SXV – AO – LF (Active Optic – Large Format) Parte II

Lo peor de la SXV – AO – LF, como ya apuntábamos en el primer post, es sin duda alguna el software que podríamos definir como poco intuitivo y con bugs importantes.
Lo siguiente en la lista es la documentación que en dos palabras, es escasa y confusa.

Los problemas más importantes de la aplicación son:
a) Si por error se selecciona un bad pixel, la aplicación no lo detecta y durante el proceso de calibrado “Train”, esta se cierra inesperadamente.

b) El proceso de calibrado no detecta ni corrige una configuración errónea del e/w.

c) Algunos parámetros bien podrían calcularse y establecerse automáticamente durante el proceso de “Train” como sí realizan otras aplicaciones de guiado (léase PHD). ;-)

d) Si se selecciona la ventana cliente de la aplicación, se cancela el guiado inmediatamente.

e) Si no le gusta la estrella seleccionada o no puede establecer el centroide, a veces comienzan a aparecer decenas de pequeños diálogo de error. Cuando esto pasa, lo mejor es cerrar la aplicación y volver a comenzar, puesto que lo más probable es que los “mensajitos” se vuelvan a repetir de forma aleatoria.

f) A veces sucede que tras un error de la aplicación los cálculos y la selección de estrella guía dan como resultado coordenadas del orden de 5000 – 8000 píxeles dentro del CCD de la Lodestar, obviamente tal coordenada no existe y comienzan a salir mensajes de error.

Como decíamos antes” si se produce un error, lo mejor es salir de la aplicación y volver a comenzar.

No obstante, y esto ahora va en favor de la SXV AO, cuando entiendes como funciona todo y como esquivar los problemas mencionados, los resultados compensan de largo la curva de aprendizaje.

Precisamente para evitar a futuros usuarios toda la pérdida de tiempo que nos está suponiendo “descubrir” cómo funciona exactamente el software de control y qué hace qué, a lo largo de este y sucesivos posts vamos a ir contrastando lo que pone el manual de la AO con nuestra práctica diaria.
Insistimos en que a pesar de que estos posts puedan parecer muy negativos con el producto, sólo lamentamos el bajo nivel de la aplicación de control y su documentación, pero sin duda la astrofotografía con y sin AO son dos mundos completamente diferentes.
Si uno se puede permitir el desembolso económico que representa adquirir una AO, sin duda vale la pena.

Veamos ahora en detalle algunos puntos importantes que no vienen descritos con la claridad que desearíamos en el manual.

1) Valores de configuración por defecto para la Lodestar

Nuestra cámara guía es la Lodestar, así que el software que utilizamos es el que Starlight suministra para su control.
Es en esta aplicación donde también se integra el guiado con o sin AO.

En la imagen siguiente se muestra por un lado, un extracto del manual de la Lodestar en el que se hace referencia a los settings establecidos por defecto y en la parte superior los settings propuestos por el fabricante para una fl 1000 mm y los que nosotros utilizamos con el ED80 a F7.5 fl600 mm.
Como se puede ver hay unas cuantas diferencias que enseguida pasamos a detallar.

Comencemos con el primer párrafo resaltado en la imagen. En él se menciona que los settings de la imagen superior izquierda están establecidos para una distancia focal de 1000 mm y una velocidad de guiado de 0,5x sidereal rate.
En general hemos realizado todos los cálculos y no nos cuadra de dónde salen los 6 píxeles por segundo y tampoco vemos claro lo de “” para una velocidad de guiado de 0,5x”.
En principio debería dar igual la velocidad puesto que la montura siempre guía a sidereal rate, independientemente de que la resolución para el guiado vía ST4 pueda establecerse a x1, x0,5, x0,25 x0,125. (Lunar, solar, cometas y similares aparte, se entiende que hablamos en general para seguimiento de DSOs)
Como no nos cuadraba el párrafo y en el manual no dan pistas sobre el cálculo realizado, hicimos dos cosas:

a) Calcular los píxeles por segundo de tiempo para nuestra configuración
b) Hacer tests modificando los valores en base a nuestros cálculos y ver qué pasaba

- Pixels per sec in RA/DEC
Para calcular este valor hay que tener en cuenta que en cada segundo, la montura realiza un desplazamiento en RA de 15 segundos de arco.
Lo que queremos calcular es qué desplazamiento en píxeles por segundo representan esos 15 segundos de arco a nuestra focal de 600mm.
Ese es el valor que se espera en el parámetro “Pixels per sec in RA” para poder calcular el pulso de corrección a enviar a la montura vía ST4 cuando la estrella está a punto de salir del campo de la AO.

No obstante, tras realizar el cálculo y obtener ese valor aproximado de 2 – 3 (la aplicación no permite entrar decimales), la respuesta de la montura forzando un “mount bump” desde el mando de la EQ6, tal y como indica el manual (ver imagen inferior) no dejó la estrella en la posición “x pos = 0″ sino que bajó de 52 a tan solo 40.

Al cambiar el valor del parámetro “Pix per sec in RA” a 1 (mínimo que permite) en lugar del 2 – 3 calculado, la cosa mejoró mucho y ahora, tras el “mount bump” forzado, nos devuelve la posición de la AO a un valor próximo a “x pos = 20″.
Interesa que el pulso enviado a la montura deje la estrella lo más centrada posible (valor x pos = 0 ) para evitar esta operación de “mount bump” tanto como sea posible.
Si el valor indicado genera un pulso de corrección pequeño y el tiempo de exposición es largo, en breve el PE o la deriva en cualquiera de los dos ejes, volverá a poner la estrella al límite del control de la AO.

De ahí la importancia en dedicar tiempo a probar bien este punto y determinar el valor más adecuado para cada configuración particular de tele y cámara. Si se cambia la distancia focal, la cámara de guiado o el binning, hay que volver a calcular/probar el valor de “Pixeles per sec in RA”.

Continuando con el resto de parámetros que hemos modificado respecto a los recomendados por defecto (consultar la primera imagen del post)

- Radius of Guide Star Mask
Por defecto se indica 8 Pixeles, pero a nosotros nos ha pasado que al intentar guiar con estrellas bien destacadas, que no saturadas, la aplicación generaba un error. Entendemos que 8 píxeles pueden verse desbordados por estrellas de cierta magnitud, de ahí que lo tenemos permanentemente a 15 píxeles.

- Ignore drift less than
Por defecto se indica 1.0 pixel, pero esto está bien cuando se trabaja sin binning. En nuestro caso al trabajar siempre a binning 2×2, hemos indicado 0,5 pixeles.

- 70 ms delay when changing correction direction
Por defecto está marcado, pero lo hemos probado sin marcar y no se observan problemas, así evitamos añadir cualquier tipo de delay a las correcciones. Digamos que ya hay bastante con el delay que impone el tráfico USB y el procesador de nuestro viejo PC ;-)

- Telescope Drive Direction
Este lo hemos pintado en naranja porque depende de la configuración y situación de cada uno. Hay que probarlo y ver si la corrección hace lo que debe o justo lo contrario.

- AO Unit Available
Los parámetros por defecto no asumen una AO presente como sí lo está en nuestro caso.

2) Valores de configuración de la AO

En la ventana de “Lodestar Control Interface” tenemos unos cuantos valores de configuración importantes.

- Camera Binning
Nosotros trabajamos a 2×2 puesto que al estar a la misma distancia focal que la cámara principal, preferimos asegurar el SNR.

- Exposure Range
Hay que recordar que el valor se tiene que modificar con los botones de flechas y no de forma manual. Nosotros trabajamos con valores entre 3 y 4 tenth’s (podríamos indicar algo más bajo pero el tiempo de respuesta del tráfico USB y procesado nos seguiría limitando a un máximo de 3-2 décimas, pero no más).
Con valores entre 3-4 hemos comprobado que el resultado es excelente.
Hay que tener en cuenta que cuanto más rápido capturemos, menor será el SNR y por tanto menos precisos serán los cálculos del centroide y la respuesta de la AO.

- Strech al máximo (50), Apply Strech to Images siempre marcado y también marcamos el Median Filter

- Apply Dark Frame
No utilizamos Darks para la cámara de guiado, puesto que los resultados siempre han sido muy buenos sin ellos, eso que nos ahorramos. Además en nuestro caso no es trivial hacer darks para el guiado, puesto que la montura está sobre una columna a 2 mts. de altura y trabajamos la mayor parte del tiempo en remoto (real), a 50 mts. uno y a 170 Kmts el otro.

- Swap n/s e/w direction
Estos dependerán del montaje de cada uno y hacia dónde se esté apuntando en cada toma. El de n/s, una vez probado y establecido ya no hay que volver a tocarlo. Si no está bien se notará porque a la que entre la corrección “mount bump” el desplazamiento se alejará del centro continuamente, en lugar de acercarse a él.
El check box de e/w dependerá del montaje que tengamos.
Una vez establecido, pongamos por caso que lo tenemos que tener marcado para capturas hacia el este, al pasar a capturar hacia el oeste tendremos que desmarcarlo.
De forma general, si está marcado hacia un lado, lo desmarcaremos al pasar a capturar desde el contrario. (Estos dos settings son importantes sólo para cuando entra en acción el “mount bump”)

Dentro de los settings de la ventana de Control hemos dejado para el final el punto más delicado, los parámetros del area “AO Unit Controls” que aparecen en la parte inferior derecha de la ventana.

Los valores que se ven en los campos “Default” son los que relacionan el ángulo de desplazamiento de la AO con la resolución por pixel de nuestro CCD.
Para entender mejor la teoría detrás de estos campos hemos creado los siguientes diagramas que ilustran la relación entre el ángulo alfa de desplazamiento de la AO y la desviación del haz de luz, que representa la estrella guía en un pixel. Una vez se calcula esta relación, la electrónica envía el desplazamiento necesario a la AO para devolver el haz al punto de origen. Este proceso de calibrado de la AO se realiza mediante el botón “Train”.

Como decíamos, tras el proceso de calibrado “Train” el software calcula los valores más adecuados para los campos up/down y left/right que por defecto tiene un valor 6.
En nuestro caso, tras el “Train” los campos de “Latest” indican un valor 8 aunque tras ejecutarlo varias veces hemos observado variaciones entre 8 y 6 para nuestra configuración. Esto es debido a las condiciones de mal seeing sumadas al PE producido durante el período del test.

Como no nos quedaba claro que hacían exactamente, probamos valores de 1 y 15 para ver cómo respondía la AO.
Este test demostró que el valor controla la agresividad de la corrección de la AO.
Cuanto más alto el valor, mayor será el “empujón” que le aplicará a la estrella en cada corrección para llevarla al centro. Con un valor de 15, se pasa de su objetivo constantemente y no consigue dejar la estrella en el centro, provocando un zigzag permanente. Si nos quedamos cortos, con un valor 1 por ejemplo, entonces tarda mucho en corregir y la estrella tampoco llega a situarse en el centro.
De ahí, la importancia de probar e indicar un valor adecuado. Tras nuestras pruebas, el valor óptimo fue 3.

Las marcas de dirección up/down y left/right variarán en función de la orientación de la cámara, así que este par de parámetros se prueba una vez y se deja tal cual.
Ojo, no confundir estas marcas con el “Swap e/w direction” que sí deberemos cambiar en función de la dirección en que estemos capturando.
Tal y como indica el párrafo extraído del manual de la AO que se ve al final de la siguiente imagen, una vez determinado el valor óptimo, este no cambiará a menos que cambiemos de cámara de guiado.

3) Proceso de calibración e iniciación del guiado

Aquí se describe de forma gráfica y paso a paso todo el proceso de calibración de la AO que lleva menos de 30s.
Se asume que la primera vez le tendremos que dedicar un tiempo al apartado de calibrado “Train”, descrito anteriormente en el punto 2 de este post, pero una vez calculado nos olvidaremos de este paso y sólo ejecutaremos el resto.

En resumen:
Supongamos que hemos establecido los settings de la ventana (binning, exposure range, strech y swaps n/s e/w) de acuerdo a lo explicado en el punto 2 del post.

- Comenzamos centrando la AO mediante el botón “Centralise AO” para que quede paralela al CCD principal

- El siguiente paso es capturar imágenes con la Lodestar pulsando el botón “Start”

- Paramos la captura con el botón “Stop”

- Pulsamos el botón “Select Guide Star”

- Seleccionamos con un click una estrella destacada que hará de estrella guía (aparecerá una cruz verde, ver punto 5 en la imagen superior)

- Tras el click aparecerá un pequeño diálogo indicando la posición x, y de la estrella dentro del campo de la Lodestar. Pulsamos el botón “Aceptar”

- Si es la primera vez, tendremos que realizar el calibrado pulsando el botón “Train” y esperando a que el proceso acabe (se indica en la barra de título en la parte superior izquierda de la ventana)
Si ya hemos realizado este proceso y ajustado los valores up/down left/right, podemos obviarlo hasta que cambiemos de cámara de guiado. Es decir, hecho una vez, no tenemos que volver a realizarlo más.

- Por último pulsaremos el botón “Start Guiding” que cerrará la ventana y abrirá la pequeña ventana de monitorización de actividad de la AO

Y ya está, ya estamos guiando con la AO!!!

Para tomas cortas, digamos aquellas pensadas para el HDR, no paramos la AO.
Pero en tomas largas de 30 min., tras cada toma paramos la AO y repetimos los 8 pasos menos el séptimo. De esta forma obtenemos el dithering entre tomas.
Esto es fundamental para la calidad de la imagen final. Como explicábamos en post anteriores, solemos ponernos una alarma de 30 min y dejar el guiado completamente desatendido hasta que finaliza.
Por supuesto esto nos obliga a capturar las tomas largas de una en una y no podemos automatizarlas, pero consideramos este inconveniente un coste menor comparado con la alternativa de no tener dithering. Además gracias a esos parones de 30s entre capturas de 30min, aprovechamos para centrar la AO y así evitamos los “mount bump”.

4) Monitorización del guiado

¿Cómo sabemos lo que hace la AO en cada momento y qué significado tiene?
Supongamos una montura perfecta, sin backlash, sin problemas de seguimiento en RA (PE) y perfectamente alineada a la polar. Si utilizáramos una AO en una montura así bajo unas condiciones de seeing perfectas, no observaríamos corrección alguna y los movimientos indicados tanto en “x pos” como en “y pos” serían 0. (Ver campos dentro del recuadro rojo)

Ahora bien, en una montura “real” siempre encontraremos algo de PE (Periodic Error) por pequeño que sea.
Si además esa montura real es una EQ6/HEQ5, entonces el PE será notable por muchas mejoras mecánicas que hayamos hecho de cojinetes, grasa, bisinfines, etc”
Además, cuanto mayor sea la focal a la que trabajemos, más evidente será el PE sobre la cámara y por tanto mayor también la corrección a aplicar.
Para estas monturas de coste medio-bajo, una AO es un instrumento muy eficaz que contrarrestará todo el PE por importante que sea (obviamente todo tiene un límite y a 10mts de focal no habrá AO que valga para contrarrestar el PE de una EQ6/HEQ5).

La corrección del PE por parte de la AO se monitoriza en el campo “x pos” para la RA y si hubiera algún problema en DEC se observaría una corrección en el campo “y pos”.
Si la deriva en cualquiera de los dos ejes llegara a ser tan importante que desbordara los límites mecánicos de la AO, tras superar el valor 50 (aprox) tanto en x como en y, observaríamos una indicación en el campo “moving mount” con la dirección del “mount bump” enviado a la montura vía ST4.

Para ilustrar todo esto, en la siguiente imagen tenemos una secuencia de capturas de pantalla que corresponde a un período de guiado de 17:42 min

Como se ve, el valor de “x pos” va oscilando entre ( – 20) y (12) cruzando varias veces por cero (5 veces).

Para poder visualizar y entender mejor esta secuencia, hemos puesto los valores de “x pos” con su tiempo en una tabla y creado su gráfico asociado.

La línea azul del gráfico corresponde a los valores de “x pos” y muestra la corrección del PE aplicada por la AO a lo largo de los 17:42 min.
Es decir, si sumáramos esta curva de corrección del PE a la del PE representada en las mismas unidades (que en este gráfico no aparece), ambas se cancelarían y obtendríamos una recta plana.

La teoría detrás de todo esto”
Cuando activamos la AO, no sabemos en qué parte del ciclo del PE estamos, pero para entender lo que pasa supongamos que la AO comienza a trabajar justo a mitad de ciclo del PE (cruce por cero).

Lo primero que observaremos es un valor de corrección que se va haciendo cada vez más positivo hasta llegar a un máximo, luego remitirá poco a poco hasta volver a cero, se hará negativo hasta alcanzar un valor mínimo y finalmente volverá a cero para volver a iniciar el ciclo. Así una y otra vez hasta el final de la exposición.

En la siguiente imagen se observa una curva de error periódico simulada (la que tiene mucho ruido) y una curva “espejo” que corresponde a la corrección aplicada por la AO. Esta hace justo lo contrario a la de PE para “compensar” el problema. En un montaje bien balanceado y perfectamente puesto en estación, veríamos una repetición constante y monótona de estos dos ciclos de PE y corrección de la AO.

Puesto que la AO corrige las desviaciones tanto en RA como en DEC, una perfecta puesta en estación tendría que mostrar correcciones en RA para contrarrestar el PE y ninguna corrección en DEC. O lo que es lo mismo, un valor en “y pos” de cero (0) o próximo a cero tras 30 minutos o más de guiado.
En la imagen siguiente se ve la deriva acumulada en DEC tras una captura a M45 de 1800s (30 min).

No obstante, una cosa es la teoría y otra la realidad.
En nuestro caso y por la falta de balance en DEC, cuando apuntamos al Oeste el motor tiene el eje DEC “clavado” e impide que nada se mueva al tener un peso muy acusado del lado de la cámara. En esta situación todo es perfecto y constatamos una puesta en estación casi perfecta.

Pero cuando apuntamos al Este, el avance en RA cambia el centro de gravedad de todo el montaje de forma que la DEC al no verse “sujeta” por el motor, se desliza poco a poco entre el margen que da el backlash.
Por tanto, si durante un tiempo de captura largo (30 min) la oscilación en RA se mantiene dentro de los márgenes delimitados por el PE y la DEC no se mueve más allá de unos pocos píxeles (esto también depende de la focal a la que estemos capturando), podremos considerar que la puesta en estación es correcta o como mínimo “suficiente”.

Si el valor de DEC “y pos” se va alejando de cero, tendremos que considerar el grado de error durante el tiempo de exposición y si vale la pena corregirlo o no. Los mandos de altitud de las EQ6/HEQ5 son tan poco precisos que si el error es mínimo, vale más no tocar nada o correremos el riesgo de dejarlo peor de lo que estaba pero en sentido contrario.
Nosotros llegamos a observar valores de +/-30 de deriva en DEC cuando apuntamos al Este, que la AO compensa sin problema. Por supuesto esto se traduce en una pequeña rotación de campo sólo apreciable al 100% de resolución en una sola esquina de las imágenes y todo hay que decir es muy muy sutil. Mientras que cuando apuntamos al Oeste, la mayor parte del tiempo en nuestro caso puesto que es la zona menos contaminada de nuestro cielo, la deriva sólo alcanza valores muy bajos en DEC (menos de 5 pixeles y a veces no llega ni a eso en 30 minutos). De ahí que haymos decidido no tocar la puesta en estación y darla por muy buena, asumiendo que el problema es de balance de pesos cuando apuntamos al este.

En la siguiente gráfica se ve una simulación de curva de error periódico y su corrección (en naranja) de la AO. Este esquema representa el problema de deriva en DEC.

Al principio los ciclos son muy parecidos y no se aprecia la deriva. Esto se ve en que el período a y a’, así como b y b’ son casi iguales.
En cambio si comparamos a y b con a” y b” ya vemos que la AO se mantiene poco tiempo en el lado positivo de las correcciones y se va desplazando cada vez más al negativo. En conjunto si sumamos el tiempo que está en a” y b” es el mismo que en a + b, pero al derivar en DEC, los tiempos dejan de ser simétricos y el ciclo se va desplazando hacia un lado del 0 (punto de equilibrio de la AO).
Cuando la deriva es tal que supera el margen de posible corrección de la AO, esta envía el “mount bump” y devuelve la gráfica al estado inicial representado por a y b.

En las siguientes imágenes se puede apreciar el montaje en el que se observa un tubo guía en piggy-back que ya no utilizamos pero que mantenemos lo más adelantado posible como “contrapeso” de la DEC. Como se ve, hemos agotado el recorrido de la cola de milano y aún y todo se observa una extensión muy considerable al final del tren óptico con la QHY8 + AO + aplanador + tubo del enfocador.

En las siguientes imágenes se ve en detalle la AO con la Lodestar y la QHY8 Pro.

Fuentes:
Día sidéreo: Wikipedia
Datos técnicos: Starlight Lodestar
Manuales: Handbook for lodestar, Handbook for SXV AO

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