Resolución por pixel en astrofoto CCD CMOS: guía técnica y calculadora. Muestreo óptimo, seeing atmosférico, binning, dithering, drizzle - conceptos clave para planetaria, cp, astrometría y fotometría: sobremuestreo, submuestreo, lucky imaging, deconvolución, calibración, FWHM, videoastronomía. INCLUYE: Tablas según seeing, fórmulas muestreo, técnicas específicas por tipo imagen. Optimiza tu astrofotografía y equipo, evita errores configuración y maximiza calidad capturas según seeing y focal telescopio.

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Edit. Téc.:    Añado Tabla

Tabla sobre el Seeing y calidad del cielo (referida a imagen y exposición de Cielo Profundo)

Seeing (″)	adjetivo "informal"	idealmente Resol. máx. Cielo Profundo  (″/píxel)	Lugares/Observatorios con seeing mínimo
< 0.6	EXTRAORDINARIO	0.17 - 0.30	Observatorios de Canarias (0.5″ - 0.7″), Observatorios de Canarias (0.5″ - 0.7″), Mauna Kea (0.4″), Dome C en la Antártida (0.27″)
0.6 - 1.0	EXCELENTE	0.20 - 0.50	Calar Alto (0.8″ - 1.0″), Observatorio de Sierra Nevada (0.63″ - 0.72″)
1.0 - 1.5	MUY BUENO	0.33 - 0.75	lo mejor a lo que podemos aspirar los 'aficionados' muy pocos días al año
1.5 - 2.0	BUENO	0.50 - 1.0	Observatorios en zonas altas sin problemas de turbulencia (1.5″ - 2.0″)
2.0 - 2.5	"HABITUAL"	0.67 - 1.3	Observatorios en altitud media (2.0″ - 2.5″)
2.5 - 3.0	MEDIO	0.83 - 1.5	Habitual en población o Zonas con turbulencia moderada (2.5″ - 3.0″)
3.0 - 4.0	MEDIOCRE	1.0 - 2.0	Zonas urbanas y calientes o con alta turbulencia (3.0″ - 4.0″)
4.0 - 6.0	MALO	1.3 - 3.0	Edificación, suelo o estructura 'devolviendo' calor diurna acumulada, telescopio no aclimatado, baja altura º, turbulencia severa (4.0″ - 5.0″)
> 6.0	PÉSIMO	2.0 - 4.5	Zonas con corriente de aire corriente y problemas de diferencial térmico, muy baja altura º, o un día de inestabilidad atmosférica aunque esté despejado (>5.0″)
>=10.0	– el Horror – o "Cierra esa Ventana!"	---	Condiciones extremadamente adversas, no aptas para observación, (>10.0″)

enlaza con Aumentos del Telescopio: Máximo, Mínimo, Óptimo x Objeto y OTA

anexos

índice de contenidos del topic:

Calculadora Telescopio-Cámara: Optimiza Resolución/Pixel x muestreo objeto
Muestreo ideal, Sobremuestreo (oversampling), y Submuestreo (undersampling).

otros Temas relacionados de interés

Explicado: Cálculo resolución arcseg/pix chip, focal, difracción, seeing, Objeto
Requisitos (imperativos) de una cámara para Astrometría y Fotometría
atmósfera: transparencia, seeing, refracción, extinción reddening
5 preguntas/respuestas para entender el Seeing en Astronomía

- - -

[Ejemplos de setups reales en la red:]

Guía para elegir: Calcular tamaño de pixel (micras) de la cámara, según tubo óptico y resolución Buscada
[iurl=#muestreo]clic]Guía para elegir: Calcular tamaño de pixel (micras) de la cámara, según tubo óptico y resolución Buscada
clic

pero Atención! la Resolución Óptima (arcoseg./pixel):

DEPENDERÁ del tipo de objeto y/o trabajo astronómico a realizar

Astrofotografía de Cielo Profundo

La resolución de nuestro equipo (segundos de arco por píxel) debe situarse entre la mitad y un tercio del valor de “seeing” típico de la noche (Atención: aquí también entra la calidad de seguimiento).
Muestreo recomendado: ~2″/pixel, valor empírico ajustable según el seeing, óptica adaptativa y seguimiento.  
La FWHM (ancho a mitad de máxima intensidad, indicador de la calidad del enfoque y estabilidad atmosférica) puede oscilar entre 4″ y 2.5″.  
Lucky imaging: Técnica que consiste en capturar múltiples exposiciones cortas, seleccionar las mejores y apilarlas para reducir el efecto del seeing.

Astrometría de cuerpos menores

Para obtener precisión científica es fundamental calibrar y corregir distorsiones ópticas mediante técnicas de calibración y corrección geométrica.  
Se recomienda un muestreo de ~1,5″/pixel, pudiendo alcanzar 1″/pixel en condiciones excepcionales, lo que es crucial para medir con exactitud la posición de asteroides o cometas.

Fotometría de estrellas variables

La fotometría diferencial y la aplicación de calibraciones (bias, dark, flat) son esenciales para minimizar la contaminación lumínica.  
En ciertos casos, un ligero desenfoque controlado (defocus) distribuye la luz sobre más píxeles, mejorando la precisión de la medición.

Imágenes Planetaria/Videoplanetaria

Objetivo: alcanzar un muestreo inferior a 0.5″/pixel.
Se utiliza el método Drizzle, que permite reconstruir una imagen superresolucionada a partir de datos submuestreados, junto a la relación 33/(diámetro del tubo en mm).
Esta relación, con 33 como constante empírica derivada de pruebas de apilado y procesamiento de frames, proporciona una referencia para estimar la resolución óptima en segundos de arco.
Se apilan cientos o miles de imágenes para maximizar la calidad final.

A diferencia de cielo profundo, donde la resolución queda limitada por el seeing promedio de toda la exposición, en Planetaria se aplica la técnica de Lucky Imaging: al grabar vídeos de miles de fotogramas muy cortos, la turbulencia queda "congelada" en cada instante individual, y un pequeño porcentaje de esos fotogramas (normalmente el 1-10% mejor, seleccionado por el software de stacking) se acerca al límite de difracción real del instrumento en lugar de quedar atado al seeing medio de la noche. Esto justifica el sobre-muestreo agresivo que se ve en la práctica, muy por debajo de la mitad del límite de Dawes.
ver Astrofotografía planetaria alta resolución: captura, procesado y equipo

*

Ejemplos de setups reales en la red:

Referencia de alta gama — Damian Peach (Sky & Telescope, ago. 2020; entrevista ZWO): SCT Celestron C14 EdgeHD (356mm, f/11, focal nativa 3910mm), cámara de vídeo de alta velocidad (históricamente FLIR/Point Grey Grasshopper3; sus primeras cámaras ASI fueron mono de 3,75µm). Con barlow x2 (ilustrativo) → focal efectiva 7820mm → muestreo ≈ 0,10″/píxel (límite de Dawes del C14: ≈0,33″ — sobre-muestreo deliberado)

Referencia de entrada — foro de la British Astronomical Association (britastro.org): Maksutov-Cassegrain 127mm f/11,8 (focal nativa 1500mm), cámara de 2,9µm de píxel, prácticamente sin barlow según el propio autor del hilo → muestreo nativo ≈ 0,40″/píxel (límite de Dawes: ≈0,91″ — confirma por qué "apenas hace falta barlow" con este tamaño de píxel)

Referencia de proceso — hilo de Cloudy Nights sobre planetaria con C11: SCT Celestron C11 (279mm, f/10, focal nativa 2800mm) + corrector ADC + Barlow Televue x2,5 + cámara QHY5III178 (2,4µm de píxel), flujo de trabajo con FireCapture, AutoStakkert3 y Registax → focal efectiva 7000mm → muestreo ≈ 0,07″/píxel (límite de Dawes: ≈0,42″)

En los tres casos el patrón se repite: el muestreo real usado es varias veces más fino que el límite de Dawes del instrumento, coherente con la filosofía de Lucky Imaging descrita arriba.
ver Astrofotografía planetaria alta resolución: captura, procesado y equipo

la Recomendación en los "setup" para CIELO PROFUNDO (larga exposición con seguimiento):

Atención a la Limitación Impuesta por la Atmósfera * Calidad de seguimiento:
La mejor resolución teórica buscada estará limitada por el seeing de la noche convolucionada por la calidad de nuestro seguimiento. Nuestra selección de la resolución por combinación del equipo no puede mejorar nunca el seeing real multiplicado por el error medio de seguimiento.

el campo deseado del encuadre :
otro límite, aunque trivial, no siempre evidente entre tanto número, nos lo impondrá el tamaño total del chip, y el tamaño total aparente del objeto, o la parte que deseamos obtener. ( siempre queda el hacer mosaicos   )
.

el Muestreo ideal, el Sobremuestreo (oversampling), y el Submuestreo (undersampling).

el Binning en astrofotografía: casos CCD y CMOS explicados

Muestreo Ideal (sampling) :
-     Si la resolución de nuestro equipo está entre la mitad y un tercio del seeing medio.

Sobremuestreo (oversampling):
-     Si la resolución de nuestro equipo es más fina (menor número de segundos de arco) que la mitad o un tercio del seeing medio.
Solución: Binning.

Submuestreo (undersampling):
-     Si la resolución de nuestro equipo es más gruesa (mayor número de segundos de arco) que la mitad o un tercio del seeing medio.
Solución: Dithering y luego integrar con la técnica de “drizzle”.

Es preferible un ligero "SobreMuestreo" al "SubMuestreo", ya que éste dara estrellas tipo "cubito" (en el ejemplo anterior, 1 segundo de arco por pixel sería mas adecuado que 2 segundos de arco por pixel). Además, el "oversampling" puede ser útil a la hora de aplicar la "deconvolución de máxima entropía" al tratar las imagenes.



https://aipastroimaging.com/submuestreo-y-sobremuestreo/

de Donde salen Fórmulas y Criterios para Optimizar la Resolución de Telescopio/Cámara para Astrofotografía

1. Aproximación y Tres Criterios por difracción marcados por la apertura limitada → ¿Qué puede VER el telescopio?

El límite teórico de resolución angular está determinado por la difracción de la luz en la apertura del telescopio:

θ = 1.22 × (λ / D) × 206265

Donde:
• θ = resolución angular en segundos de arco
• λ = longitud de onda de la luz (en metros, típicamente 550 × 10⁻⁹ m para luz visible)
• D = diámetro del telescopio (en metros)
• 206265 = factor de conversión de radianes a segundos de arco

Fórmulas simplificadas por criterio (diámetro D en mm):

• 138 / D → criterio de Rayleigh — umbral teórico de "comodidad", se deriva directamente de la fórmula anterior con λ=550nm
• 116 / D → criterio de Dawes — empírico y más restrictivo; es la referencia que mejor suele ajustarse al comportamiento real de un telescopio bien colimado
• 108 / D → criterio de Sparrow — el límite físico "impasable": por debajo de él, la imagen en bruto ya no conserva ningún hueco entre los dos puntos que separar

Da igual la cámara que uses, éste es el poder de resolución del propio telescopio. Para planificar el muestreo (Nyquist, más abajo), la referencia habitual en la práctica es partir del criterio de Dawes (116/D).

Nota sobre el "120": en textos de divulgación es muy habitual ver también 120 / D como cifra redonda de referencia rápida — cae a medio camino entre Dawes y Rayleigh, fácil de recordar, y suficientemente aproximada para una explicación general. No corresponde a ningún criterio físico concreto, así que para cálculos reales conviene usar Rayleigh (138), Dawes (116) o Sparrow (108) según lo que se quiera estimar.

2. Criterio de Nyquist → ¿Puede tu CÁMARA capturar lo que ve el telescopio?

Para muestrear adecuadamente los detalles que el telescopio puede resolver, necesitas la escala de imagen correcta:

206,265 × (tamaño pixel en µm) ÷ (focal en mm) = arcoseg./pixel

Esta fórmula calcula cuántos segundos de arco abarca cada pixel de tu sensor. El criterio de Nyquist establece que necesitas **al menos 2 pixels** para capturar cada detalle que el telescopio puede resolver.

Regla práctica: Tu escala de imagen (arcoseg./pixel) debería ser aproximadamente la mitad de la resolución del telescopio para un muestreo óptimo.

otras Limitaciones prácticas, que limitan y empeoran el poder teórico de tu óptica:

• • Seeing atmosférico: La turbulencia atmosférica limita la resolución real alcanzable
• • Calidad óptica real o colimación, empañamiento...: Defectos en la óptica pueden degradar la resolución teórica
• • imprecisión de Seguimiento: Requiere guiado preciso de la montura para alcanzar el potencial teórico

Ejemplo completo:

Un telescopio de 60mm puede resolver ~2" (crit. Dawes). Para capturar esto adecuadamente (Nyquist), necesitarías pixels que abarquen ~1" cada uno. Distintos setups permiten diferentes trabajos en astrofotografía según su resolución. La resolución teórica solo se alcanza en condiciones ideales.

Ejemplos: concordancia entre setups diferentes:

Setup A: S/C 12" a f/6.6 = 2035mm focal + CCD ST9-E (pixel 20µm)
206,265 × 20 ÷ 2035 = 2.03 arcoseg./pixel

Setup B: S/C 10" a f/3.6 = 900mm focal + CCD ST7-ME (pixel 9µm)
206,265 × 9 ÷ 900 = 2.06 arcoseg./pixel

Ambas combinaciones proporcionan prácticamente la misma escala de imagen (~2 arcoseg./pixel) a pesar de usar telescopios y cámaras completamente diferentes. Esto demuestra cómo puedes compensar una focal menor con pixels más pequeños, o viceversa, para lograr el mismo resultado en términos de resolución angular por pixel.

Temas relacionados de interés y Referencias:

la Resolución en Astrofotografía: Adiós concepto "Aumentos"!
La resolución óptica, el contraste y la detección de detalle

Sistemas Angulares: Radianes, Grados, Rosa Vientos, Rumbos. Uso Astronómico

https://sideribus.com/blog/resolucion-telescopio-astrofotografia-amateur/

tipos de muestreo, desde AIP Astrophotography & Timelapse

Elección del instrumental adecuado.  por Ramón Naves

psf, fwhm, disco Airy, campana gauss, centroide; dist. poisson; deconvolución

5 preguntas/respuestas para entender el Seeing en Astronomía
atmósfera: transparencia, seeing, refracción, extinción reddening

Tengo un archivo adjunto en mi carpeta, que no sé de quién es, pero es interesante leer lo que dice.  
pdf DESMITIFICANDO resolución óptima, muestreo, submuestreo, sobremuestreo, dithering, drizzle y bin.pdf

 DESMITIFICANDO resolución óptima, muestreo, submuestreo, sobremuestreo, dithering, drizzle y bin.pdf (621.33 KB - descargado 340 veces.)

CAZACOMETAS creo que te calientas la cabeza de mas.
El Mak es un tubo inadecuado para cielo profundo con cualquier cámara, sin importar el tamaño del pixel. Simplemente tiene una relación focal muy larga lo cual lo hace lento en astrofoto, pero da igual. Tu prueba a usarlo para cielo profundo y a ver que pasa. Veras por que no es buena idea.
Sin embargo la relación focal del Mak es ideal para astrofoto planetaria y ya que tienes una cámara planetaria aprovecha el momento con Júpiter y métele caña. Es la ocasión ideal.
Por lo demás tienes un sobremuestreo enorme para el mak si pretendes usarla para cielo profundo, pero por otro lado tienes un 70/350 ideal para cielo profundo. Mejor usa el refractor para cielo profundo y el Mak para planetaria. No tienes ningún problema. Simplemente el Mak no es bueno en cielo profundo y ya está. No creo que te hayas equivocado en nada muy importante. Y desde luego yo no compraría hoy dia una cámara pensando en casar el tamaño del pixel con la focal. Hoy por hoy los mejores sensores de tamaño grande son el IMX533, IMX571 y el IMX455.
 Compra el que te puedas permitir en refrigerada y listo. Sobremuestreos y submuestreos se pueden tratar por software y no compraría una cámara con amp glow si lo puedo evitar.

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Gracias. La cámara la compré sobre todo para planetaria porque antes lo hacía con una réflex. Me quedo más tranquilo.


Muy interesante Sebtor. Gracias.


Estoy en duda entre tres modelos de SVBONY, de 102, 80 y 70. Serían para usarlos con dos cámaras distintas: una reflex de tamaño de pixel 4.3 y una planetaria de 2.9. Según la tabla que pongo con las focales de cada telescopio y sus focales con el reductor aplanador, cual elegiríais? A mi me llama el 102 pero por resolución creo que es el peor, al menos para la planetaria. La planetaria sería para cúmulos.
La primera fila de resoluciones se corresponde con la reflex y la última con la de la planetaria.

 Tabla resoluciones.JPG (43.06 KB, 757x252 - visto 232 veces.)

Un servidor se plantearía el escoger una focal concreta mas bien en cuestión al campo que queramos abarcar mas que al viejo tema de casar la resolución por pixel que se hacia a la vieja usanza. Hoy dia, con las técnicas de tramado, drizzle y las herramienta de deconvolución que hay disponibles para mi no tiene ya sentido.

Por tanto dependiendo de que tipo de objetos quieras captar con la reflex escogería la focal. Si vas mas hacia nebulosas de emisión de varios grados de tamaño mejor focales algo mas cortas mientras que si te gusta captar zonas mas pequeñas o galaxias medianas es mejor tirar por focales mayores. Dicho esto creo que cualquiera de las tres focales se adapta bastante bien a tu cámara y creo que tu montura -si es la HEQ5- tampoco tendría demasiados problemas con ninguno de ellos. Probablemente yo me quedaria con el de 102 pues con esa focal rondando los 500 con el reductor lo veo bien equilibrado.

No veo tanto el punto respecto a la cámara planetaria. ¿Por que quieres usarla en cúmulos si estos suelen ser de tamaños enormes, salpicados de estrellas y se ven mucho mejor si se captan como parte de su entorno? Yo la planetaria la dejaría para los planetas o, como mucho, para pequeñas nebulosas planetarias donde aún aportan algo pero no para los cúmulos. Y desde luego, no escogería una focal pensando en casarla con una cámara planetaria al estilo de lo que se hacia con las cámaras de cielo profundo.

Un saludo

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Gracis Monos.
Mi idea es que la imagen salga de la cámara lo mejor posible porque, aunque sé que tengo que procesar, me aburre bastante.
Ahora tiro a cielo profundo con un 70/350 y la reflex y los cúmulos me salen muy pequeños. Aunque se que la planetaria no está pensada para eso, cuando usaba la planetria con el mak127 para cúmulos, me salían las estrella muy grandes; por eso miraba el tema de la resolución. Se que con focales mucho menores y la planetaria no tendré problema. No lo dije pero me refería a cúmulos globulares.
Un saludo.

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No se exactamente que tamaño de sensor tiene tu DSLR, pero tanto si es APS-C como de formato completo lo que cuenta  en esta situación es el campo abarcado que ocupa el sensor. Por lo general se suele hablar del tema como tamaño de imagen pero se trata del campo abarcado por el sensor. Esto es lo que se suele denominar en argot como "factor de recorte".

Si el sensor es grande el objeto parece mucho mas pequeño pero podemos hacer un recorte -crop- para presentarlo con mas tamaño aparente. Si el sensor es diminuto como suele ser con las cámaras planetarias las estrellas se verán gordas casi con cualquier tamaño de pixel pues el factor de recorte sera necesariamente demasiado grande.

Tomar fotos de cúmulos con cámara planetaria y una focal de 1.500 mm dará un factor de recorte extremo y por tanto las estrellas se verán enormes incluso aunque el seeing fuera excelente y con casi cualquier tamaño de pixel. No obstante si capturas con la DSLR, haces tramado -dithering- y después apilas con drizzle X2 y recortas tendrás una imagen mucho mas decente incluso con una focal mas pequeña.

El que el procesado te aburra bastante puede ser un escollo. En esta afición la técnica de captura cuenta tanto como las de calibración y procesado por lo que implica emplear suficiente tiempo en aprender la teoria, métodos y herramientas de procesado. Esperar que una imagen esté casi "acabada" tras la captura puede llevarte a cierta frustración. Tenlo en cuenta.

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Gracias.
Tomo nota sobre todo de tu tercer párrafjo aunque lo miro todo.
Un saludo.

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