Eigener Strehl-Test ?!: deutsche Anleitung zu WinRoddier

    • Eigener Strehl-Test ?!: deutsche Anleitung zu WinRoddier

      Hi

      Mit WinRoddier und einer CCD / Videokamera kann man selbst „am Stern“ ein Wellenfrontbild, ein Interferogramm und ein Foucault-Bild seines Teleskops erstellen, sowie den Strehl-Wert bestimmen.

      Dazu muß man aber eine CCD Kamera (ich frage mich, ob nicht auch ein Handy ausreicht) und Kenntnisse von Bildbearbeitungsprogrammen haben, und damit jeweils ein extra- und ein intrafokales Bild am defokussierten Stern (mit exakt dem gleichen Abstand und pixel-gleicher Grösse) erstellen, also sehr genau arbeiten ! Sonst bringt der Strehl-Test falsche Ergebnisse.

      Es ist wirklich nicht einfach !

      Aber jedem, der es trotzdem versuchen will, möchte ich hier eine zwar provisorische (bitte Fehler melden, damit ich sie korrigieren kann), aber dennoch detaillierte Anleitung auf deutsch zu WinRoddier mitgeben.

      Ich schreibe allerdings unter der Hypothese, daß die 2 zur Analyse notwendigen Bilder (jeweils ein intra- und ein extrafokales) schon vorhanden sind (Testbilder z.B. aus dem Net, siehe weiter unten)!


      Zur Frage, wie die Fotos am echten oder künstlichen Stern erstellt werden müssen, gibt es hier compubuild.com/astro/download/New_WinRoddier_User_Manual.pdf eine gute Anleitung auf Englisch von Wade von Arsdale

      Ich werde ab und zu auch mal mal kurz etwas dazu sagen, aber ich habe persönlich nur und ausschließlich mit - von Wolfgang zur Verfügung gestellten oder dem Internet entnommenen - Test-Bildern gearbeitet und mit diesen mit WinRoddier „gespielt“.

      Ich habe mich noch nie mit astronomischer Bildverarbeitung auseinandergesetzt (und habe auch nicht vor, dies zu tun) !

      Wenn man mit „selbst am Stern gemachten“ CCD-Bildern arbeiten will, bitte vorher unbedingt Punkt 2 (B) dieses Beitrags lesen (Grösse der Bilder in Pixeln und Fokusabstand bei der Aufnahme). Sonst geht das Ganze schief !


      (Zur Vorgeschichte meiner (und Wolfgangs) Beschäftigung mit dem Programm (bei mir durch Christian K. angeregt) und zur Diskussion mit Wolfgang, siehe diesen Thread: astro-foren.de/index.php?threa…ktest-brauchbar/&pageNo=1 )

      Quellen:


      Weitere Quellen (ausser den beiden schon geannten Links), inklusive der theoretischen, matematischen Grundlagen für die Algorithmen findet man im Folgenden (die beiden "Roddiers" haben u.a. an der (oder jedenfallsan den theoretischen Vorarbeiten für die) „Brille“ für das Hubble-Teleskop mitgearbeitet und die Optiken der großen adaptiven Teleskope getestet (u.a. die des Teleskops auf dem Mauna Kea in Hawaii):

      (1) Theoretische Artikel der beiden „Roddiers“, die auch die Grundlagen des ProgrammsWinroddier bilden

      http://www.hubbleopt...6376C_60960.pdf
      http://www.soft.bela...from_defocus...

      (2) „Bibliographie“ des Astrophysikers François Roddier
      Eine solche findet man auf wikipedia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Fran%C3%A7ois_Roddier (darunter eine Liste mit über 260 publizierten Artikeln)

      (3) Yahoo Roddier-Test-Forum

      groups.yahoo.com/neo/groups/roddier/info


      (4) Komplette Anleitung auf Englisch:

      compubuild.com/astro/download/New_WinRoddier_User_Manual.pdf

      (5) Threads zum Thema auf französischen Foren und auf CloudyNight

      (a) cloudynights.com/topic/442539-…interferogram-comparison/
      (b) astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/042807.html
      (c) forum.ragbr.fr/viewtopic.php?f=28&t=418
      (d) astrosurf.com/ubb/Forum2/HTML/039505-2.html



      (6) Testfiles

      Siehe in den obigen Links, auf dem Yahoo Test Forum, und auch noch hier:
      http://www.compubuil...ample_Files.zip


      1. Installation von WinRoddier, inklusive Hilfe-Datei
      WinRoddier ist ein Projekt, (fast) alles dazu befindet sich auf dieser Seite: http://www.astrosurf.com/tests/roddier/projet.html.

      Nach dem Herunterladen (installieren nicht nötig) vonWinRoddier von hier (Direktlink): astrosurf.com/tests/roddier/WinRoddier3Pro.exe und Verschieben der Datei in einen gewünschten (oder neu zu schaffenden Ordner; letzteres ist sehr empfehlenswert), schlage ich vor zunächst auch noch die Hilfe-Datei zu WinRoddier herunterzuladen und auch zu installieren.

      Die Hilfe-Datei ist die dritte Datei, unter Punkt 5, auf der WinRoddier Seite („Documentation de la version 3.0“). Direkt herunterladen funktionniert nicht, man muß den Link rechts-klicken und „Datei speichern unter ...“ auswählen.

      Die Hilfe-Datei ist außerdem eine *rar-Datei; sie ist „doppelt gezippt“ und lässt sich mit dem Windows-Explorer allein nicht öffnen. Man braucht die freie Software 7-Zip (oder WinZip oder was es sonst noch so gibt) zum Öffen (Link zu 7-Zip: 7-zip.org/). Nach dem Öffen der *rar-Datei mit 7-Zip den (jetzt im Explorer-Format) Hilfe-Ordner aus dem 7-Zip-Fenster auf das Büro des Komputers hinüberziehen, so:



      Von dort (Büro oder Download-Ordner) in den Installations-Ordner von WinRoddier verschieben. Dann Winroddier öffen und in „Préférences“ den ReiterFichiers“ anklicken (siehe nächstes Bild) und den Pfad zur Datei „Sommaire.htm(= Inhaltsverzeichnis) innerhalb der (in den Ordner von Winroddier verschobenen) HilfeDatei eingeben. (Man kann diesen Ort mit dem Knopf mit den 3 Punkten = blau eingerahmt aufsuchen).

      Gleichzeitig kann man oder sollte man auch noch den Pfad zu einem Ordner mit den (ggfls. zukünftigen) Bildern eingeben:





      2. Vorbereitung des Strehl-Tests



      A. Wenn man Bilder schon hat (z.B. Zum Testen aus dem Internet geholt (siehe „Quellen“ am Anfang dieses Beitrags))





      Die beiden - vorhandenen - Fotos / Bilder (jeweils ein intra- und ein extrafokales) müssen im Format *fit sein. WinRoddier arbeitet ausschließlich mit diesem Format. Es handelt sich offenbar um das in der Astrofotographie (wie gesagt, ich habe persönlich keine Ahnung) meistverwendete Format, das - vorallem auch - die großen internationalen Observatorien verwenden, siehe hier: ds9.si.edu/site/Home.html und hier: pages.infinit.net/microlog/ciel_astro-ccd/format_image.htm


      Glenn Jolly („Desert Rat“ auf Coudy Nights, siehe dazu Quelle Nr. 5(a)) hat - zur Umwandlung von*tif- in *fit- Dateien eine Software mit Namen „WRFITS“ entwickelt, die man entweder von der Winroddier-Test-Seite bei Yahoo groups.yahoo.com/neo/groups/roddier/info herunterladen kann, wenn man dort registriert ist (dort unter: Files Utilities for WinRoddier\WRFITS.zip FITS & TIFF Image conversion utility) oder direkt von hier: s000.tinyupload.com/?file_id=51221566321081271710

      Um die Bilder mit WRFITS in *fits-Dateien umwandeln zu können, müssen sie aber vorher schon im *tif Format abgespeichert sein (offenbar ein Format, mit dem viele CCD-Kameras arbeiten). Da viele Bildbearbeitungsprogramme es ermöglichen, andere Bilddateien (*bmp, *jpeg oder *png oder was sonst) im Format *tif abzuspeichern, dürfte das kein Problem sein. [... wenn sie nicht schon von vornherein im Format *tif sind, mit dem - wie gesagt - offenbar viele CCD- / Videokameras arbeiten].


      Achtung: wenn aus einem anderen Format in *tif umgewandelt wird, den Kanal alpha (transparente „4. Farbe“) entfernen; WINRoddier und WRFITS arbeiten nur mit den 3 = RGB Farben.


      „WRFITS“ funktionniert folgendermaßen:




      Oben bei „Input Filename“ zunächst den Pfad zum intrafokalen Bild (im *tif-Format) eingeben.

      Unter „Roddier keywords“ kann man noch andere Daten eingeben (Durchmesser und Brennweite des Teleskops, Pixel der Kamera und ob man1x (= gar nicht) oder 2x „gebinnt“ hat (2x anscheinend bei langen Brennweiten des Teleskops und kleinen „Frames“ der Kamera, ich weiß nicht was das ist, habe keine Erfahrung; die Verkleinerung der Bilder durch Binning hat aber - offenbar - KEINERLEI Einfluß auf die Qualität des Tests: siehe Quelle Nr. 4, Seite ... ).

      Dann auf „Save“ drücken.

      Anschließend dasselbe mit dem extrafokalen Bild wiederholen. ... ... Fertig.

      Beim Umwandeln fertigt „WRFITS“ von jedem der beiden Bilder drei *Fit-Bilder / Dateien in den Farben R, G, B an (ingesamt also sechs). (Wenn man das nicht will, muß man vor dem Drücken der „Save“-Taste den Haken bei RGB-Separation entfernen!).


      B. Wenn man Bilder am Teleskop mit der CCD Kamera selber macht:

      Ich möchte nochmals betonen, daß ich selber keine Photos gemacht habe, ... ich kann das gar nicht, weil ich das Equipment nicht habe. ... Aber ich habeviel gelesen und mit WinRoddier „gespielt“. Deshalb folgender Hinweis für Astrofotographen:

      Es gibt (mindestens) zwei Variablen, die das Strehl-Ergebnis ENTSCHEIDEND verfälschen können:
      1. die Pixel-Größe der Bilder / Fotos (zu grosse oder zu kleine Bilder): Die Anzahl der Ringe im „Sterntest“-Bild auf dem Monitor der CCD Kamera ist sehr wichtig,
      2. die Defukossierung, d.h. der Abstand, der Bilder vom Fokus, bei der Aufnahme, (wieviel „Wellenlängen“), genauso !

      Siehe dazu im Detail die ganz am Anfang (und auch in den „Quellen“) genannte Anleitung auf Englisch, insbesonders Seite 35/36: compubuild.com/astro/download/New_WinRoddier_User_Manual.pdf

      Von mir im Folgenden nur ein paar - angelesene, aber „getestete“ - Hinweise. Um ein „richtiges“ Ergebnis zu erhalten“, kommt es nicht auf die „Grösse“ der Bilder an; sind die Bilder zugroß, z.B. 500 Pixel, stürzt das Programm WinRoddier ab.



      Beim Lesen der Quellen ist mir aufgefallen, daß die Leute auf den Foren - die ja (ganz IM GEGENSATZ ZU MIR) davon ausgehen, daß man seine Fotos am Stern selber macht - , sagen, es gäbe:
      1. eine „BESTE“ (was immer das bedeuten mag) Größe (in Pixeln) für die - zu machenden - Foto
      2. einen „IDEALENAbstand (intra- und extrafokal) vom Fokus (bei der Aufnahme).
      In folgendem, auch unter „Quellen“ genanntenThread (Nr. 5 (b)): forum.ragbr.fr/viewtopic.php?f=28&t=418 schreibt Vincent Folgendes:

      Avec le calculateur WRCALC on va calculer la défocalisation optimum donton aura besoin. Il y a une double contrainte sur les plages : obtenir entre 20 et 35 anneaux ET un diamètre entre 100 et 150px. En réalité ces 20 à 35 anneaux ne peuvent pas être comptés visuellement, déjà parce qu'ils sont trop resserrés et ensuite parce qu'à part sur une lunette, l'obstruction ne laisse pasvoir les anneaux centraux. Mais une formule (complexe d'où le calculateur) permet de les calculer en fonction de la défocalisation que l'on applique“.


      Übersetzung:


      „Mit dem Rechenprogramm „WRCALC“ [dazu sogleich] kann man die optimale „Defokalisierung“ berechnen, die man braucht. Es gibt eine „doppelte Grenze“ für die [richtige] Spanne: man sollte zwischen 20 und 35 Ringe erhalten[im defokussierten Stern sehen] UND einen Durchmesser von zwischen 100 und 150 Pixeln (auf dem Monitor). In der Realitätkönnen diese 20 bis 35 Ringe natürlich nicht gezählt werden, schon weil sie zu nahe beeinander liegen, aber auch, weil man, außer bei einem Refraktor, wegen der „Obstruktion“ die inneren Ringe nicht sehen kann. Abereine (komplexe, daher der Rechner) Formel erlaubt es, sie aus der „defokalisierung“ zu errechnen“.

      Unter dem - aus dem Thread - hierher kopierten, folgenden, Bild:



      steht dann noch:

      „On va jouer sur le curseur "Defocus Waves" en restant entre 20 et 35, pour obtenir une "image diameter" entre 100 et 150 px. Après quelques essais je vois qu'il me faudra un disque de défocalisation entre 120 et 150px pour obtenir entre 25 et 30 anneaux. Dans ce cas les deux contraintes seront respectées dans leurs tolérances“.


      Übersetzung:


      „[Nach Eingabe von Durchmesser und Brennweite der Optik, sowie den Pixels der Kamera und ggfls. dem „Binning“ oder nicht] spielt man [solange] mit dem „Curseur“ [den zwei Pfeilen] bei „Defocus waves“, immer zwischen 20 und 35 bleibend, bis man eine „Image Size“ von zwischen 100 und 150 Pixeln erreicht hat. Nach verschiedenen Versuchen, habe ich gesehen, daß ich eine Scheibe (defokalisiertes Sternbild) von zwischen 120 und 150 Pixeln brauche, um zwischen 25 und 35 Ringe zu erreichen. In diesem Fall sind die beiden Grenzen innnehrlab der Toleranzen respektiert.



      Also, ich habe jetzt keine Ahnung, wie die zwei „Grenzen“ („Limits“) zustandekommen, aber im Anhang 2 zu der mehrfach zitierten englischen Anleitung (Quelle Nr. 4) gibt es eine komplizierte, mathematische Herleitung des Algorithmus. Bei meinen Tests habeich auch die Testbilder (mit einem Bildbearbeitungsprogramm) vergrössert und verkleinert und bei 142 Pixel (auf dem Bildschirm !; immer die Pixel von Kamera und Schirm auseinanderhalten) die besten Resultate erhalten.

      Die gezeigte und verwendete Rechen-Software heißt WRCALC und wurde auch von Glenn Jolly geschrieben. Man findet sie - direkt - hier: fichier-rar.fr/2015/05/12/wrcalc/

      (In dem Thread von Cloudy Nights (Quelle Nr. 5 (a)) ist auch ein - anderer - Direkt-Link, aber wenn man die Software da dann runtergeladen hat, funktionniert sie nicht, weil eine Datei fehlt).

      Zum genauen Ausmessen der Pixel auf dem Monitor wird in Frankreich folgendes Programm empfohlen:
      ristaino.net/software/diameater





      Zum Einfluß des „Seeings“:
      siehe die unter Quellen (Punkt 5) genannten Threads sowie den englische Anleitung Wade van Arsdales (Quelle Nr. 4), S. 4 ff (= der Einfluß wird nicht besonders hoch bewertet, bzw. er kann durch Auswahl der besten Bilder aus einer Video-Serie auf einen sehr kleinen Beitrag reduziert werden).


      3. Test-Run


      Jetzt erst kommt „Winroddier“ in’s Spiel.

      A. Bilder in Winroddier laden

      Unter „Fichier“ / „Ouvir“






      öffnet sich folgendes Fenster; ...mit den Dateien der RGB Bilder (wenn man am Anfang, bei der Installation der Hilfe-Datei, auch den Pfad zu den Bildern eingegeben hat):



      Jetzt zuerst die 3 intrafokalen RGB“-Bilder, eines nach dem anderen (von hinten „R“, über das mittlere „G“ zum ersten „B“) öffnen.
      Dann die extrafokalen Bilder.

      Achtung: bei den extrafokalen Bildern, jeweils „Ouvrir comme extrafocale“ wählen (siehe nächstes Bild), sonst kommen die Bilder „auf die falsche Seite“.




      Ist aber auch kein Beinbruch, wenn sie „auf der falschen Seite“ sind (dazu sogleich) , denn man kann sie noch nachträglich verschieben.


      B. Vorbereitung der (ptv, RMS und) Strehl-Rechnung


      Jetzt auf „Saisie“ / „Paramètres du test“ gehen.




      Es öffnet sich folgendes Fenster mit 6 Bildfenstern und 2 anderen Fenstern:



      1. Links die 3 intrafokalen, rechts die 3 extrafokalen Bilder; ich habe sie zurechtgerückt;
      2. das Fenster in der Mitte: Achtung, es hat 4 Reiter, von denen man zwei bearbeiten muß, sonst kann man nicht auf „Ok“ drücken !

      • Reiter „Images“: man kann mit den Pfeilen die intra- und extrafokalen Bilder auf die jeweils richtige Seite verschieben, wenn Sie falschstehen sollten; mit den + / - Tasten kann man die Reihenfolge richtig stellen (R, G, B)
      Wichtig: wenn die Reihenfolge und die rechten und linken Seiten richtig angeordnet sind, auf "Récupérer les informations de l'image" (Bilddaten übernehmen) klicken
      • ReiterInstrument et capteur“ (Bild weiter unten): hier bitte folgende Angaben machen bei:
        • „Diamètre“ = Durchmesser der Optik
        • Distance focale“ = Brennweite
        • Ganz unten bei „Défocalisation“ = Fokusabstand (Achtung: ein falscher Abstand kann das "Strehl"-Ergebnis sehr verschlechtern !)



      Man kann auch die anderen Daten eingeben (Pixel der Kamera und Binning); es geht - bei fertigen Bildern - aber auch ohne.


      Diese Daten kann man abspeichern („Sauver“) und wieder laden („Charger“ ) für neueTests.



      • Reiter „Source“: hier wird unterschieden zwischen „Etoile à l’infini“ (= „Stern am Himmel“), „Etoile artificielle“ (=„künstlichem Stern“), „Source au rayon de courbure“ (= „im Krümmungsmittelpunkt“) und „Autocollimation“. Die letzten beiden Arten sind eher für professionelle Tester, wie Wolfgang.





      Der letzte Reiter ist komplett fakultativ.


      Dann auf „ok“ drücken ! (Das Fenster schließt sich).

      3. Im rechten Fenster (im GROSSEN, vor-vor-letzten Bild), Reiter „Affichage“ kann man die Bilder und das Ergebnis (Wellenfront, Interferogramm, Foucault) vergößern oder verkleinern („zoomen“)! Die anderen Funktionen (Reiter) sind mir nicht ganz klar.


      Aber das Fenster nicht wegdrücken, sonst sind nachher zwar die Zernikes sichtbar, nicht aber der Strehl-Wert.


      ---


      Exkurs: ... „Préférences“


      Bevor jetzt wirklich die Strehl-Rechnung gemacht wird, noch schnell auf „Préférencesgehen.


      Dort kann man unter dem Reiter „Algorithmes“ die Anzahl der Iterationen (einstellen. Im Internet wird empfohlen nicht über 7 zu gehen (bei 20 wird es eng mit dem Memory !) und die anderen Werte auf „Default“ zu belassen (= „16“ und „50“).




      Aber: beim nächsten Reiter „Constantes“ (= Stellen nach dem Komma) wird, auch im Internet, empfohlen, folgendes einzustellen (siehe Bild); man kann auch die Wellenlänge und das „Gewicht“ der jeweiligen RGB-Farben einstellen (wohl für Spezialisten).



      Unter dem Reiter „Ajustements“ kann man die Zahl der analysierten Polynome einstellen (jemand im Internet hat alternativ zu „22“ auch noch „27“ empfohlen), sowie z.B. die Koma ausschließen.



      Dann auf „ok“ drücken ! (Das Fenster schließt sich)



      C. Die eigentliche Strehl-Rechnung


      Jetzt geht’s los: auf „Calcul“ / „Reconstruire le front d’onde“ (= Wellenfront-Bild erstellen) gehen (siehe Bild):



      Wenn WinRoddier fertig gerechnet hat,

      • erscheint ein FARBIGES Bild mit der „front d’onde“,
      • ein neues Fenster mit den Zernike-Polynomen, und
      • darüber, in dem kleinen Fenster ganz rechts, ptv, RMS und Strehl !


      Das sieht dann z. B. so aus:




      Wenn man jetzt noch Interferogramm, Foucault und PSF will, bitte nicht vergessen, zuerst das Bild mit der Wellenfront anzuklicken, dann:




      Das sieht dann so aus:



      oder so:





      Wenn Ihr (sehr) schlechte Ergebnisse habt (unter 0,8 Strehl = beugungsbegrenzt), bitte jeden Schritt nochmals überdenken ! (RGB-Reihenfolge verwechselt, beim Umwandeln das Format *ico verwendet, vergessen den Knopf "Bilddaten übernehmen" zu drücken, falscher Fokus-Abstand !, etc) ?

      Wenn man am Ende ist (oder gar nichts mehr hilft), bleibt noch die Frage, wie der Strehl eigentlich gerechnet wird !


      (Es scheint da ja mehrere Varianten zu geben ;) !)


      ---
      Man kann die Ergebnisse schließlich auch in Aberrator und Open Fringe importieren und da noch weiterbearbeiten ! Siehe dazu die englische Anleitung (Quelle Nr. 4) von Wade van Arsdale, Seite 41 !

      ---



      Tja, und dann sage ich mit Insterburg&Co: youtube.com/watch?v=vR9P0L4jKk8 .. auf’m Mars,)


      ... Ja das war’s !


      Viel Spaß
      Rudi
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      "Falschheit korrumpiert (auch) die Sachkompetenz" (freies Zitat nach Ulpian: 'fraus omnia corrumpit').

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    • Hallo Rudi!

      sehr schön gemachte Anleitung. Dazu hätt ich 2 kleine Anmerkungen aus meiner "Erfahrung" mit dem Programm. 1. Im Fenster "Parameter du test" musst Du nach der Auswahl der Bilder auf den "Recuperer.... " - Button klicken. 2. Nach erstelltem Wellenfront-Bild kannst verschiedene Zernike-Koeffizienten an- und abwählen. Bei aktiviertem Wellenfront-Bild sieht man sofort die Änderung derselben. Man kann also sofort sehen, wo der Hund begraben liegt und darauf reagieren. D.h. hab ich Verkippung, Coma oder Asti in der Optik.

      In der Tat ist es sehr wichtig, ein winroddier-konformes Bild zu erstellen. Die Anleitung von Wade sagt ja dazu die wichtigen Parameter aus.
      CS vom Christian