Verze 2.1 programu SIPS je první „malé“ vydání programu od uvedení SIPS v2.0, přidávající řadu nových funkcí. Následuje po dvou „servisních“ vydáních SIPS v2.0.1 a SIPS v2.0.2, jejichž hlavní účel bylo odstranění některých problémů, způsobených velmi výraznými změnami v návrhu SIPS v2, a které přidaly jen velmi málo nových vlastností.

Instalace

SIPS byl vždy k dispozici jako řada spustitelných souborů DLL knihoven, které bylo možno umístit (nakopírovat) do jakéhokoliv adresáře (včetně např. USB Flash Drive apod.). SIPS nevyžadoval instalaci, existenci nějakých klíčů v Registry apod. To přineslo na jedné straně značnou volnost, (např. je možné používat současně řadu verzí), ale tento přístup na druhé straně vyžaduje, aby všechny potřebné komponenty (knihovny) byly již na daném počítači nainstalovány. Počínaje verzí 2, SIPS je kompilován překladačem Microsoft Visual C++ 2008, takže k běhu potřebuje nainstalované knihovny tohoto vývojového systému. V řadě systémů (typicky Window 7) jsou tyto knihovny už přítomny a pokud ne (např. na starších Windows XP), je možné je zdarma stáhnout z webového serveru společnosti Microsoft a nainstalovat (přesné jméno je „Microsoft Visual C++ 2008 SP1 Redistributable Package (x86)“). Přesto řada uživatelů zůstala bezradná když pokus o spuštění programu SIPS skončil chybovou zprávou o chybějící knihovně.

Z tohoto důvodu jsme se rozhodli dodávat SIPS také v podobě instalovatelného balíčku. Instalační program zkontroluje, jestli jsou všechny potřebné knihovny v systému přítomny a pokud ne, nejprve je nainstaluje. Až poté je nainstalován vlastní program SIPS.

Původní distribuce složené jen ze spustitelných souborů a DLL knihoven je stále k dispozici na USB Flash Drive dodávaném spolu s kamerami a také je možné ji stáhnout z www serveru.

Nové vlastnosti

Některé nové vlastnosti se netýkají konkrétního nástroje nebo algoritmu, ale celého programu SIPS.

• SIPS akceptuje parametry příkazové řádky a interpretuje je jako jména FITS souborů. Tyto soubory jsou otevřeny v okamžiku spuštění programu. Nyní je možné ve Windows Explorer přiřadit FITS soubory k programu SIPS.exe. Spuštění FITS souboru (např. dvojklikem na jeho jméno ve Windows Explorer) spustí SIPS a nechá jej otevřít patřičný soubor nebo soubory.

  Poznámka:

  Pokud jméno souboru obsahuje mezery, musí být uvedeno v uvozovkách, např. "c:\My FITS Files\file.fits".

• Řada nástrojů byla vybavena schopností přehrávat zvuková upozornění (tyto možnosti upozornit přehráním zvuků jsou podrobně popsány dále). Protože je možné přehrát libovolný zvukový soubor (např. krátké WAV upozornění stejně jako celou MP3 skladbu), bylo přidáno tlačítko Mute do nástrojové lišty SIPS.

  

  Kliknutí na tlačítko zastaví přehrávání jakéhokoliv zvuku. Klávesa <Esc> také zastaví přehrávání.

Paralelní vykonávání kritických algoritmů

SIPS v2 přesunul všechny déle trvající úkoly (např. stažení snímku z kamery, ale také otevírání velkých souborů, kalibrace a transformace množin obrazů apod.) do prováděcích toků na pozadí, takže uživatelské rozhraní již není těmito úkoly blokováno a reaguje bezprostředně. Následné verze pak přidávaly paralelní vykonávání kritických algoritmů na více jádrových procesorech. To je zvláště důležité poté, co jednojádrové procesory zmizely z trhu a i ten nejlevnější a nejpomalejší PC dokáže zpracovávat nejméně dva procesy současně. Pokud je software schopen vykonávat vždy jen jediný úkol, polovina výpočetní kapacity zůstane nevyužita. Moderní procesory dokáží zpracovat čtyři, šest nebo i osm úkolů současně, takže správné rozdělení práce mezi více výpočetních jader urychlí zpracování až 8 krát (tato informace samozřejmě velmi brzy zastará, jakmile se v běžných procesorech objeví ještě více jader).

SIPS je navržen aby rozdělil časově náročné úkoly mezi všechna výpočetní jádra, která jsou k dispozici. Počet jader není nijak limitován. Pokud je např. PC vybaven dvěma procesory a každý je schopen vykonávat současně 8 procesů, SIPS rozdělí práci na 16 prováděcích toků aby využil všechen výkon, který moderní procesory nabízí.

Následující algoritmy jsou paralelizovány:

• Výpočet statistiky obrazů (střední hodnoty, extrémy, směrodatné odchylky apod.) a konverze 16 nebo 32 bitových FITS souborů do 8 bitových bitmap, které mohou být zobrazeny na obrazovce počítače. To urychluje otevírání souborů stejně jako zpracování obrazů stažených z kamery.

• Programový binning (zmenšování) a převzorkování (zvětšování).

• Hledání hvězd v obraze. Algoritmus hledání hvězd je vyvoláván v řadě případů — např. když je více obrazů sesazováno před sčítáním, při astrometrické redukci ale také při automatické pointaci, kdy se vyhledává nejjasnější hvězda nebo je sesazován celý vzor hvězd vůči referenčnímu snímku. Tento algoritmus je obecně náročný a jeho paralelizace přináší podstatné urychlení.

• Sub-pixelové posuny a obecná rotace, používaná při sčítání nebo problikávání série snímků.

• Kalibrace obrazu při odečítání temného snímku aplikaci flat-field. Poznamenejme, že tyto algoritmy v SIPS zachovávají saturované pixely, aby dovolily následným algoritmům detekovat, že dané pixely nemohou být použity k astrometrickým nebo fotometrickým měřením.

Jak je tedy SIPS rychlý na různých počítačích? Sestavili jsme test skládající se z hledání hvězd na FITS snímku velikosti 3072 × 3072 pixelů. Ve snímku je téměř 25 000 hvězd, detekovaných s přednastavenými limity (požadovaný poměr S/N apod.). Ačkoliv je tento test paralelizován (pracuje na všech jádrech), nejedná se o typickou „GPU-like“ úlohu, provádějící danou operaci nad každým pixelem v obraze (např. jako je Gaussian blur apod.). Hvězdy nejsou umístěny v pravidelných rozestupech, mají různé FWHM apod. Tento test také dobře prověřuje různé části CPU, jako je vyrovnávací paměť (FIST soubor má ~18 MB dat), většina výpočtů je prováděna v celých číslech, ale používají se i algoritmy v plovoucí desetinné čárce (např. výpočet směrodatné odchylky pixelů ve clonce apod.).

Výsledek je zřejmý — moderní čtyřjádrové procesory Intel Core i5 a i7 nabízejí nejvyšší výpočetní výkon při relativně velmi malé spotřebě energie. Nárůst výkonu Core i7 oproti i5, způsobený zpracováním dvou podprocesů na jenom jádře (technologie nazývaná HyperThreading), je asi jen 10%.

Nástroj CCD Kamera

Většina nových vlastností se týká nástroje CCD Kamera.

Záložka Expozice

SIPS v2.1 byl rozšířen o podporu „preflash“ kamer série Gx. Pokud daná kamera preflash podporuje, jsou povoleny nově přidané ovládací prvky Preflash [s] and Poč. mazání. Preflash je určen k potlačení jevu nazývaného Residual Bulk Image (RBI). Efekt RBI je podrobně popsán v jiných zdrojích, zde není prostor se jím detailně zabývat. Jednoduše řečeno, většina CCD zachovává zbytek náboje po expozici v substrátu čipu. Tento náboj jen zvolna mizí (čím je CCD chladnější, tím déle vymizení trvá). Výsledkem je, že hvězdný vzor, exponovaný po dlouhou dobu, může být viditelný také na temných snímcích pořizovaných bezprostředně po normálních snímcích. Zatímco stačí pouze počkat určitou dobu před expozicí temných snímků (a přizpůsobit pozorovací program tak, aby se temné snímky nepořizovaly bezprostředně po normálních nebo flat snímcích), RBI v některých CCD detektorech mizí tak pomalu, že problém musí být řešen jiným způsobem. Na místo čekání na „prázdný“ stav detektoru, CCD je saturován infračerveným světlem LED uvnitř komory CCD. To ponechá CCD v „plném“ stavu, čímž jsou sjednoceny podmínky před začátkem každé expozice bez ohledu na to, jaký typ snímku je pořizován.

To ale není bez nevýhod, CCD po preflash v „plném“ stavu má vyšší temný proud ve srovnání s „prázdným“ stavem. Pokud je hodnota Preflash [s] nulová, preflash se kompletně vypne. Pokud je nenulová, NIR LED jsou po danou dobu rozsvíceny před každým snímkem a saturují CCD. Poté je nutno CCD několikrát vyčistit před skutečnou expozicí. Druhý parametr Poč. mazání dovoluje definovat počet mazání provedených před každou expozicí. Optimální hodnoty závisí typu CCD, na jeho teplotě apod. Jako obecné pravidlo preflash po dobu několik sekund stačí na kompletní saturaci detektoru a několikanásobné mazání stačí na uvedení CCD do stavu, kdy je schopen expozice. Ale každý uživatel může experimentovat s těmito parametry nebo preflash vůbec nepoužívat v závislosti na pozorovacím programu.

Byla přidána nová volba Stáhnout i po přerušení. Zatímco volba Uložit i po přerušení byla zařazena už do předešlých verzí, obraz byl po přerušení expozice vždy stažen do počítače. Nová volba dovoluje uživateli zvolit jestli má být přerušený snímek okamžitě zahozen nebo alespoň stažen do PC, i když nebude ukládán.

Poslední nová funkce je možnost definovat zvuk, který bude přehrán po skončení expozice a stažení obrazu do PC. Zvukový soubor může být libovolného typu (WAV, WMA nebo MP3). Zvukové soubory jsou definovány samostatně pro každý typ expozice (light, dark, atd.).

Záložka Série

Série expozic byly také doplněny o možnost přehrát zvuk po ukončení celé série. Stačí zaškrtnout volbu Zvuk na konci série a zadat soubor se zvukem.

Záložka Rámec

Byla výrazně urychlena možnost definice binningu. Především je mnohem snadnější nastavit základní binning 1 × 1 kliknutím na tlačítko, např. po nastavení požadovaného zorného pole, což je operace často prováděná v maximálním binningu aby se urychlilo stahování snímků.

Také nově přidaný ovládací prvek XY-binning nastavuje binning současně v obou osách. Současné nastavení je ale limitováno jen do hodnoty binningu menšího maximálního binningu ve vodorovném a svislém směru. Pokud např. kamera nabízí vodorovný binning v rozsahu 1..4 a svislý binning v rozsahu 1..16, společný binning může být nastavován pouze v rozsahu 1..4.

Záložka Ostření

Záložka Ostření prodělala nejrozsáhlejší změny. Podrámec používaný pro ostření není nadále omezen na velikost 192 × 192 bodů. Obrazový panel Oblast ostření zobrazuje rolovací lišty, pokud je podrámec čtený z kamery větší (případně může být vyčítán celý obraz). Nicméně panel Profil nejjasnějšího pixelu zobrazuje historii profilů pouze z viditelné části vyčítaných obrazů.

Výška panelu Profil nejjasnějšího pixelu byla zmenšena na polovinu, aby se vytvořilo místo pro nový panel Historie nejjasnějšího pixelu. Tento panel ukazuje velikosti nejjasnějšího pixelu u předchozích expozic, což dovoluje volbu optimální pozice zaostření.

Nejdůležitější rozšíření je schopnost automaticky zaostřit obraz hvězd. Automatické ostření je založeno na předpokladu, že nejlépe zaostřený obraz hvězd vytvoří v centru nejvyšší hodnoty pixelů. Takže úkol ostřicí procedury je nalézt pozici okulárového výtahu, ve které nejjasnější hvězda zobrazená v panelu Oblast ostření dosáhne nejvyšší hodnoty pixelů. Automatické ostření je prováděno ve třech krocích:

1. SIPS se pokusí najít „sklon“ maximální hodnoty pixelu na následujících snímcích pořízených v rozdílných polohách okulárového výtahu. To poskytne informaci o směru pohybu, v němž se obraz hvězdy zlepšuje.

   Upozornění:

   Automatické ostření musí začínat z pozice okulárového výtahu, ve které je ještě zřetelný obraz hvězd s dostatečným poměrem S/N. To znamená, že nejjasnější pixel v obrazu hvězdy musí být spolehlivě nad úrovní šumu pozadí. Aktuálně používaný algoritmus není navrhován pro zaostření kompletně rozostřeného obrazu, na němž není patrné nic kromě šumu.

2. Program poté provede řadu expozic s různou pozicí okulárového výtahu do doby než je v historii maximální hodnoty pixelu zřetelně rozlišitelné maximum. SIPS zkouší historií proložit kvadratickou funkci y = a.x² + b.x + c a pokud maximum této funkce leží v prostřední třetině rozsahu pozic okulárového výtahu, ve které byly prováděny expozice, pozice optimálního zaostření je nalezena právě v tomto maximu.

   Tip:

   Oba kroky 1 a 2 posouvaní mezi expozicemi okulárový výtah o zadaný počet kroků (parametr Kroků ostření na posun). Malá hodnota tohoto parametru nevede automaticky k lepšímu zaostření. Každý posun by měl být relativně velký, aby způsobil podstatné změny v obraze. Hodnota nejjasnějšího pixelu je ovlivněna seeingem, nepravidelnostmi pohybu montáže, pozicí hvězdy vzhledem k jednotlivým pixelům snímače apod. Tyto nepravidelnosti ovlivňují hodnotu maximálního pixelu mnohem více kolem optimálního zaostření než pokud je obraz rozostřen. Je žádoucí, aby rozsah jednotlivých vzorkovaných hodnot byl velký, od zjevně rozostřeného obrazu po správně zaostřený.

3. Okulárový výtah je nakonec přesunut do bodu maximální hodnoty proložené kvadratické funkce. Poznamenejme, že zatímco posun okulárového výtahu mezi jednotlivými expozicemi je definován parametrem Kroků ostření na posun, pozice nejlepšího zaostření je vždy vypočítána s maximální přesností, kterou dané motorizované ostření poskytuje.

Záložka Nastavení pointace

Záložka Nastavení pointace byla přepracována aby využila mírně vetší velikosti celého okna nástroje CCD Kamera. Povelová tlačítka v podobě malých ikon, použitá u předešlých verzí vzhledem k omezenému prostoru v okně, byla nahrazena standardními povelovým tlačítky s textem.

Přibyly nové parametry Min. puls [s], doplňující již existující Max. puls [s]. Tyto parametry dovolují definici minimální délky pulsu použitého ke korekci montáže. Pokud detekovaný rozdíl v poloze vede na korekční puls pod tímto limitem, korekční akce je kompletně přeskočena a odstartuje se nová expozice pointační kamery.

Důležitá nová funkce je schopnost přehrát zvuk v případě selhání pointace. Je možné definovat počet následných selhání pointace aby nebylo varování spuštěno předčasně, např. při selhání jen několika pointačních expozic.

Nástroj GPS

Z nástroje GPS zmizela možnost nakopírovat přečtenou polohu do nástroje Nová FITS Hlavička. Ve skutečnosti je stále možné používat souřadnice z GPS v hlavičkách nových FITS souborů, pouze byl přehozen směr této akce. Na místo aby GPS nástroj zapisoval souřadnice do jiných nástrojů, nyní tyto jiné nástroje mají možnost přečíst souřadnice z GPS. Tato změna byla motivována rostoucím počtem nástrojů, které souřadnice potřebují (např. ovládání dalekohledu), takže tato zodpovědnost byla přenesena do těchto nástrojů.

Nástroj Hlavičky nových FITS souborů

Nové povelové tlačítko Přečíst pozici z GPS načte souřadnice z GPS a naplní jimi hodnoty hlaviček LONG-OBS, LAT-OBS a ELEV-OBS. Tato funkce je samozřejmě povolena jen pokud je nainstalován ovladač patřičné GPS a přijímač je zapojen a poskytuje data.

Nástroj Řízení dalekohledu

Nástroj Řízení dalekohledu podstatně zredukoval množství informací čtené z řídicích jednotek dalekohledů. Předešlé verze programu SIPS vyčítaly z řídicí jednotky mimo rovníkových souřadnic (R.A. a Dec.) také azimut, výšku a čas. Ale procesory v řídicích jednotkách dalekohledů jsou často relativně pomalé a výpočty azimutu a výšky mohou spotřebovat značnou část jejich výpočetního výkonu. Na druhé straně výpočetní výkon procesorů moderních PC je úžasný a výpočet azimutu a výšky každých několik sekund spotřebuje prakticky neměřitelně málo času procesoru. Proto SIPS převzal tyto výpočty a provádí je v PC.

Čas použitý k převody R.A./Dec. na azimut a výšku je systémový čas operačního systému. Pokud je tento čas synchronizován s GPS, je velice přesný.

Další nezbytná informace potřebná k přepočtu R.A./Dec. na azimut a výšku jsou zeměpisné souřadnice dalekohledu. Nástroj řízení dalekohledu nově obsahuje editační řádky Délka a Šířka, dovolující uživateli definovat souřadnice. Přítomno je také tlačítko Přečíst pozici z GPS. Tato funkce je samozřejmě povolena jen pokud je nainstalován ovladač patřičné GPS a přijímač je zapojen a poskytuje data.

Další novou funkcí nástroje řízení dalekohledu je schopnost přehrát zvuk na základě dvou podmínek. První podmínka se vztahuje k azimutu, druhá k výšce. Je možná přehrát varování pokud daná souřadnice dalekohledu je menší nebo je větší než zadaná mezní hodnota. Tato varování mohou být použita např. k proložení německé rovníkové montáže po průchodu meridiánem nebo k ukončení pozorování pokud sledovaný objekt klesne pod danou výšku nad obzorem apod.

Poslední nová vlastnost nástroje řízení dalekohledu je funkce jednoduchého katalogu. V rámci SIPS v2.1 je dodáván nový soubor nazvaný 'catalog.ini'. Je to jednoduchý textový soubor, takže každý uživatel jej může libovolně editovat, případně vytvářet vlastní varianty tohoto souboru. SIPS vždy čte soubor pojmenovaný 'catalog.ini', pokud jsou provedeny jakékoliv změny nebo má být použit jiný soubor, je vždy nezbytné aby se jmenoval 'catalog.ini' a byl umístěn v adresáři, kde je umístěn celý SIPS (z něhož je spouštěn soubor 'sips.exe').

Funkce katalogu je jednoduchá. Pokaždé když je vybrána nějaká položka nějakého katalogu, souřadnice ze záznamu jsou nakopírovány do editačních řádků Nová R.A. and Nová Dec. Poté je možné na souřadnice najet (GOTO) nebo synchronizovat polohu dalekohledu.

Struktura souboru 'catalog.ini' je následující. Jednotlivé sekce jsou požity jako jednotlivé katalogy, zobrazené v prvním výběrovém seznamu. Jména sekcí jsou v souboru uváděna v hranatých závorkách. Následující řádky reprezentují jednotlivé záznamy v každém katalogu a jsou zobrazeny ve druhém výběrovém seznamu.

[M]
1 5 34 30 22 01 0 Tau 8.4m Pl (Crab Nb)
2 21 33 30 -00 49 0 Aqr 6.5m Gb
3 13 42 12 28 23 0 CVn 6.4m Gb

[NGC]
1 0 7 18 27 43 0 Peg Gx 12.9m
6 0 9 30 33 19 0 And Gx 13m
14 0 8 48 15 49 0 Peg Gx 12.1m

Tento příklad definuje dva katalogy pojmenované M a NGC se třemi záznamy v každém katalogu. Každý záznam je tvořen následujícími položkami oddělenými mezerami:

• Jméno položky, zobrazené ve druhém výběrovém seznamu. Shodou okolností jsou položky Messierova i NGC katalogů pojmenovány pořadovými čísly, ale první položka nemusí být jen číslo. Jen je potřeba si uvědomit, že položky jsou odděleny mezerami, takže jméno nesmí mezery obsahovat. Pokud například zavedeme nový katalog [GCVS] a požadované jméno položky bude „MR Aur“, je nezbytné použít např. identifikátor MR_Aur nebo podobný zápis bez mezer.

• Další tři položky jsou hodiny, minuty a sekundy R.A. souřadnice. Poslední číslo (sekundy) může obsahovat desetinnou tečku.

• Následující tři položky jsou stupně, minuty a sekundy Dec. souřadnice. Poslední číslo (sekundy) opět může obsahovat desetinnou tečku.

• Zbytek řádku je považován za poznámku, která je zobrazována pod výběrovými seznamy katalogu. Mezery již neoddělují položky a jsou zobrazeny v rámci poznámky.

Nástroj Ostření

Okno nástroje řízení ostření nově zobrazuje stav ostření (Stojí/Pohybuje se). Také pokud řídicí jednotka ostření dokáže měřit teplotu, bude tato teplota v okně řízení ostření zobrazena.

Nástroj Řízení kopule

Řízení kopule v SIPS bylo také mírně pozměněno. Pokud elektronika řízení kopule poskytuje informace o teplotě a oblačné pokrývce, je tato informace v nástroji řízení kopule zobrazena. Další možnosti, jako např. zvuková upozornění při překročení mezní hodnoty oblačné pokrývky, budou implementovány v následujících verzích.

Opravy chyb

Následujíc problém byly opraveny:

• Ovladač sériové linky (COM port), použitý ke komunikaci s řadou jednotek (dalekohledy, GPS, ...), byl rozšířen aby správně pracoval s některými převodníky USB/RS-232C, specificky v prostředí 64-bitových systémů Windows.

• Ovladač sériové linky vkládá prefix '\\.\' před jméno COM portu, pokud není možné zadaný port otevřít. Opět tato funkce je implementována, aby ovladač pracoval spolehlivěji s ovladači různých USB/RS-232C převodníků, které správně nepracují se jmény COM rozhraní.

• Ovladač NMEA GPS správně určuje počet satelitů v dohledu. Předešlé verze ovladače mohly zobrazovat chybný počet satelitů.

• Ovladače GPS, dalekohledu a kopule mohly zůstávat aktivní, i když uživatel zvolil jiný ovladač.

• Ovladač protokolu NexStar neobnovil správně tracking mode, pokud byla operace GOTO přerušena tlačítkem Stop.

• FITS obrazy nebyly správně zobrazovány na systémech s více monitory, u kterých byl sekundární monitor vlevo od primárního monitoru (x souřadnice sekundárního monitoru byla záporná).

• Část obrazu zobrazená v záložce Ostření nástroje CCD Kamera nezobrazoval správný podrámec (byla použita invertovaná souřadnice podrámce).

• Nástroje Hlavičky nových FITS souborů a Transformace nových obrazů promítly změny jen při výběru nového nástroje nebo zavření okna s nástrojem. To znamenalo, že změny se u opakovaně prováděných čtení obrazů z kamery neprojevily, pokud nebylo vybráno jiné okno.

• Ovládací prvky SIPS byly přepracovány, aby se správně překreslovaly pokud je zapnuto vyhlazování textu na obrazovce ClearType. Technologie ClearType vyhlazuje tvary písmen prolínáním jejich okrajů s barvou pozadí. Aby tato technologie správně fungovala, je nutné aby program nikdy nepřepisoval stejný text vícekrát přes sebe bez překreslení pozadí.

SIPS v2.1 je možné zdarma stáhnout se sekce download tohoto WWW serveru.