Evaluación de la Cámara CCD Apogee Alta U9
Determinación de los Tiempos Muertos
Carlos Colazo - Pablo Guzzo
Estación Astrofísica de Bosque Alegre, Noviembre
de 2011
Introducción:
Aplicaciones
de la fotometría diferencial: Ocultación de estrellas por asteroides, tránsitos
de exoplanetas, rotación de asteroides, variabilidad del brillo de estrellas,
etc.
Los
tiempos muertos dependen sólo de la cámara, mientras que los tiempos de
exposición dependen de: la cámara CCD, el telescopio, el objeto a observar, las
estrellas de referencia y las condiciones del cielo. En este trabajo sólo
analizamos los tiempos muertos de la cámara CCD. El análisis de los tiempos de
exposición se realizará en una etapa posterior.
El
tiempo muerto es el tiempo que el CCD utiliza para hacer las lecturas de las
cuentas capturadas de todos los píxeles del sensor. El tiempo de lectura se
inicia cuando culmina una exposición, y termina cuando comienza la captura de
la siguiente imagen.
Para
conocer los tiempos muertos que se pueden obtener con la cámara Apogee Alta U9,
analizamos todas las variables que el usuario puede controlar. Mantuvimos
constantes todos los parámetros, y sólo hicimos variar uno de ellos para ver
los efectos de esa variable en el tiempo muerto. Los parámetros que podemos
manipular son:
- Alto del recorte de la imagen.
- Ancho del recorte de la imagen.
- Tiempo de exposición de la imagen.
- Binning.
- Modo de lectura del CCD.
Objetivos:
A- Conocer los Tiempos
Muertos del CCD Apogee Alta U9 y su relación con:
- Las
dimensiones de los recortes que se hagan a las imágenes.
- El tiempo de
exposición que se elija para cada imagen.
- El binning
que se decida utilizar.
- El modo de
lectura del CCD que se utilice: “Monochrome” o “Monochrome Pre Flash”.
B- Disponer de criterios ciertos a la hora de configurar el equipo en
proyectos de Fotometría diferencial.
Dimensiones de los
recortes que se hagan a las imágenes:
Resulta
lógico pensar que a menor área del recorte, menor será la cantidad de cuentas a
leer, por lo que también es de esperar un tiempo muerto más breve. Hicimos
recortes cuadrados de las imágenes con los siguientes tamaños: 1’x1’, 2’x2’, 3’x3’,
4’x4’, 5’x5’ y 6’x6’. En cada caso, realizamos una serie de 300 imágenes, todas
con tiempos de exposición de 2 segundos para cada imagen y con binning 4x4 -es
el binning que utilizamos habitualmente, porque con él se consigue una
resolución adecuada para el telescopio y las condiciones de cielo de Bosque
Alegre-. Elegimos el modo de lectura en Monochrome Pre Flash. Restamos el
tiempo de la captura de la primera imagen al tiempo de la última (Nº 300) y lo
dividimos por 299. A
ese resultado le restamos el tiempo de exposición (2 segundos) para obtener así
el tiempo muerto. Como se muestra en la Figura 1, a mayor área del cuadrado, mayor es el
tiempo muerto.
Inmediatamente
surgió la idea de evaluar áreas rectangulares para analizar si el tiempo muerto
tiene una mayor dependencia de una dimensión sobre la otra. Obtuvimos los
tiempos muertos para dos rectángulos de igual área: 3’x6’ y 6’x3’ y los
comparamos con los tiempos muertos para los rectángulos de 3’x3’ y 6’x6’.
Encontramos que el tiempo muerto es sensiblemente mayor cuando el rectángulo
tiene mayor altura. También observamos que el tiempo muerto tiene una
dependencia prácticamente despreciable con el ancho del rectángulo, como se ve
en la Figura
2.
Probamos
relacionar los tiempos muertos con la altura del rectángulo sin considerar el
ancho del mismo, y encontramos una relación claramente lineal, como lo muestra la Figura 5.
Conclusión: Para obtener tiempos muertos pequeños, los recortes de
imágenes deben hacerse con la menor altura posible sin importar demasiado el
ancho del recorte. Esto llevará a elegir estrellas de referencia preferentemente
localizadas sobre una franja horizontal que contenga al objeto a medir.
Tiempo de exposición
que se elija para cada imagen:
Quisimos
ver si a mayor tiempo de exposición correspondía un mayor tiempo de lectura.
Obtuvimos los tiempos muertos para un cuadrado de 3’x3’ y otro de 6’x6’, pero
con tiempos de exposición diferentes a los utilizados a los 2 segundos
utilizados anteriormente. Mantuvimos el mismo modo de lectura: Monochrome Pre
Flash y el mismo binning: 4x4. Encontramos que, para iguales áreas, los tiempos
muertos son muy parecidos a los que se obtienen con tiempos de exposición
diferentes. Se lo puede ver en la
Figura 3.
Conclusión: Los tiempos muertos son independientes de los tiempos de
exposición de las imágenes.
Binning a utilizar durante
las capturas:
Resulta
lógico pensar que a mayor binning, el tiempo de lectura resulte menor. Para
verificar esta relación, medimos los tiempos muertos haciendo variar sólo el
binning. El área utilizada fue de 3’x3’ con el modo de lectura Monochrome Pre
Flash. En la figura 4 se confirma lo que presumíamos y una clara correlación
entre el tiempo muerto y el binning.
Conclusión: Los tiempos muertos disminuyen cuando se aumenta el
binning. La variación del tiempo muerto es sensible cuando se varía a binings
bajos, y es imperceptible cuando se varía a binings altos.
Modo de lectura del
CCD que se elija:
El
modo de lectura Monochrome Pre Flash se usa para obtener mejor calidad de
imágenes, ya que logra mayor cantidad de grises, ideal para hacer darks. El
modo Monochrome tiene menor escala de grises, ideal para focalizar y obtener
flats de cielo. Es de esperar que al modo Monochrome le corresponda menor
tiempo muerto que a modo Monochrome Pre Flash. Para verificar esta relación,
medimos los tiempos muertos para recortes cuadrados de las imágenes con los
siguientes tamaños: 1’x1’, 2’x2’, 3’x3’, 4’x4’, 5’x5’ y 6’x6’, todas en modo Monochrome,
con tiempos de exposición de 2 segundos y binning 4x4. Esto nos permitió
comparar los tiempos obtenidos anteriormente para las mismas configuraciones,
pero con el modo de lectura Monochrome Pre Flash. Las Figuras 5 y 6 muestran
esos resultados. Los tiempos muertos con el modo Monochrome son menores a los
obtenidos en modo Monochrome Pre Flash, sólo alcanzan entre el 47% y el 49% de
éste último.
Conclusión: Los tiempos muertos que se otienen con el modo de lectura
"Monochrome" son casi el 50% menor que el tiempo muerto del modo
"Monochrome Pre Flash".
Tiempos de exposición
para eventos breves:
Los
tiempos de exposición aconsejables para eventos breves, son aquellos a los que
les corresponde tiempos muertos de un 20% del tiempo de exposición elegido. La Figuras 7 y 8 muestran los
tiempos teóricos de exposición para los dos modos de lectura del CCD, para
distintas alturas de los rectángulos de recorte y aplicables a la configuración
actual del gran reflector de la
EABA. Estos tiempos tienen en cuenta sólo el funcionamiento
del CCD y no consideran las características del telescopio, ni las del objeto,
ni las condiciones del cielo.
Síntesis:
El
tiempo muerto depende linealmente de la altura del rectángulo de recorte de la
imagen, es independiente del ancho del recorte y del tiempo de exposición
escogido. Como el binning que se utiliza en Bosque Alegre -con el telescopio de
1540 mm
de diámetro- es de 4x4, no se logra gran beneficio aumentando el binning para
obtener menores tiempos muertos. En el caso de eventos que -por la brevedad de
su duración- requieran cortos tiempos muertos, deberá seleccionarse la opción Monochrome
para la configuración del modo de lectura del CCD.
Pablo Guzzo Carlos Colazo