venerdì 28 settembre 2007

Proprietà geometriche dei sensori: 2 - Aspect Ratio

I sensori utilizzati in campo astronomico sono generalmente di forma quadrata o rettangolare: l'immagine che riprodurranno sullo schermo del computer sarà conseguentemente di forma quadrata o rettangolare. In tal caso si parla di Image Aspect Ratio che sarà uguale a 1 nel caso di sensori quadrati, maggiore di 1 se il sensore è rettangolare con il lato orizzontale maggiore di quello verticale e minore di uno se viceversa il lato orizzontale è minore di quello verticale. La definizione precisa dell'Image Aspect Ratio è data dalla formula:

dove Ix è la lunghezza dell'asse orizzontale del sensore e Iy la lunghezza di quello verticale.
E' importante sottolineare che Ix e Iy sono le dimensioni fisiche del sensore e non il numero dei fotosensori per ogni asse perchè i fotosensori stessi, come vedremo più avanti, possono essere a loro volta rettangolari.

Come abbiamo detto in precedenza, i fotosensori che compongono la matrice del sensore possono a loro volta essere di forma quadrata o rettangolare. In tal caso si parla di Pixel Aspect Ratio e questo determina importanti conseguenze per la ricostruzione finale dell'immagine sullo schermo del PC. La definizione del Pixel Aspect Ratio è del tutto simile alla precedente:


dove Px è la lunghezza dell'asse orizzontale del fotoelemento e Py la lunghezza di quello verticale.

Esempio: la fotocamera Audine monta un sensore KAF-0401E della Kodak composto da 768 x 512 fotosensori quadrati da 9 micron di lato. Qual'è il suo Image Aspect Ratio e Pixel Aspect Ratio? Nel datasheet della casa costruttrice del CCD troviamo che le dimensioni fisiche dell'area fotosensibile sono di 6.91 mm in orizzontale per 4.6 mm in verticale quindi la Image Aspect Ratio sarà Iar = 1.5 . Si noti che molto spesso i costruttori riportano questo numero con un rapporto frazionale, ovvero, nel nostro esempio Iar = 3:2. I fotosensori sono quadrati, quindi la Pixel Aspect Ratio sarà Par = 1.

L'utilizzo di sensori con un Iar diverso da 1 non è raro anzi, è frequentemente utilizzato anche in astronomia e non comporta particolari conseguenze alla geometria finale dell'immagine. Diverso è il discorso per il Par: i sensori con un Par diverso da 1 ovvero con i fotosensori rettangolari sono, quando possibile, da evitare, soprattutto in campo astronomico. In primo luogo la rappresentazione a schermo (che generalmente è composto da elementi quadrati) di un'immagine ricavata da un sensore con elementi rettangolari ne determina sempre una distorsione geometrica. In secondo luogo ci sono parecchi dubbi sulla effettiva validità e precisione delle misure astrometriche eseguite su immagini generate con fotosensori rettangolari.

Immagine originale dell'ammasso del Tucano
eseguita con una camera Starlight Express MX-5 . (Courtesy J.Cutler - Australia)


La stessa immagine di sopra trasformata
per ripristinarne la corretta geometria

L'immagine qui sopra è stata ripresa con una camera CCD Starlight Xpress MX5-C che monta un sensore Sony ICX055BK. Questa particolare camera CCD a colori ha varie modalità di ripresa: in questo caso è stata utilizzata la modalità standard 500 x 290 con sensori di dimensioni 9.8 x 12.6 micron, quindi con un Par = 0.777778. Questo comporta che per ripristinare le corrette proporzioni dell'immagine occorre "deformarla" lungo l'asse verticale del 100 / 0.777778 = 128.6%.

Utilizzando software specializzati come Astroart è possibile ripristinare le corrette proporzioni semplicemente selezionando il modello di camera CCD nella finestra del comando Ridimensiona.

Il comando "Ridimensiona" di Astroart permette
una veloce correzione della proporzione delle
immagini in caso di fotoelementi rettangolari

Curiosità e approfondimenti

Non è un caso che molti sensori CCD o CMOS abbiano un Image Aspect Ratio pari a 3:2: deriva direttamente dal formato fotografico standard delle pellicole 35 mm che hanno un'area sensibile di 36 mm di larghezza per 24 mm di altezza cioè un Iar = 1.5. I sensori di derivazione televisiva invece hanno generalmente dei Iar pari a 4:3 e 16:9.

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