Plate solving od podstaw
Plate solving to sposób, w jaki program ustala, jaki dokładnie fragment nieba pokazuje zdjęcie. Oto, co ci to daje, jak solver działający w ciemno robi to bez żadnych podpowiedzi i co dodaje SkySolver: dowolne pole od kadru z teleskopu po panoramę 360°, zdjęcia Księżyca i odpowiedzi w ciągu milisekund.
Co daje plate solving
Rozwiązane zdjęcie ma dokładny adres na niebie. Rozwiązanie podaje współrzędne niebieskie (rektascensję i deklinację) jego środka i rogów, skalę w sekundach łuku na piksel, obrót, pole widzenia, to, czy obraz jest odbity lustrzanie, oraz dystorsję obiektywu. Programy astronomiczne zapisują je jako WCS (World Coordinate System) w nagłówku FITS obrazu, który odczytują PixInsight, Siril, ASTAP, DS9 i astropy.
Dzięki niemu możesz podpisać obiekty na zdjęciu, przeprowadzić kalibrację koloru, która wymaga rozwiązania (taką jak SPCC w PixInsight), składać mozaiki, zsynchronizować montaż teleskopu z miejscem, w które naprawdę celuje, odnaleźć kometę lub planetoidę albo mierzyć pozycje na niebie.
Rozwiązywanie z podpowiedziami i w ciemno
Solver z podpowiedziami zaczyna od przybliżonych współrzędnych i skali obrazu, pobranych z montażu teleskopu albo z nagłówka pliku, i szuka tylko w ich pobliżu: jest szybki, gdy podpowiedzi są trafne, i bezradny, gdy są błędne albo ich brakuje. Solver działający w ciemno nie potrzebuje żadnych podpowiedzi: przeszukuje całe niebo przy dowolnej skali, obrocie i odbiciu lustrzanym. W 2010 roku dzięki Astrometry.net rozwiązywanie w ciemno stało się praktyczne; SkySolver też działa w ciemno, a powstał z myślą o szybkości i o zdjęciach, przy których inne solvery się poddają.
Jak solver działający w ciemno znajduje pole
- Wykrywanie. Gwiazdy na zdjęciu są wyszukiwane i mierzone: ich pozycje z dokładnością do ułamka piksela i ich jasność. W SkySolver dzieje się to w twojej przeglądarce, przez WebAssembly.
- Haszowanie. Każde cztery sąsiednie gwiazdy tworzą czwórkę (quad). Pięć stosunków ich odległości daje kod, który pozostaje taki sam bez względu na skalę, obrót czy odbicie zdjęcia.
- Wyszukiwanie. Każdego kodu szuka się w indeksie zbudowanym zawczasu z katalogu gwiazd: indeks SkySolver zawiera 13,1 mln czwórek z katalogu Gaia DR3 (ESA), w każdej skali, od całego nieba po pola o szerokości ułamka stopnia.
- Weryfikacja. Pasujący kod to dopiero kandydat. Jest sprawdzany na setkach innych gwiazd: przypadkowe trafienie zostawiłoby je niewyjaśnione, a prawdziwe przewiduje, gdzie jest każda z nich.
- Dopasowanie. Gwiazdy sparowane z katalogowymi dają rozwiązanie: środek, skalę i obrót, z dystorsją obiektywu w postaci wielomianu (TAN-SIP). Zdjęcia ze strony głównej SkySolver zostały rozwiązane średnio w 48 ms.
Szerokie pola, panoramy i dystorsja
Większość solverów zakłada, że zdjęcie to płaski, prostoliniowy widok nieba z niewielką dystorsją. Zdjęcia z rybiego oka, zszyte panoramy i „małe planety” łamią to założenie: ich skala zmienia się w obrębie kadru, więc układy gwiazd przestają pasować do katalogowych. SkySolver próbuje projekcji, których używają takie obrazy (równoprostokątnej, Merkatora, walcowej, Panini, stereograficznej), dopasowuje model projekcji z dodatkową siatką korekcyjną i maskuje krajobraz, drzewa i odbicia w kadrze. Tak rozwiązuje panoramę Drogi Mlecznej 360°, w kilka sekund.
Rozwiązywanie Księżyca
Na zdjęciu Księżyca nie ma gwiazd do dopasowania, więc solver Księżyca w SkySolver dopasowuje sam Księżyc. Znajduje krawędź tarczy (jej środek i promień), potem terminator, który daje kierunek Słońca i fazę. Następnie porównuje zdjęcie z mapami albedo i nachyleń terenu Księżyca, jednocześnie dla każdego obrotu, obu odbić lustrzanych i siatki libracji, za pomocą transformat Fouriera, i przyjmuje odpowiedź tylko wtedy, gdy wyjaśnia ona zdjęcie znacznie lepiej niż drugi najlepszy wynik. Od tej chwili każdy piksel ma swoje współrzędne selenograficzne, a kratery można podpisać. Nie potrzebuje daty, miejsca ani zaznaczonych kraterów, tylko zdjęcia: zobacz solver Księżyca.
Co dodaje SkySolver
- Zawsze w ciemno: bez współrzędnych, skali ani orientacji, także dla obrazów w odbiciu lustrzanym.
- Dowolne pole: od wąskich kadrów z teleskopu po zdjęcia z rybiego oka i panoramy 360°, z krajobrazem w kadrze.
- Zdjęcia Księżyca, od małego Księżyca nad krajobrazem po zbliżenie z teleskopu o szerokości kilkuset kilometrów.
- Szybko: kilkadziesiąt milisekund na typowe zdjęcie, bez zakładania konta.
- Prywatnie: przeglądarkę opuszczają tylko pozycje gwiazd.
- W twoich narzędziach: wtyczka PixInsight, darmowe API i API zgodne z Astrometry.net dla N.I.N.A., KStars i innych programów.
Dalsza lektura
- Lang, D., Hogg, D. W., Mierle, K., Blanton, M. & Roweis, S. (2010). Astrometry.net: blind astrometric calibration of arbitrary astronomical images. The Astronomical Journal 139, 1782.
- Gaia Collaboration, Vallenari, A. et al. (2023). Gaia Data Release 3: summary of the content and survey properties. Astronomy & Astrophysics 674, A1.
- Calabretta, M. R. & Greisen, E. W. (2002). Representations of celestial coordinates in FITS. Astronomy & Astrophysics 395, 1077.
- Shupe, D. L. et al. (2005). The SIP convention for representing distortion in FITS image headers. ASP Conference Series 347, 491.