Il campionamento in astrofotografia

Il campionamento è uno dei valori fondamentali da tenere in considerazione quando si pratica astrofotografia. Rappresenta la risoluzione delle vostre immagini in una scala di secondo d’arco su pixel, in forma breve espresso con ” / px.

Come sempre per una spiegazione dettagliata e con esempi grafici vi rimando al video del mio canale YouTube.

Come si calcola il campionamento in astrofotografia?

La formula per calcolare il campionamento è:
(Dim. Pixel / Lunghezza Focale) x 206.265

Quindi com’è evidente la risoluzione delle nostre immagini dipende esclusivamente da due fattori: la dimensione dei pixel del nostro sensore, espressa in micron, e la lunghezza focale del nostro obiettivo o telescopio espressa in millimetri. Il rapporto tra questi due valori viene moltiplicato per una costante con valore 206.265.

Perché proprio quel valore? No non è un numero magico trovato per caso, in realtà 206.265 è la conversione di una unità di cielo in secondi d’arco, convertita in radianti e proiettata su un sensore con dimensione di pixel e lunghezza focale di 1mm.

Qual è il valore ideale di campionamento in astrofotografia?

Negli anni ’20 Harold Nyqvist mise a punto un teorema per la digitalizzazione del segnale analogico. Tale teorema suggeriva che il campionamento dovesse essere il doppio della frequenza del segnale analogico. In pratica vorrebbe dire che con un seeing medio tra i 2 e i 4 secondi d’arco, il campionamento ideale rientrerebbe nell’intervallo 1-2.

Tuttavia si è dibattuto molto riguardo a tale approccio perché i sensori moderni usano pixel quadrati e nelle nostre immagini vogliamo ottenere stelle rotonde. Usando il teorema di Nyqvist vorrebbe dire che con un seeing di 4″ e un campionamento di 2, molte delle stelle sarebbero rappresentate da un singolo pixel o da un blocco 2×2, rendendole di conseguenza quadrate.

Pertanto è meglio avere un campionamento che sia 1/3 del segnale digitale in maniera tale che le nostre stelle rimangano circolari.

Non conviene avere un campionamento che sia il più basso possibile?

No! Il campionamento deve rientrare nell’intervallo di cui abbiamo parlato poco fa, questo perché altrimenti si incorre in due problemi, opposti, ma (quasi) ugualmente dannosi: il sottocampionamento e il sovracampionamento.

Il sottocampionamento

Quando il valore di campionamento è superiore a quello consigliato, ad esempio un valore di 3 “/px quando il nostro range ideale sarebbe tra 1-2, si verifica quello che viene chiamato sottocampionamento. Vuol dire che stiamo buttando via il dettaglio più fine della nostra immagine, insomma sarebbe come scattare una foto con una camera da 24MP a 12MP.

C’è un piccolo vantaggio però, ed è che i nostri pixel prenderanno più luce essendo sovradimensionati rispetto alla risoluzione che il nostro cielo offre e quindi avremo un miglior SNR a parità di tempo di posa.

E’ una condizione che vogliamo evitare, perché alla fine di tutto il dettaglio è il 90% della nostra fotografia astronomica!

Il sovracampionamento

Al contrario quando invece il nostro valore di campionamento è inferiore all’intervallo ideale, si verifica il sovracampionamento. In sostanza stiamo cercando di raccogliere più dettagli di quanto il nostro cielo ci offra ed il problema più grande è che i pixel del nostro sensore raccolgono meno luce, offrendoci una immagine con un SNR inferiore rispetto a quello che avremmo con un campionamento ideale.

Quindi com’è evidente, non è una buona idea puntare ad avere un valore di campionamento che sia il più basso possibile!

Quali strumenti posso usare per calcolare il mio campionamento ideale?

Internet è un posto meraviglioso ed il tool per eccellenza che è stato poi copiato un po’ dappertutto (sigh!) è quello che trovate qui: CCD Suitability.

Inserendo pochi semplici valori vi mostrerà un grafico con il range di campionamento ideale in base al seeing che avete nella vostra zona. Uno strumento indispensabile come tutti quelli che trovate su astronomy.tools!

Cieli sereni!