Rozmiar piksela i sampling w astrofotografii

Autor: Alexander Merz · Opublikowano 1 września 2026 · Dane sprawdzone 14 września 2026

Rozmiar piksela i sampling odgrywają dużą rolę przy wyborze aparatu do astrofotografii. Zasadniczo można by sądzić, że im mniejsze piksele, tym lepiej, ponieważ dzięki temu możliwa powinna być wyższa rozdzielczość. Niestety nie jest to jednak takie proste.

Mniejsze piksele mają wrodzone zalety, ale i wady w porównaniu z większymi. W większości sytuacji w astrofotografii średnie i większe piksele są lepiej dostosowane niż bardzo małe. Dlaczego tak jest i jak określić właściwy rozmiar pikseli aparatu, przyjrzymy się teraz.

Czym jest sampling?

Sampling (próbkowanie) opisuje, ile pikseli w matrycy przedstawia fotografowany obraz. Jeśli mamy za mało pikseli próbkujących obiekt, obraz wygląda «blokowo» lub «pikselowo», ponieważ najmniejszym poziomem informacji jest kwadratowy piksel. Nazywa się to undersampling (niedopróbkowanie). Przeciwieństwem jest oversampling (nadpróbkowanie): o tym później.

Można by sądzić, że lepiej mieć jak najmniejsze piksele, aby uniknąć undersamplingu, ponieważ im więcej pikseli przedstawia obraz, tym gładszy staje się kształt.

Jak już wspomniano powyżej, nie jest to jednak takie proste. Powód: to, ile szczegółów możemy rozdzielić w naszym teleskopie, a tym samym odwzorować na matrycy, zależy bowiem od fizyki światła, teleskopu i seeingu (turbulencji atmosferycznych).

Fizyka światła oznacza efekty dyfrakcji, które jednak przy większości teleskopów nie odgrywają roli, ponieważ często decydującym o wszystkim wąskim gardłem jest seeing.

Czym jest seeing?

Seeing to zjawisko, że gwiazdy oglądane z Ziemi migoczą i mrugają. Seeing różni się w zależności od miejsca i dnia, ponieważ opiera się głównie na turbulentnym wyrównywaniu mas powietrza w atmosferze. To wyrównywanie powietrza o różnych temperaturach załamuje światło jak soczewka, z różną siłą w zależności od długości fali.

Skutkuje to tym, że przy dokładnym oglądzie nawet punktowe obiekty, takie jak gwiazdy, czy bardzo drobne szczegóły powierzchni planety nie są odwzorowane punktowo, lecz rozmyte i rozproszone.

Seeing podaje się w sekundach łuku i jest jednostką miary opisującą część stopnia. Jedna sekunda łuku odpowiada w przybliżeniu kątowi, pod jakim widać obiekt o szerokości pięciu milimetrów z odległości jednego kilometra.

W Niemczech średni seeing wynosi ok. 3 sekundy łuku i ogranicza tym samym odpowiednio zdolność rozdzielczą.

Gwiazda, która w rzeczywistości zajmuje jedną sekundę łuku, wydaje nam się przez seeing wielkości 3 sekund łuku. Efekt ten szczególnie daje o sobie znać przy kilkuminutowych czasach naświetlania, typowych dla astrofotografii deep-sky.

Kto chce dokładniejszego oszacowania aktualnego seeingu w swoim miejscu, może skorzystać z funkcji FWHM programów sterujących aparatem lub zasięgnąć informacji za pomocą aplikacji o seeingu.

Przedstawić okrągły kształt kwadratowymi pikselami?

Minimalna liczba pikseli, aby przedstawić gwiazdę jako w przybliżeniu okrągłą, to 3×3 piksele. Mówiąc prosto, oznacza to, że światło punktowego źródła (gwiazdy) powinno być próbkowane (sampling) przez pole pikseli o średnicy 3 pikseli, aby w przybliżeniu przedstawić informację jako okrągłą.

Jeśli teraz chcemy próbkować gwiazdę w przyjętych dla Niemiec warunkach seeingu 3 sekund łuku, potrzebujemy rozmiaru piksela, który obejmuje c.q. próbkuje jedną sekundę łuku na nocnym niebie. (3 sekundy łuku z seeingu podzielone przez 3 piksele potrzebne do przybliżonego odwzorowania okrągłego kształtu).

Sampling: wzory pomagają w zrozumieniu

To, ile sekund łuku nieba obejmuje piksel, nazywa się skalą obrazowania. Skalę obrazowania, w sekundach łuku na piksel, określa rozmiar piksela p w mikrometrach, ogniskowa f teleskopu w milimetrach oraz zaokrąglona wartość funkcji kątowej.

Skala obrazowania [sekundy łuku/piksel] = 206 * p [µm] / f [mm]

Dla dłuższych czasów naświetlania i w zależności od seeingu skala obrazowania 0,67-2 sekundy łuku na piksel uchodzi za sweet spot.

Powyżej wchodzimy w obszar undersamplingu, poniżej w obszar oversamplingu.

Dla przypomnienia:
Undersampling oznacza, że za mało pikseli próbkuje obiekt i przez to jest on przedstawiony «blokowo» lub «pikselowo».

Przeciwieństwem jest oversampling (nadpróbkowanie): przy nim informacja jest rozłożona w odcieniach szarości na zbyt wiele pikseli, tak że obraz wygląda «pochmurnie-rozdęty» lub «rozmazany/zniekształcony».

Jest to problematyczne zwłaszcza przy niekorzystnych warunkach seeingu. Oversampling oznacza bowiem, że zniekształcenia spowodowane słabym seeingiem są próbkowane i przedstawiane. Nie ma przyrostu informacji. Kto wczyta się w takie nadpróbkowane zdjęcie, powiększa tylko nieostrość spowodowaną seeingiem.

Zdolność rozdzielcza i kryterium Rayleigha

Zdolnością rozdzielczą teleskopu nazywa się jego zdolność do rozdzielenia dwóch blisko siebie leżących obiektów. Im większa apertura teleskopu, tym większa jego zdolność rozdzielcza (zob. poradnik teleskopowy).

Kryterium Rayleigha mówi, że dwa punktowe źródła światła można jeszcze rozdzielić, gdy pierwsze minimum krążka dyfrakcyjnego (= obraz punktowego źródła światła przez optykę) pierwszego źródła pokrywa się z maksimum dyfrakcyjnym drugiego źródła.

Odległość (= rozdzielczość) między dwoma maksimami jasności wynosi

A [rad] = 1,22 * λ / D

Przyjmując λ=550 nm jako wartość średnią dla światła widzialnego i przeliczając na sekundy łuku, otrzymuje się:

Zdolność rozdzielcza A [“] = 138,6 / apertura [mm]

Ten wzór będzie nam potrzebny do określenia odpowiedniego samplingu dla naszego zestawu teleskopu i aparatu oraz obiektu docelowego (planeta lub obiekt deep-sky).

Możemy teraz obliczyć rozdzielczość naszego teleskopu. Razem ze wzorem na skalę obrazowania możemy określić, jak wpływają ogniskowa i rozmiar piksela naszego zestawu.

Wcześniej trzeba jednak jeszcze podzielić obliczoną dla naszego teleskopu zdolność rozdzielczą przez 3, ponieważ potrzebne są 3 piksele, aby w przybliżeniu przedstawić okrągły kształt. (Uwaga: według Nyquista wystarczyłyby też 2 piksele, ale uważam wymagany sampling z 3 pikselami za bardziej intuicyjny.)

Przykłady praktyczne (sampling)

Fotografia planetarna teleskopem Schmidta-Cassegraina 279/2800

Posiadamy teleskop Schmidta-Cassegraina o aperturze 279 mm i ogniskowej 2800 mm (na przykład: Celestron EdgeHD SC 1100). Naszym miejscem są Niemcy ze średnim seeingiem 3″ [sekund łuku].

Chcemy uprawiać fotografię planetarną (lucky imaging):

Zdolność rozdzielcza A [“] = 138,6 / 279 = 0,5 sekundy łuku

Zasadniczo potrzebujemy 3 pikseli do przybliżonego przedstawienia okrągłego kształtu:

Sekunda łuku na piksel [“/piksel] = 0,5 / 3 = 0,16 ” / Pixel

Teraz możemy wstawić 0,16 ” / piksel do wzoru na obliczenie skali obrazowania i rozwiązać go albo względem rozmiaru piksela, albo ogniskowej:

0,16 ” = 206 * p [µm] / f [mm]

Zwykle na początku posiada się astrokamerę o określonym rozmiarze piksela.

Popularną dedykowaną astrokamerą jest na przykład ZWO ASI 178 MC Color o bardzo małym rozmiarze piksela 2,4 µm. (Lustrzanki DSLR, takie jak astromodyfikowana Canon EOS 4000Da (Baader BCF, astromodifiziert)*, mają na przykład 4,3 µm.)

0,16 ” = 206 * 2,4 / f [mm] rozwiązane względem ogniskowej f = 3090 mm

Ta ogniskowa mniej więcej odpowiada natywnej ogniskowej teleskopu i mogłaby w tym zestawie działać do fotografii planetarnej.

Fotografia deep-sky teleskopem Schmidta-Cassegraina 279/2800

Można się już domyślać, że zestaw (Schmidt-Cassegrain 279 mm/2800 mm i aparat 2,4 µm) z poprzedniego przykładu do długo naświetlanej astrofotografii deep-sky jest prawdopodobnie nieodpowiedni.

Dla dłuższych czasów naświetlania seeing staje się czynnikiem ograniczającym. Przy seeingu 3 sekund łuku chcemy, aby jeden piksel próbkował jedną sekundę łuku.

1 ” = 206 * 2,4 / f [mm] rozwiązane względem ogniskowej f = 494 mm

Teraz trzeba by ogromnie zredukować natywną ogniskową teleskopu. Reduktora 0,17x jednak nie ma. Można sobie teraz poradzić programowym łączeniem kilku pikseli w jeden duży piksel (binning). Dla wspomnianego aparatu możliwy jest binning 2×2, 3×3 lub 4×4.

Przy binningu 4×4 tak obliczony piksel miałby 9,6 µm. Wstawiony do wzoru:

1 ” = 206 * 9,6 / f [mm] rozwiązane względem ogniskowej f = 1978 mm.

Teraz byłoby możliwe uzyskanie żądanej ogniskowej reduktorem 0,7x.

Widać, że tu bardzo mały rozmiar piksela matrycy wymaga sporej kompensacji.

Lepiej: zaopatrzyć się w drugi teleskop (OTA = Optical Tube Assembly), którego światłosiła jest lepiej dostosowana do astrofotografii deep-sky tym aparatem, lub w dodatkowy aparat o wyraźnie większych pikselach.

Fotografia planetarna teleskopem Newtona 200/1000

Posiadamy teleskop Newtona o aperturze 200 mm i ogniskowej 1000 mm. Naszym miejscem są Niemcy ze średnim seeingiem 3″ [sekund łuku].

Chcemy uprawiać fotografię planetarną (lucky imaging):

Zdolność rozdzielcza A [“] = 138,6 / 200 = 0,69 sekundy łuku

Sekunda łuku na piksel [“/piksel] = 0,69 / 3 = 0,23 ” / Pixel

0,23 ” = 206 * 2,4 / f [mm] rozwiązane względem ogniskowej f = 2140 mm

Do fotografii planetarnej potrzebujemy więc wyraźnie dłuższej ogniskowej niż natywna ogniskowa 1000 mm teleskopu. Osiągamy to dzięki wysokiej jakości soczewce Barlowa 2x – na przykład Celestron X-Cel LX 2x Barlow 1,25"* za 125 €, której trzy elementy soczewkowe pozostają czyste aż do brzegu pola.

Fotografia deep-sky teleskopem Newtona 200/1000

Do fotografii deep-sky nasz Newton jest lepiej dostosowany.

Dla dłuższych czasów naświetlania seeing staje się czynnikiem ograniczającym. Przy seeingu 3 sekund łuku chcemy, aby jeden piksel próbkował jedną sekundę łuku.

1 ” = 206 * 2,4 / f [mm] rozwiązane względem ogniskowej f = 494 mm

Redukcja ogniskowej o czynnik 0,5x byłaby możliwa reduktorem. Jednak po raz kolejny widać, że tak małe piksele prowadzą do problemów lub potrzeby dostosowań w astrofotografii.

Dlatego chłodzone kamery CCD, które można nazwać złotym standardem w astrofotografii deep-sky, mają często umiarkowanie duże piksele, jak Atik 383L+ Mono (rozmiar piksela 5,4 µm).

Przy tym aparacie nie byłyby potrzebne pomoce optyczne.

Rozmiar piksela i szum

Mniejsze piksele mają w porównaniu z większymi przy tym samym sygnale niekorzystny stosunek sygnału do szumu. Szczególnie nadpróbkowane zdjęcia matrycami o małych pikselach wykazują wyraźny szum.

Jaki więc rozmiar piksela?

Trend zmierza ku coraz mniejszym pikselom w matrycach. Matryce te nie są jednak rozwijane specjalnie z myślą o astrofotografii. Trudno o uniwersalne stwierdzenie, ponieważ zawsze są określone sytuacje lub zestawy, w których dany rozmiar piksela daje więcej zalet; mimo to dla większości obszarów astrofotografii rozmiary pikseli około 4-5 µm są rozsądniejszym wyborem.

Moim zdaniem zbyt małe piksele ograniczają możliwości. Ale jak przy samym teleskopie, nie istnieje aparat do wszystkiego, który daje bezkompromisowo dobre rezultaty. Kto w astrofotografii chce awansować do ligi zawodowej, zaopatrzy się w dwa aparaty.

Wszyscy inni są dobrze obsłużeni rozmiarem piksela około 4-5 µm.

Aparaty pasujące do tych wartości

Powyższe obliczenie prowadzi dla planet i dla deep-sky do dwóch różnych aparatów. To nie argument sprzedażowy, lecz wynik wzoru: zdjęcia planetarne chcą małych pikseli i dużej ogniskowej; długo naświetlane zdjęcia deep-sky chcą większych pikseli i krótkiej światłosiły.

Słowo przeciw oczywistemu błędowi: aparat rzadko jest wąskim gardłem. Kto przy pięciu minutach naświetlania dostaje kreski zamiast gwiazd, ma problem z prowadzeniem, a nie z samplingiem – a przejście na większe piksele tylko to maskuje.

Przelicz dlatego najpierw kalkulatorem teleskopowym, co w ogóle daje Twój obecny sprzęt. Które optyki nadają się do astrofotografii i dlaczego światłosiła liczy się przy tym bardziej niż apertura, znajdziesz w przeglądzie astrofotografii.

* Link afiliacyjny: jeśli zamówisz przez ten link, otrzymamy niewielką prowizję od Astroshop. Cena dla ciebie się nie zmienia.

Co jest gorsze: oversampling czy undersampling?

Najczęściej dla samplingu proponuje się zakres 0,67 – 2″ / piksel. Zakres ten dotyczy przede wszystkim astrofotografii obiektów deep-sky.

W przypadku fotografii planetarnej będzie się, w zależności od teleskopu, próbować w bezchmurne noce z dobrym seeingiem wykorzystać zdolność rozdzielczą teleskopu, aby tak raczej w obszarze oversamplingu dojść do lepszych zdjęć niż przy undersamplingu.

W przypadku astrofotografii deep-sky lekki undersampling często prowadzi do lepszych zdjęć dzięki lepszemu stosunkowi sygnału do szumu i bardziej szczegółowemu odwzorowaniu niż przy oversamplingu.

Kalkulator do astrofotografii i fotografii planetarnej

Tutaj znajdziesz nasz kalkulator astrofotografii