часто совпадает с излучением Водорода Альфа, не так много новой структуры становится очевидным, но оно может обеспечить приятные цветные изображения с лучшим сигналом, чем если бы использовался SII. Азот I редко используется, но может быть эффективен в остатках сверхновых. Наконец, стоит упомянуть камеры для астрофотографии. Хотя все камеры можно использовать для узкополосного изображения, монохромные камеры, как правило, лучше, чем одноцветные. Это происходит из-за красных, зеленых, синих фильтров на поверхности сенсора цветной камеры. Таким образом, при отображении через Hydrogen Alpha все пиксели монохромных камер записывают проходящий свет. Однако для цветной камеры только красные пиксели могут записывать сигнал Ha. Поскольку только ¼ пикселей красные, это ограничивает чувствительность цветных камер. Заключение. Узкополосная визуализация — это захватывающая часть современной астрономии, которая дает возможность бороться со световым загрязнением и творчески подойти к обработке изображений.
Советы по визуализации с использованием узкополосных фильтров для начинающих. Эмиссионная туманность и планетарная туманность хорошо реагируют на изображения с помощью Ha и OIII; и SII в меньшей степени, поэтому вы часто видите общие изображения, на которых есть только содержимое Ha и OIII, отображаемое как Ha (красный), OIII (зеленый) и снова OIII (синий). Бета-водород (Hb) также присутствует в эмиссионных туманностях и может использоваться как «синий» канал. Планетарные туманности особенно богаты источниками излучения OIII. Галактики не подходят для захвата только в узкополосном режиме, но захват их в LRGB или RGB и добавление Ha к красному цвету значительно осветлит их активные области, а добавление Ha к красному цвету в туманности оказывает сильное влияние на эмиссионные туманности, захваченные с помощью LRGB . Самая большая разница заключается в том, что продолжительность субэкспозиций (субэкспозиций), которые вам необходимо сделать для визуализации LRGB, составляет примерно 2–5 минут, для узкополосных субэкспозиций вы должны попробовать не менее 5–20 минут на субэкспозицию. Попробуйте свои силы в использовании различных палитр и не забудьте представить их на конкурс астрофотографии 2018 года
|
Другими словами, крутой световой конус, попадающий в узкополосный фильтр, может фактически изменить длину волны полосы пропускания. Примером этого эффекта является необходимость в солнечных фильтрах H-альфа иметь примерно параллельный пучок входящего света. В старых фильтрах DayStar первичный фильтр располагался в задней части прицела и требовал, чтобы телескоп работал с очень медленным фокусным расстоянием (более f / 30), чтобы в фильтр попадал примерно параллельный пучок света. В более новых фильтрах Coronado первичный фильтр размещается на передней части прицела. Следовательно, фильтр получает параллельный пучок света (прямо от Солнца), и сам телескоп может работать с любым фокусным расстоянием.
Для телескопов, работающих с фокусным расстоянием ниже f/4, рекомендуется использовать фильтры с более широкой полосой пропускания (10 нм), чтобы удерживать пиковую длину волны в пределах самой высокой пропускающей части фильтра. Для более медленных прицелов предпочтительнее более узкий фильтр, так как он усиливает эффект фильтра.
. Остатки сверхновых также попадают в эту категорию, поэтому такие объекты, как туманность Кольцо, туманность Гантель, туманность Вуаль и Крабовидная туманность, также являются потенциальными целями для узкополосных изображений. (Синяя туманность, окружающая Плеяды, является классическим примером отражательной туманности и может быть чем-то размером , а не хорошо подходит для узкополосной визуализации.)
Они испускают дополнительную энергию в виде фотона света. А так как электроны всегда совершают скачки дискретными шагами (переходят от высокой энергии к низкой, и между ними нет ничего промежуточного), то электрон, переходящий с одной орбиты на более низкую, всегда испускает одинаковое количество энергии и, следовательно, одинаковую длину волны света. . Таким образом, каждый атом имеет различные линия излучения или цвет света, связанный с ней. Кроме того, каждый атом имеет разные орбиты, поэтому может быть несколько длин волн света от одного элемента, такого как водород.
Ниже перечислены общие линии излучения и типы фильтров, используемые в узкополосной визуализации.
Эта линия находится в сине-зеленой части спектра. По счастливому стечению обстоятельств он соответствует максимальной чувствительности адаптированного к темноте человеческого глаза, поэтому фильтры OIII являются обычными зрительными аксессуарами. Линия OIII является доминирующим излучением планетарных туманностей. (Кстати, OI — это неионизированный кислород, а OII — однократно ионизированный кислород. Следовательно, дважды ионизированный получает обозначение кислород-III.)
Поэтому цветные изображения, созданные с помощью этих фильтров, называются изображениями ложных цветов . Обычно используются три фильтра, каждый из которых назначается одному каналу изображения RGB. Один фильтр становится красной частью изображения, один — зеленой частью, а третий — синей частью. После объединения каждый цвет представляет определенную длину волны света и, следовательно, определенный элемент в газовом облаке. Помимо того, что это красивая картинка, узкополосное изображение также интересно с научной точки зрения (именно поэтому фильтры такого типа используются на космическом телескопе Хаббла и других профессиональных инструментах).
Но этот метод фактически упорядочивает фильтры от самого синего до самого красного. Опять же, синей части спектра нет, но OIII находится ближе всего к синему концу спектра, SII ближе всего к красному концу, а H-альфа находится между ними. Эта комбинация используется в некоторых известных изображениях Хаббла, таких как «Столпы творения». Поскольку H-альфа назначается зеленому каналу, изображения, объединенные таким образом, имеют тенденцию выглядеть преимущественно зелеными.
SII или NII можно легко заменить H-альфа, но H-альфа по-прежнему является доминирующим излучением в большинстве туманностей, поэтому обычно рекомендуется его использование.
Изображение OIII используется как для зеленого, так и для синего каналов окончательного изображения RGB. Кроме того, многие объекты излучают очень мало за пределами этих двух линий, поэтому часто нет особого смысла тратить дополнительное время на захват этих других линий излучения. Этот метод особенно хорошо работает с туманностью Вуаль, а также является хорошим выбором для планетарных туманностей, поскольку их излучение в основном связано с возбужденным кислородом.
Для очень быстрых систем требуется еще более широкая полоса пропускания. Для телескопов со светосилой выше f/4, таких как астрографы Takahashi Epsilon (от f/3 до f/3,8) и SCT с Celestron HyperStar (f/1,9), требуется полосовой фильтр 10 нм.
Тем не менее, большое количество тепловизоров используют эту настройку с некоторым успехом, но рекомендуется соблюдать осторожность. При использовании этой установки обязательно используйте прочное оборудование для блокировки гидоскопа и старайтесь избегать пересечения меридиана во время визуализации, так как это может привести к смещению главного зеркала SCT.
Чтобы получить точную фокусировку, убедитесь, что выдержка достаточно длинная, чтобы звезда хорошо отличалась от фонового шума. Это легко отличить, глядя на профиль звезды, например, на вкладке Inspect в MaxIm DL. Профиль звезды должен быть хорошо виден на фоне фонового шума.
Основным фактором при обработке узкополосных изображений является принятие решения о том, какие цветовые каналы назначить каждому фильтру, и правильное взвешивание каналов для достижения приятного цвета (что несколько субъективно из-за того, что это изображения с искусственными цветами). Описанный ниже метод предполагает использование программы обработки изображений с ПЗС, такой как MaxIm DL. Однако более сложный метод с использованием обтравочных масок слоя в Adobe Photoshop описан в разделе «Инструкции по программному обеспечению» (метод обтравочной маски слоя), как и два новых метода улучшения узкополосного цвета.
Каждый канал обычно имеет одинаковый вес (1:1:1), если только ПЗС не имеет особых недостатков в одной части спектра. Например, ST-2000XM чувствителен к красному в два раза меньше, чем к зеленому и синему, поэтому он может быть взвешен как 2:1:1. В любом случае баланс обычно такой же, как и для изображений RGB.
Этот метод хорошо работает и с некоторыми эмиссионными туманностями.
Светоизлучающие объекты бывают двух типов, наиболее известными из которых являются широкополосные излучатели, свет которых охватывает широкий диапазон длин волн. Сюда входят звезды, галактики и отражательные туманности. Цвет объекта связан с пиком излучения, который, в свою очередь, связан с температурой объекта.
Эти свободные или возбужденные электроны будут затем возвращаться на более низкие энергетические орбиты и при этом высвобождать имеющуюся у них избыточную энергию. Поскольку возможны только определенные уровни энергии, энергия, высвобождаемая при перемещении между орбитами, также ограничивается определенными значениями (квантуется).
Планетарные туманности образуются, когда старая звезда сбрасывает свои внешние слои, которые затем освещаются внутренним ядром звезды. Небулярная гантель — хороший пример этого типа. Более драматичны остатки сверхновых. Здесь умирающая звезда разлетается на куски, а выброшенный материал освещается белым карликом или черной дырой, которая образуется в центре. Крабовидная туманность и туманность вуали являются хорошими примерами этого.
Результатом является гораздо более высокий сигнал к шуму.
Особенно хорошим примером такого двухцветного изображения являются туманности Вуаль и Гантель.
и синий = кислород)
Лонгпасс
0414
IRS 44041 9003
/532nm Двухдиапазонный лазерный набор для приложений TIRF
