Studi kedalaman bidang pada Astrofotografi melalui analisa pergeseran Paku Difraksi (Diffraction Spike) Bahtinov Mask.

ABSTRAK:

Konsep fokus tak hingga (infinity focus) dalam astrofotografi sering
mengabaikan keberadaan kedalaman bidang (depth of field/DOF) yang dibatasi oleh rentang fokus sistem optik. Penelitian ini bertujuan merumuskan DOF pada sistem astrofotografi menggunakan Bahtinov mask melalui analisis pergeseran atau deviasi paku difraksi (diffraction spike), serta mengkaji pengaruh parameter optik terhadap batas DOF tersebut. Eksperimen dilakukan menggunakan teleskop William Optics RedCat 51 (f=250 mm, f/4.9) dan kamera Canon EOS M untuk memotret bintang Shaula dan Alnilam, Nebula Orion, serta Jupiter. Deviasi paku difraksi diukur menggunakan perangkat lunak ImageJ, lalu dibandingkan dengan model teoretis persamaan lensa tipis. Batas DOF ditentukan melalui pendekatan lingkar keburaman (circle of confusion) berbasis kriteria Rayleigh (c=2,44λN) dan kriteria sensor (c=mδ). Hasil menunjukkan model teoretis memprediksi perubahan posisi fokus yang sangat kecil, berkisar bilangan dalam orde 10^(-15) mm. Namun, pengukuran praktis menunjukkan variasi deviasi yang lebih besar dari prediksi model. Evaluasi parameter optik menyatakan bahwa rasio fokus (N), panjang gelombang (λ), dan ukuran piksel sensor (δ) mengendalikan sensitivitas batas kedalaman bidang. Penelitian ini membuktikan bahwa DOF astrofotografi dapat dievaluasi melalui pergeseran paku difraksi sehingga memberikan alternatif pendekatan fisik yang lebih akurat daripada asumsi fokus tak hingga.

ABSTRACT:

The concept of infinity focus in astrophotography often overlooks the existence of depth of field (DOF), which is limited by the focal range of the optical system. This study aims to determine the DOF in an astrophotography system using a Bahtinov mask through an analysis of the shift or deviation of diffraction spikes, as well as to examine the influence of optical parameters on the limits of that DOF. Experiments were conducted using a William Optics RedCat 51 telescope (f=250 mm, f/4.9) and a Canon EOS M camera to photograph the stars Shaula and Alnilam, the Orion Nebula, and Jupiter. Diffraction spike deviations were measured using ImageJ software and then compared with a theoretical thin-lens equation model. The DOF limit was determined using a circle of confusion (CoC) approach based on the Rayleigh criterion (c=2,44λN) and the sensor criterion (c=mδ). The results show that the theoretical model predicts very small changes in focus position, on the order of 10^(-15) mm. However, practical measurements indicate greater variations in deviation than the model predicts. An evaluation of optical parameters indicates that the focal ratio (N), wavelength (λ), and sensor pixel size (δ) control the sensitivity of the depth of field limit. This study demonstrates that the depth of field (DOF) in astrophotography can be evaluated through the shift of the diffraction spike, thereby providing a more accurate physical approach than the assumption of infinite focus.

مستخلص البحث:

غَالِبًا مَا يُتَجَاهَلُ مَفْهُومُ التَّرْكِيزِ الْبُؤَرِيِّ اللَّانِهَائِيِّ (infinity focus) فِي التَّصْوِيرِ الْفَلَكِيِّ وُجُودُ عُمْقِ الْمَجَالِ (depth of field/DOF) الَّذِي يُحَدِّدُهُ نِطَاقُ التَّرْكِيزِ الْبُؤَرِيِّ لِلنِّظَامِ الْبَصَرِيِّ. تَهْدِفُ هَذِهِ الدِّرَاسَةُ إِلَى تَحْدِيدِ عُمْقِ الْمَجَالِ فِي نِظَامِ التَّصْوِيرِ الْفَلَكِيِّ بِاسْتِخْدَامِ قِنَاعِ بَاخْتِينُوف (Bahtinov mask) مِنْ خِلَالِ تَحْلِيلِ انْحِرَافِ مِسْمَارِ الْحُيُودِ (diffraction spike)، وَكَذَلِكَ دِرَاسَةِ تَأْثِيرِ الْمَعْلَمَاتِ الْبَصَرِيَّةِ عَلَى حُدُودِ عُمْقِ الْمَجَالِ هَذَا. أُجْرِيَتِ التَّجَارِبُ بِاسْتِخْدَامِ تِلِسْكُوبِ William Optics RedCat 51 (f=250 mm,f/4.9) وَكَامِيرَا Canon EOS M لِتَصْوِيرِ نَجْمَيْ شَاوُلَا وَالنِّيلَامِ، وَسَدِيمِ أُورِيُونَ، وَكَوْكَبِ الْمُشْتَرِي. تَمَّ قِيَاسُ انْحِرَافِ مِسْمَارِ الْحُيُودِ بِاسْتِخْدَامِ بَرْنَامَجِ ImageJ، ثُمَّ مُقَارَنَتُهُ بِالنَّمُوذَجِ النَّظَرِيِّ لِمُعَادَلَةِ الْعَدَسَةِ الرَّقِيقَةِ. تَمَّ تَحْدِيدُ حُدُودِ عُمْقِ الْمَجَالِ (DOF) مِنْ خِلَالِ نَهْجِ دَائِرَةِ التَّبَهُّمِ (circle of confusion) اسْتِنَادًا إِلَى مِعْيَارِ رَايْلِي (c=2,44λN) وَمِعْيَارِ الْمُسْتَشْعِرِ (c=mδ). أَظْهَرَتِ النَّتَائِجُ أَنَّ النَّمُوذَجَ النَّظَرِيَّ يَتَنَبَّأُ بِتَغَيُّرٍ ضَئِيلٍ جِدًّا فِي مَوْضِعِ الْبُؤْرَةِ، يَتَرَاوَحُ فِي حُدُودِ 10^(-15)مِلْم. وَمَعَ ذَلِكَ، أَظْهَرَتِ الْقِيَاسَاتُ الْعَمَلِيَّةُ تَبَايُنًا فِي الِانْحِرَافِ أَكْبَرَ مِنْ تَوَقُّعَاتِ النَّمُوذَجِ. أَ شَارَ تَقْيِيمُ الْمَعْلَمَاتِ الْبَصَرِيَّةِ إِلَى أَنَّ نِسْبَةَ الْبُؤْرَةِ (N)، وَطُولَ الْمَوْجَةِ (λ)، وَحَجْمَ بِكْسِلِ الْمُسْتَشْعِرِ (δ) تَتَحَكَّمُ فِي حَسَاسِيَّةِ حُدُودِ عُمْقِ الْمَجَالِ. تُثْبِتُ هَذِهِ الدِّرَاسَةُ أَنَّ عُمْقَ الْمَجَالِ فِي التَّصْوِيرِ الْفَلَكِيِّ يُمْكِنُ تَقْيِيمُهُ مِنْ خِلَالِ إِزَاحَةِ مِسْمَارِ الْحُيُودِ، مِمَّا يُوَفِّرُ نَهْجًا فِيزْيَائِيًّا بَدِيلًا أَكْثَرَ دِقَّةً مِنِ افْتِرَاضِ الْبُؤْرَةِ اللَّانِهَائِيَّةِ.