Warum ist dieses HST-WFPC2-Bild so viel unschärfer als das WFC3-Bild desselben Felds?

Ich habe mir den Vergleich von HST-Bildern von 2007 und 2015 des „verschwindenden“ Sterns N6946-BH1 in Phys.orgs Artikel Kollabierender Stern gibt ein Schwarzes Loch angeschaut . Die Bilder von 2007 stammen von WFPC2, während die von 2015 von WFC3 stammen.

Ich habe mich gefragt, warum das WFPC2-Bild wesentlich unschärfer ist als das von WFC3. Ich habe mir das WFPC2-Handbuch für Zyklus 17 angesehen und festgestellt, dass es den "L-förmigen" Detektor hat. Drei Quadranten haben CCD-Elemente mit einem Pixelabstand von 0,1 Bogensekunden, das vierte "Planeten"-Array hat einen Pixelabstand von 0,046. Es scheint jedoch komplizierter zu sein, da - wenn ich das richtig verstehe - für die beiden unterschiedliche Öffnungsverhältnisse verwendet werden.

Das Sichtfeld des WFPC2 wird durch einen Pyramidenspiegel mit vier Facetten in der Nähe der HST-Fokusebene in vier Kameras unterteilt. Jede der vier Kameras enthält einen 800x800 Pixel Loral CCD-Detektor. Drei Kameras arbeiten mit einem Bildmaßstab von 0,1″ pro Pixel (F/12,9) und umfassen die Wide Field Camera (WFC) mit einem „L“-förmigen Sichtfeld. Die vierte Kamera arbeitet mit 0,046″ pro Pixel (F/28,3) und wird als Planetary Camera (PC) bezeichnet.

Während jedoch das WFC3-Handbuch für Zyklus 23 den Pixelabstand als angibt

Tabelle 5.1: Eigenschaften des WFC3-Melders

0,04″ pro Pixel

Ich habe kein Öffnungsverhältnis gefunden.

Ich würde gerne verstehen, warum das Bild von 2007 so "gaußsche Fuzzy" ist. Wenn es nur wegen des größeren Pixelabstands wäre, würde es blockhafter oder pixeliger aussehen. Bedeutet dies, dass ein anderer optischer Pfad mit geringerer optischer Auflösung verwendet wurde? Ist das Bild von 2007 aus dem WFC-Teil bei F/12,9? Verwendet der WFC3 F/28.3?

Ich verstehe auch nicht den optischen Grund, warum verschiedene Pfade unterschiedliche optische Auflösungen haben würden. Diese kämen nicht von unterschiedlichen Airy-Scheiben aus einfacher Beugung – die Winkelgröße wäre unverändert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Ausschnitte aus demselben Bild, das unten gezeigt wird.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Von hier .

Haben Sie festgestellt, ob das Bild vom WFC CCDS stammt? Wenn dies der Fall ist, ist die Winkelpixelskalierung 2,5-mal schlechter als die von WFC3. Würde es das nicht erklären, weil 0,1 Bogensekunden/Pixel die PSF nicht ausreichend abtastet? Die Bilder sind nicht "blockig", weil sie "geniesselt" sind.
@RobJeffries nein habe ich nicht und ich bin mir nicht sicher, wie ich das aufspüren soll. Ich habe nicht einmal einen Maßstab für das Bild. Ich verstehe, was du meinst, aber das könnte alles erklären. Mathematisch gesehen, wenn "Nieseln" eine spezielle Art von Faltung / Filter ist, die das Bild "entblockt", um den Fokus zu runden, könnte das allein mathematisch wirklich interessant sein. Ich werde weiter herumstöbern und sehen, was ich sonst noch finden kann. Eine Bildverarbeitungsantwort klingt viel wahrscheinlicher als eine optische Antwort. Vielen Dank! edit: suche nach nieseln geht gut! stsci.edu/hst/wfpc2/analysis/drizzle.html
Eine schnelle Überprüfung mit dem STScI-HST-Archiv zeigt, dass die Pre-SN-Bilder tatsächlich den Vorläuferstern auf einem der WF-Chips von WFPC2 hatten, also ist Robs Vorschlag richtig. Wenn Sie sich Abbildung 1 des Papiers ( arxiv.org/pdf/1609.01283.pdf ) ansehen, können Sie sehen, dass die Pixel in den WFPC2-Bildern größer sind als die WFC3-Bilder.
@PeterErwin Ich habe eine 2DFFT an einem Teil des WFPC2-Bildes oben durchgeführt, um zu sehen, ob ich einige Restbeweise des Drizzling-Algorithmus entdecken kann, nur zum Spaß und zur Erholung, aber bald wurde mir klar, dass das, was ich sah, alle möglichen Dinge bedeuten könnte. Abbildung 1 hingegen ist wirklich schlüssig! Würden Sie Ihren Kommentar als Antwort posten? Es sieht auf jeden Fall schlüssig aus. Eventuell mit Screenshot? i.stack.imgur.com/zdZi3.png
@uhoh - Sicher; Geben Sie mir ein paar Stunden Zeit ... (Ja, die obigen Farbbilder sind die Kombination von 2 oder mehr Einzelfilterbildern, möglicherweise mit zusätzlicher Bearbeitung, damit die Farben gut aussehen, daher könnte es schwierig sein, zum Original zurückzukehren Bilder so.)

Antworten (1)

Wie Rob Jeffries angedeutet hat, fiel der Vorläuferstern bei den WFPC2-Beobachtungen auf einen der Wide-Field ("WF")-Chips von WFPC2. (Ich habe dies verifiziert, indem ich eines der Vorschaubilder aus dem Mukulski-Archiv heruntergeladen habe.) Dies war rein zufällig, da die WFPC2-Beobachtungen Jahre vor der Entdeckung der gescheiterten Supernova gemacht wurden. Es ist ein Glück, dass die Region der Galaxie, in der die gescheiterte SN stattfand, von WFPC2 abgebildet wurde, und nur ein bisschen Pech, dass sie sich nicht in einer Region befand, die vom Chip der Planetenkamera ("PC") abgebildet wurde.

WFPC2 ist/war ein Array aus vier gleich großen CCD-Chips mit jeweils 800 x 800 15 Mikrometer breiten Pixeln. Die Optik wurde jedoch so eingestellt, dass 3 der Chips (die WF-Chips) mit einem Öffnungsverhältnis von F/12,9 abgebildet wurden, während der vierte (der PC-Chip) separat mit einem Öffnungsverhältnis von F/28,3 abgebildet wurde. Im Wesentlichen wurde ein vergrößerter optischer Strahl auf den PC-Chip fokussiert, was eine Skala von etwa 3,0 Millibogensekunden pro Mikrometer oder 0,0455 Bogensekunden pro Pixel ergab. Inzwischen erhielten die WF-Chips eine Skala von 6,67 Millibogensekunden pro Mikrometer oder 0,097 Bogensekunden pro Pixel. Dies führt zu einer Unterabtastung der tatsächlichen Auflösung des Teleskops (das eine Punktstreufunktion mit einem halben Maximum von etwa 0,09 Bogensekunden in voller Breite im I-Band hat).

Der UVIS (UV-visuelle) Teil von WFC3 hat zwei 2k x 4k CCDs (mit, glaube ich, 15 x 15 Mikron Pixel) und ein Öffnungsverhältnis von F/31, was 0,0395 Bogensekunden pro Pixel entspricht.

In der Praxis löst WFC3 die Dinge also immer besser auf als die WF-Chips von WFPC2, da seine Pixel die Teleskopauflösung richtig abtasten können und die WF-Pixel dies nicht können.

Sie können den Unterschied in den oberen „Vorläufer“-Bildern (WFPC2) im Vergleich zu den unteren „2015“-Bildern (WFC3/UVIS) aus dem aktuellen Papier sehen :

Aus Abbildung 1 des Originalpapiers

Beachten Sie die stärkere sichtbare Pixelierung in den WFPC2-Bildern (obere zwei Felder), da die WF-Pixel eine größere Winkelgröße haben.

Ich vermute, dass alle anderen offensichtlichen Unterschiede in den Bildern der Pressemitteilung wahrscheinlich auf die Verarbeitung zurückzuführen sind, die zur Erstellung des Farbbildes verwendet wurde. Insbesondere das nebeneinander liegende Farbbild (WFPC2 vs. WFC3/UVIS = „vorher und nachher“) aus der Pressemitteilung zeigt beide Bilder im gleichen räumlichen Maßstab als Teil einer einzigen Bilddatei, was bedeutet, dass sie gleich sind Pixeldichte ist im gesamten kombinierten Bild vorhanden. Da jedoch jedes ursprüngliche WF-Pixel etwa das 2,5-fache (Winkel-)Größe eines WFC3-Pixels hat, musste das WFPC2-Bild vor dem kombinierten (JPEG/PNG/TIFF ) Farbbild gemacht werden konnte. Die für diesen Rebinning-Prozess verwendete Interpolation könnte die zusätzliche Glättung im WFPC2-Bild eingeführt haben.

[Bearbeitet, um einen Kommentar zum Rebinning hinzuzufügen, das zum Generieren eines farbigen Pressemitteilungsbildes verwendet wird.]

Danke für den Beitrag! @RobJeffries hatte als Antwort auf meinen Kommentar auch Nieselregen (Dithering, Faltung, Unschärfe) erwähnt. Ich würde gerne verstehen, warum das Bild von 2007 so "gaußsche Fuzzy" ist. Es gibt sogar eine Seite dafür. Vielleicht zumindest eine flüchtige Erwähnung von Nieselregen? Ich vermute, dass dies eine ziemlich übliche Vorgehensweise bei Bildern war, die für die Veröffentlichung verwendet wurden, anstatt als Daten für die Analyse verwendet zu werden. Eine Folgefrage könnte sich später mit den Details des Nieselns befassen. stsci.edu/hst/wfpc2/analysis/drizzle.html
Die Graustufenbilder in der Zeitung (Teil der Datenanalyse) wurden ebenfalls durch Nieseln erzeugt, daher bin ich mir nicht sicher, ob dies die ganze Erklärung für die scheinbare Unschärfe der Bilder der Pressemitteilung ist. Es ist möglich, dass die Produktion des letzteren eine zusätzliche Glättung beinhaltete, um das Rauschen zu unterdrücken und sie schöner aussehen zu lassen ... Ich werde sehen, ob ich der Antwort eine kurze Erwähnung des Nieselns hinzufüge.
Okay super. Ich werde es mir auch ansehen. Die Bilder in der Frage sind sehr unscharf, die in der Antwort zeigen eine deutliche Pixelierung. Der ganze Grund, warum ich die Frage überhaupt gestellt habe, ist, dass es keinen visuell erkennbaren Hinweis auf Pixelierung gab, die Bilder sehen rund und "gaußsch-unscharf" aus. Zentrale Motivation für die Frage sind „andere Unterschiede in den Bildern der Pressemitteilung“. Die Antwort kann tatsächlich nicht das richtige Nieseln sein ; in diesem Fall kann es eine gesonderte Nachbearbeitungsroutine für öffentlich freigegebene Fotos geben!
Warum ist dieses HST-WFPC2-Bild so viel unschärfer als das WFC3-Bild desselben Felds?
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