導星演算法

導星原理
導星演算法參數

導星原理

大多數用戶都可以使用 PHD2 預設的導星演算法正常地進行導星工作, 除非你已經對導星有相當的經驗而且了解基本原理, 否則最好不要輕易更改導星演算法內容, 在某些特殊的情況下必須要更改或你想要試驗一下不同的導星演算法時, PHD2 進階設定交談畫面可以讓你修改導星演算法相關的參數, 每種導星演算法都有各自的參數來檢視、計算導星星體位置的偏移, 然後轉換成導星命令傳給赤道儀來將導星星體回復到原來的位置上。

在開始討論這些參數細節前, 大略地瞭解相關導星理論以及這些演算法工作原理有其必要, 撇開完全是另一回事的 AO 相關的設定外, 傳統的導星需要面臨很多的挑戰, 眼前的問題是,如何將轉動重達數十甚至於數百磅的設備而其精密度不會導致星點拉線或者變成橢圓, 這種類型的追蹤是為了克服緩慢而穩定的追蹤誤差而不是來解決快速且隨機的變動, 緩慢而且穩定 (可以被修正的) 錯誤的來自於:
還有哪些不在上面而會引起追蹤誤差的因素, 而不能以傳統導星方式來修正的呢? 非常不幸地, 有一大串呢:
各種導星演算法的共通點是需要某種方法對緩慢且穩定變化的偏移做出反應(修正), 但忽略掉其他不是這種性質的誤差, 由於星點位移來自各種不同的原因, 因此做這樣的修正困難度還蠻高的, 除此之外, 世界上沒有完美的赤道儀存在, 一切都不會如你所想像的那般完美; 一般而言, 任何導星演算法最重要的是不能做出過度修正而導致赤道儀來來回回地移動 (震盪) 而無法穩定下來, 傳統上這些演算法都會引用 '惰性 (inertia)' 或 '阻抗 (impedance)' 的方法來做導星修正, 也就是說沿用先前一段時間累積下來一致性的修正資料所產生的樣板來做修正而不對某一方向大量的變化或振幅做出回應, 由於有回差的問題, 所以對某個方向變化的阻抗 (resistance) 在赤緯上就顯得特別地重要, 我們冀望這樣的說明能讓你對於導星有個認識, 讓你對於 PHD2 導星參數有個基本的理解。

PHD2 中有許多不同的導星演算法可以套用到赤經和赤緯上, 大多數演算法會包含 最小移動量參 數. 這個參數是用以避免導星修正量太小, 這與星點形狀沒有任何關連, 大部份都是因為視寧度變化所引發的效應; 該數值以像素為單位來設定, 因此你得想像一下影像上的實際範圍到底有多大, 預設值適用於使用短至中焦段望遠鏡的場合, 如果你使用長焦望遠鏡來拍攝的話, 因為可欲想得到星點大小會增加, 因此就得增加這個數值。

導星演算法參數

滯後 (hysteresis) 演算法會保存最近一段時間所做導星修正的歷史資料, 滯後 (hysteresis)這 個以百分比來呈現的參數, 設定歷史修正資料相對於當前導星影像位移修正所佔的比重 (weight),  例如, 如果將滯後這個參數設定成 10%,  這時候, 下次導星修正量 90% 會參考目前影像中星點的移動量, 過去的歷史樣板就只會佔 10% 的份量, 增加滯後參數值會將修正平均掉而導致無法立即回應突然在某方向變化的風險, 滯後演算法還包含另一個也是以百分比來呈現的參數: aggressiveness , 這個參數是用來防止過度修正用的, 每次拍攝影像後, PHD2 會計算到底要往哪個方向轉動赤道儀多少量, aggressvness 參數會調整移轉動的大小, 譬如, 由影像計算所得結果必須要移動 0.5 個像素來修正誤差, 如果將 aggressivness 參數設成 100%, 這樣就發發出導星命令轉動赤道儀 0.5 個像素的距離, 如果將 aggressivness 參數設成 60% 的話, 就只會轉動所需修正量的 60% 而已 (也就是說只會移動 0.3 個像素的距離); 如果你發現赤道儀總是修正過量時, 緩緩地降低此參數值 (以每次 10% 的分量), 如果發現赤道儀總是沒有辦法跟得上星點的移動時, 可以稍微 (一點點就好) 增加該參數來改善。

阻抗交換 (ResistSwitch) 演算法就如同他的名稱所表示的一般, 與滯後演算法一樣, 這個演算法也會保留過去一段時間的導星修正歷史而且任何方向的改變都會強制計算近來讓它可以發起反轉導星命令, 這個演算法主要用在因為預期會有齒隙回差現象而需要做反轉的赤緯導星上頭, 因此阻抗交換演算法為預期會有反轉的赤緯軸而非赤經軸上的預設導星演算法, 在 2.4.1 版以後, 阻抗交換演算法新增了兩個參數以微調阻抗交換演算法的行為; 首先, 以百分比表示的 'aggression' 控制所計算得到的修正量有多少百分比要真正發出給赤道儀做修正, 降低該參數可以避免僅有輕微或沒有齒隙回差的赤道儀過度修正問題; 第二個參數為 '偏差大時啟用快速交換' 的勾選選項, 勾選後, PHD2 發現某個方向有較大變化時會立即回應做修正而不會如正常運作下等待新方向偏移三次後再發出修正命令, 這樣可以幫助因為風吹、纜線纏繞或其他機械性偏移引起赤緯上的大型偏移的修正, 大型偏差的定義為星點最小移動量的 3 倍, 如果你發現 PHD2 在赤緯軸上有過度修正的情況發生, 你可以藉由調整星點最小移動量或將  '偏差大時啟用快速切換' 關閉, 請切記, 赤緯軸上的導星修正是以'越輕微越好' 為指導原則, 不用讓這些參數調整過頭了。

低通 (LowPass) 演 算法一樣會採用過去一段時間的導星修正歷史資料來計算下次的修正量, 而修正的計算移動的開始點是最近歷史資料中的中間值,  這意謂著目前導星影像中的便宜量對於計算下次導星修正的影響會較小, 這個演算法對於快速的變動具有很強的阻抗性, 但歷史累積資料同時也涵蓋了確認是否往某個固定方向偏移或越來越差現象的計算在內,  以百分比表示的 斜率權重 參數決定該影響有多少比重會參與真正導星修正量的計算當中, 這樣可以避免該演算法反應過於遲緩, 由於低通演算法對於快速變化具有很強的阻抗性, 通常也會當做赤緯軸的導星演算法。

低通2 (LowPass2) 演算法是低通演算法的變種, 在運作行為上與低通演算法有些差異,  它一樣會採用過去一段時間的導星修正歷史資料來計算下次的修正量, 但下次修正僅僅是先前所發出命令 (如斜率的計算) 的線性延伸而已,  這樣持續到在方向上有明顯的變化發生為止, 在這個時候會將歷史資料清除; 該演算法有兩個可調參數: 星點最小移動量和修正強度, 星點最小移動量與在其他演算法上的作用相同, 修正強度 (百分比) 是更進一步抑制導星修正量的手段; 低通2 演算法是非常保守, 阻抗性很高的演算法, 如果在有良好視寧度而且使用較精密沒有齒隙回差問題的赤道儀時可以考慮使用該演算法。