Como uno de los usos a los que quiero destinar la cámara es la fotometría,
resulta imprescindible comprobar el rango dentro del que la cámara
presenta una respuesta lineal. Un comportamiento lineal quiere decir que si
una imagen de una estrella, con un tiempo de exposición t, presenta
un número de cuentas x; con un tiempo doble de exposición, es
decir 2t, se obtendrán el doble de cuentas, es decir 2x.
Como la fotometría se suele hacer comparando el brillo de dos o más
objetos, es necesario saber si esa comparación se realiza dentro del
rango lineal de la cámara. De lo contrario los resultados serían
erróneos. Por ejemplo, las cámaras con antiblooming sólo
son lineales en un limitado rango de cuentas. Precisamente lo que se busca
con esos modelos es impedir la saturación de las estrellas brillantes
en una toma, con fines exclusivamente estéticos. Esto no quiere decir
que no se pueda hacer fotometría con una cámara con antiblooming:
si sabemos el rango en el que la cámara se comporta de forma lineal
no habrá problemas. Eso sí, será más limitado
que el que correspondería al mismo modelo pero sin antiblooming.
Procedimiento
Hice cinco tomas por cada tiempo de exposición.
Las imágenes se realizaron poniendo la CCD sobre el telescopio, en
su configuración normal, y colocando un trapo blanco sobre el objetivo
del telescopio. La fuente de luz correspondió a la emitida por un flexo
apuntado al suelo con una bombilla convencional de 60W tintada en blanco.
Es posible que el uso de este tipo de luz genere alguna desviación
de la situación en la que la cámara funcione normalmente, es
decir, tomando imágenes de estrellas de colores diferentes. Consultando
diferente bibliografía se observa que la fuente de luz empleada por
varios observadores es muy variable, desde luz diurna hasta el uso de varios
LED o estrellas en una noche despejada. En la figura 1 se muestra una representación
de la eficiencia cuántica de la cámara a diferentes longitudes
de onda.
Figura 1. Eficiencia cuántica de la cámara a diferentes longitudes de onda (fuente: SBIG)
La cámara se ajustó a una temperatura de -10ºC y las tomas se realizaron en formato completo (binning 1x1).
Resultados
En el cuadro 2 se muestran
los resultados correspondientes a cada tiempo de exposición. Para cada
tiempo de exposición se obtuvieron cinco valores, por lo que se muestra
el valor medio. En la figura 2 se representan los datos medios obtenidos,
los intervalos de confianza del 95%, así como la recta ajustada a los
valores medios descartando los tres últimos puntos que están
claramente fuera de la linealidad. Como la cámara es de 16 bits, cualquier
valor de cuentas superior a 65536 no tiene sentido físico. Los valores
del número de cuentas no se corrigieron con la toma oscura (dark).
Cuadro 2. Desviaciones de la linealidad
Figura 2. Número de cuentas frente a tiempo de exposición.
Figura 3. Relación entre las cuentas medias obtenidas y tiempo de exposición frente al tiempo
La tendencia horizontal (aproximadamente 600 cuentas/tiempo) de la figura
3 corresponde a la pendiente de la recta ajustada mostrada en la figura 2.
En la figura 3 se aprecia con mayor claridad el desvío de la linealidad
con diferentes tiempos de exposición. Hay un desvío inicial
con pocos segundos que no se aprecia en la figura 2 y, luego, a partir de
100 segundos, se aprecia un desvío progresivo de la tendencia lineal.
En el cuadro 2 se muestran los resultados de las cuentas que se obtendrían
del ajuste de los datos experimentales a una recta, la diferencia en cuentas
y el porcentaje que la anterior diferencia representa. Se aprecia que en el
rango lineal, salvo los tres primeros puntos, el porcentaje es inferior al
2%.
Conclusiones
El ajuste muestra un comportamiento lineal hasta unas 55000 cuentas. Los datos correspondientes a los tiempos de exposición de 1, 2 y 3 segundos aparecen como discrepantes. Me inclino a pensar que se debe al comportamiento del obturador de la cámara más que a un comportamiento no lineal de la CCD.
Bibliografía consultada
Castellano J. (2003): “Cámaras
CCD de aficionado, ¿respuesta lineal?” en Tribuna de astronomía,
número 52, octubre.
Existe versión en Internet aquí: http://astrosurf.com/cometas-obs/_Articulos/analisis_st7/analisis_st7.htm
Berry R. y J. Burnell (2005):
The Handbook of Astronomical Image Processing. Willmann-Bell
Coloma J.: “Ensayo básico de la cámara CCD Starlight MX516
del observatorio de San Gervasi”, en http://www.rosfa.com/OSG/ensayoCCD.htm