Notiuni de astrofotografie
Astrofotografia este cel mai complex aspect al astronomiei de amatori atat din punct de vedere al tehnicii si instrumentelor, dar si a cunostintelor necesare pentru a produce o buna astrofotografie. Cu aproape orice telescop se pot realiza diferite tipuri de astrofotografie, insa pentru a produce o imagine buna e nevoie de un sistem optimizat. In cele ce urmeaza vom detalia principalele aspecte si intrebari pe care si le pun toti cei care incearca realizarea de astrofotografii. Pentru detalii suplimentare puteti consulta cele cateva carti aparute pe aceasta tema in literatura internationala. Succesul fiecaruia depinde atat de tehnica utilizata si cunostintele de utilizare a tehnicii si prelucrare a imaginilor, cat mai ales de rabdarea si timpul investit in descoperirea tainelor astrofotografiei.
1. Se pot face poze prin telescop?
2. Pot vedea pe monitorul unui calculator imaginea ce se vede prin telescop?
3. Care sunt tipurile de astrofotografie?
4. Ce telescop, camera foto si accesorii sunt necesare pentru a face astrofotografie?
5. Ce inseamna raportul focal si de ce este important in astrofotografie?
6. Camera ccd cu cip monocrom sau cu cip color?
1. Se pot face poze prin telescop?
Raspunsul scurt este DA. Prin aproape orice telescop actual se pot realiza poze, atat terestre, cat si astronomice. Insa calitatea acestora difera in functie de tipul de telescop utilizat, daca acesta este optimizat pentru fotografie sau nu, tipul de montura utilizata, tipul de aparat foto sau camera ccd utilizata, modalitatea de fotografiere, modalitatea de prelucrarea a imaginilor brute. Mai jos vom detalia fiecare dintre aceste aspecte, plus multe altele.
2. Pot vedea pe monitorul unui calculator imaginea ce se vede prin telescop?
Pentru a vedea pe monitor imaginea produsa de telescop sunt necesare cateva accesorii. In primul rand montura telescopului trebuie sa fie motorizata pentru a compensa automat miscarea de rotatie a Pamantului si a pastra in felul acesta obiectele in campul vizual al ocularului. Pentru a capta imaginea produsa de telescop e nevoie de o camera ccd care poate reda in timp real imaginea captata de chipul ccd. In acest sens diferiti producatori au realizat camere video, web sau ccd dedicate care se pot introduce in focalizatorul telescopului si conecta la un calculator. In acest fel imaginea produsa de telescop este captata de camera si transmisa la calculator unde poate fi vazuta pe monitor. Pentru observarea planetelor si a Lunii este suficienta o camera web mai performanta sau o camera ccd planetara dedicata precum camera NexImage de la Celestron, camera Titan de la ATIK sau camerele DMB/DBK/DFK de la Imaging Source. Pentru observarea obiectelor deepsky este nevoie de o camera ccd dedicata pentru astrofotografie ce poate realiza expuneri lungi pana la cateva minute, precum camerele ccd de la ATIK, SBIG, Starlight Xpress sau alti producatori specializati. Aparatele foto obisnuite sau dslr nu sunt adecvate pentru acest tip de astrofotografie.
3. Care sunt tipurile de astrofotografie?
Exista mai multe modalitati de a face astrofotografie.
a) Cea mai simpla forma de astrofotografie este cea prin obiectivul unui aparat foto. Aparatul foto poate fi asezat pe un trepied foto sau calare pe un telescop (piggyback), iar obiectul ceresc dorit a fi fotografiat este expus prin obiectivul aparatului foto folosind functiile oferite de camera foto respectiva. Se pot utiliza orice fel de aparate foto. In cazul camerelor tip slr sau dslr obiectivele pot fi schimbate, astfel ca pentru obtinerea unor campuri vizuale largi se pot folosi obiective cu raporturi focale mici, iar pentru obtinerea unor campuri vizuale mai inguste se folosesc obiective cu raporturi focale mai mari. Principalele probleme la aceasta tehnica sunt:
i) Pentru a surpinde pe cip cele mai multe obiecte deepsky e nevoie ca aparatul respectiv sa poata face expuneri lungi, intre cateva secunde si cateva minute, in functie de magnitudinea obiectului fotografiat. Nu toate aparatele foto pot realiza expuneri lungi, in general expunerile lungi fiind implementate doar in camerele foto slr sau dslr si in putine camere foto compacte.
ii) Daca expunerea depaseste 15-20 secunde este nevoie de ghidajul camerei foto pentru ca stelele sa apara nemiscate. In acest sens fotografia cu aparatul foto calare pe telescop (piggyback) permite folosirea telescopului pentru a ghida camera foto in timpul expunerii. Utilizatorul, folosind un ocular cu reticul iluminat, se va uita prin telescop si va corecta erorile de urmarire ale monturii urmarind sa pastreze o stea aleasa de ghidaj in centrul reticulului iluminat al ocularului.
iii) Calitatea finala a fotografiei depinde de calitatea obiectivului aparatului foto. In acest sens un obiectiv cu o corectie buna a aberatiilor (cromatice, astigmatism, distorsiuni) va produce o imagine mai buna decat un obiectiv cu o corectie mai slaba.
b) Fotografia prin telescop prin proiectie prin ocular
Prin aceasta tehnica aparatul foto este montat in fata ocularului prin intermediul unui adaptor pentru fotografie afocala (precum un tele-extender, un adaptor universal de fotografie Microstage sau un alt sistem de proiectie afocala). Fotografia se realizeaza fie prin obiectivul aparatului foto (proiectie afocala prin ocular), fie chipul/filmul este expus direct, imaginea captata fiind cea data de ocular (proiectie prin ocular).
Calitatea imaginii finale este o combinatie intre calitatea obiectivului telescopului, calitatea imaginii produse de ocular si obiectivul aparatului foto. Pentru expuneri lungi este necesar ca montura sa fie motorizata si ghidata. Avantajul major al fotografiei prin proiectie prin ocular este faptul ca se pot obtine mariri foarte mari, prin varierea distantei dintre ocular si chipul/filmul aparatului foto, utile in special pentru fotografia planetara si lunara. De asemenea, in cazul proiectiei afocale prin ocular, nefiind nevoie de scoaterea obiectivului camerei, se pot folosi si camere foto compacte ale caror obiective nu sunt interschimbabile.
c) Fotografia in focarul telescopului
Aceast tip este ceea ce se intelege in mod clasic prin astrofotografie. Aparatul foto sau camera ccd sunt montate fara nici un element optic intermediar (decat eventual lentile barlow, reducatoare de focala sau corectoare de camp) la focalizatorul telescopului. Telescopul se comporta ca un teleobiectiv cu o distanta focala foarte lunga (distanta focala a telescopului cu sau fara alte elemente optice corectoare) si un raport focal specific telescopului respectiv. Aceasta tehnica produce cele mai bune imagini, intrucat elementele optice intermediare care sunt surse potentiale de aberatii sunt eliminate, astfel ca singura sursa de aberatii ramasa este telescopul propriu-zis. In cazul telescoapelor optimizate pentru fotografie, diferitele aberatii sunt reduse la maxim obtinandu-se cele mai bune imagini dintre toate tehnicile de astrofotografie.
Aceasta tehnica se poate utiliza doar cu aparate foto tip slr sau dslr, precum si cu camere ccd speciale pentru astrofotografie.
4. Ce telescop, camera foto si accesorii sunt necesare pentru a face astrofotografie?
a) Telescopul: refractor, cassegrain sau reflector newtonian
Astrofotografia se poate realiza in principiu cu orice telescop. Pentru rezultate bune e necesar insa ca telescopul sa indeplineasca cateva cerinte minimale: calitatea pieselor mecanice a telescopului trebuie sa fie buna, fara piese din plastic (ce se pot indoi/flexa); elementele optice sa fie cel putin limitate de difractie; celula obiectivului/oglinzii sa fie metalica; iar alinierea elementelor optice sa fie corecta si sa se pastreze in timpul sesiunii de astrofotografie. Pentru realizarea unor imagini cat mai bune este de asemenea important ca telescopul sa fie optimizat pentru fotografie si sa fie aclimatizat la mediul inconjurator. Toate telescoapele bune sunt capabile de astrofotografie, insa unele instrumente sunt proiectate special pentru astrofotografie producand un camp vizual lipsit de aberatii cat mai larg.
In general cele mai utilizate telescoape pentru astrofotografie sunt refractoarele apocromate si telescoapele tip Cassegrain (in special Schmidt-Cassegrain de catre amatori, Ritchey-Chretien, Dall-Kirham si mai putin Maksutov-Cassegrain), reflectoarele newtoniene fiind mai putin utilizate.
Refractoarele produc cele mai contrastante si bine definite imagini dintre toate designurile de telescoape optice si isi pastreaza alinierea elementelor optice foarte bine, acestea fiind motivele principale pentru care sunt preferate in astrofotografie. Refractoarele apocromate actuale produc un camp corectat foarte bine sau excelent de aberatii cromatice (in functie de designul optic al refractorului respectiv), si focalizeaza cu majoritatea camerelor ccd si a aparatelor foto. Pentru refractoare sunt disponibile o serie de reducatoare de focala si corectoare de camp care ajuta la producerea unei imagini mai bune. Desi refractoarele sunt disponibile in aperturi mici, in general modelele folosite in astrofotografie avand diametre intre 66mm si 160mm diametrul, aceste aperturi relativ mici sunt suficiente pentru majoritatea obiectelor fotografiate de amatori intrucat cipurile ccd din camerele foto sau ccd folosite sunt mult mai sensibile decat filmul fotografic, iar prin expuneri de durata capteaza mult mai multa lumina decat ochiul uman. Un refractor apocromat intre 80mm si 120mm diametrul obiectivului este alegerea celor mai multi astrofotografi incepatori, aceste instrumente fiind produse in cantitati mari de multi producatori, avand o greutate in general sub 10kg, astfel ca nu necesita o montura foarte mare si foarte scumpa pentru instalarea lui. Refractoarele cu obiective de 130mm si mai mari ofera capacitate de adunare a luminii mai mare, rezolutii mai bune si in general sunt realizate de catre producatori in cantitati mai mici si la un nivel de calitate optica si mecanica ce se apropie de perfectiune, astfel ca valoarea acestora creste aproape exponential cu fiecare centimetru de apertura in plus.
Telescoapele Schmidt-Cassegrain sunt populare in astrofotografie datorita flexibilitatii designului Schmidt-Cassegrain, datorita aperturii superioare a acestora si datorita producerii in masa a lor la un nivel de calitate optica excelenta ce face ca pretul lor/cm sa fie mai mic decat al refractoarelor apocromate de aperturi echivalente. Daca refractoarele utilizate in general pentru astrofotografie au aperturi intre 66mm si 150mm diametrul, telescoapele Schmidt-Cassegrain au aperturi intre 150mm si 400mm diametrul oferind mai multa rezolutie si putere de adunare a luminii decat un refractor. Exista multe accesorii proiectate pentru telescoapele Schmidt-Cassegrain care optimizeaza potentialul acestora pentru fotografie (precum reducatoare de focala/corectoare de planeitate, adaptoare pentru ghidaj, sisteme de prindere a diferitor aparate foto pentru fotografie in focar sau afocala, sistemul Hyperstar de fotografie in focarul oglinzii principale la un raport focal f/2). Datorita designului optic al telescopului ce focalizeaza prin miscarea oglinzii principale este posibila focalizarea imaginii cu majoritatea aparatelor foto si ccd existente si introducerea in traseul optic a unor adaptoare/focalizatoare externe fara ca telescopul sa ajunga in imposibilitatea de a focaliza. Noile telescoape Schmidt-Cassegrain aplanate optimizate pentru astrofotografie (precum seria Edge HD de la Celestron) produc rezultate mult mai bune la marginea campului vizual decat designul clasic, introducand acest design optic in gama astrografelor capabile de performante exceptionale si cercetare stiintifica.
Telescoapele Ritchey-Chretien si Dall-Kirham corectat sunt larg utilizate de catre observatoarele astronomice datorita dimensiunii mai mari a campului corectat pe care il produc aceste designuri optice. Realizate cu aperturi in general intre 250mm si pana la cativa metri diametrul, acestea ofera o rezolutie si o capacitate de adunare a luminii mult mai mare decat telescoapele comerciale existente. Pana de curand insa pretul acestora a fost principalul impediment in utilizarea lor de catre amatori. In ultimii ani insa, noile modele de telescoape Ritchey-Chretien realizate in China, precum si telescoapele CDK realizate de PlaneWave au facut accesibile amatorilor aceste designuri optice.
Telescoapele Maksutov-Cassegrain sunt mai putin utilizate in astrofotografie in principal datorita campului vizual redus pe care il au acestea (raporturi focale de la f/10 in sus) ce necesita timpi de expunere mai mari pentru a obtine un acelasi nivel de detaliu, designului mecanic implementat la majoritatea tuburilor optice ce necesita un timp mai mare pentru ca telescopul sa ajunga la un echilibru termic cu mediul ambiant si pretului lor mare odata ce apertura acestora depaseste 200mm diametrul. Cu toate acestea odata aclimatizate, telescoapele Maksutov-Cassegrain produc imagini mult mai contrastante decat telescoapele Schmidt-Cassegrain si cu o corectie mai buna a aberatiilor la marginea campului vizual. Modelele comerciale existente cu aperturi intre 90mm si 180mm diametrul sunt capabile sa ofere atat imagini planetare excelente datorita contrastului lor foarte bun, dar si imagini deepsky la obiecte de mici dimensiuni.
Reflectoarele newtoniene sunt un design popular pentru observatii vizuale, insa pentru fotografie sunt mai putin adecvate. Si aceasta nu datorita unei probleme a designului optic, ci datorita faptului ca majoritatea reflectoarelor newtoniene existente pe piata sunt optimizate pentru observatii vizuale, ceea ce impune alte caracteristici ale instrumentului decat daca ar fi optimizat pentru astrofotografie. Un alt element in defavoarea telescoapelor tip reflector newtonian este dimensiunea si greutatea mare a acestora odata ce apertura lor depaseste 200mm diametrul. Monturile ecuatoriale capabile sa sustina stabil pentru astrofotografie un reflector newtonian mai mare de 250mm diametrul si destul de lung sunt destul de putine si scumpe. Pozitiile in care poate ajunge tubul optic cand este indreptat spre diferite regiuni ale cerului este vazut de multi astronomi ca fiind destul de neconfortabil. Cu toate acestea, se pot realiza fotografii excelente cu reflectoarele newtoniene daca astronomul ajunge la o combinatie adecvata intre telescop, montura si camera ccd sau foloseste un reflector newtonian optimizat pentru astrofotografie (destul de rare in prezent, dar exista si posibilitatea ca astrofotograful serios sa le realizeze la comanda la cei cativa producatori specializati de astrografe sau la unul dintre putinii slefuitori de oglinzi pentru telescoape). Coma specifica reflectoarelor newtoniene poate fi corectata cu usurinta prin intermediul unui corector de coma precum MPCC de la Baader Planetarium, putandu-se astfel realiza fotografii si cu aparate foto dslr sau camere ccd cu chipuri mai mari. In special pentru observatii lunare si planetare reflectoarele newtoniene sunt utilizate cu mult succes de catre astrofotografi, in acest caz datorita dimensiunii mici a chipului camerelor ccd utilizate aberatiile optice la marginea campului vizual a designului newtonian (in special coma) nu apar in imaginea finala.
Astrografele nu sunt un tip aparte de design optic, ci telescoape de diferite designuri (refractoare, cassegrain, reflectoare newtoniene) optimizate pentru astrofotografie.
b) Montura
Elementul de baza al unui sistem de
astrofotografie este montura. Daca in privinta designului
telescopului putem face alegeri in functie de necesitati,
preferinte si buget, in
privinta monturii alegerile sunt
mult mai stricte. O montura adecvata pentru astrofotografie
trebuie sa fie capabila sa sustina stabil, fara trepidatii,
fara vibratii telescopul si sa urmareasca cat mai precis
miscarea obiectelor/stelelor pe cerul noptii. Nivelul de
precizie necesar este de 1-2 secunde de arc, determinat de
calitatea atmosferei, montura
trebuind sa fie capabila sa mentina stelele pe chipul
camerei ccd cu o acuratete de cativa pixeli. Atmosfera din
cele mai multe zone ale Europei limiteaza rezolutia la
aproximativ 2 arcsecunde, dar exista zone cu cer mai bun in
care se poate ajunge la 0,8-1 arcsecunde. Putine monturi
sunt capabile de o urmarire atat de precisa si sunt
suficient de stabile pentru astrofotografie. Cu cat acestea
sunt mai stabile cu atat sunt mai grele fizic; cu cat sunt
mai precise cu atat sunt mai scumpe.
In imaginea de mai sus: montura Celestron CGE PRO, cu o eroare periodica sub 9 arcsecunde, impreuna cu un telescop Schmidt Cassegrain C11 Edge HD reprezinta o solutie ideala, usor accesibila.
Fiecare producator
evalueaza capacitatea monturii de a sustine un telescop sub
forma unui numar de kilograme de echipament ce pot fi
sustinute de montura respectiva. Acest numar se refera in
general la observatiile vizuale. Pentru fotografie cerintele
de stabilitate sunt mult mai stricte, o regula generala de a
calcula capacitatea maxima a unei monturi fiind de a imparti
la 2 numarul dat de producator. Monturile high-end sunt
fabricate cu limite de toleranta mai mici, iar greutatea
maxima totala adecvata pentru astrofotografie este mai
apropiata de greutatea maxima totala adecvata pentru
observatii vizuale. Monturile considerate in prezent
adecvate
pentru
astrofotografie au o eroare periodică a mecanismelor sub 7
arcsecunde, care poate fi redusa in continuare prin software
(precum de exemplu GM2000 (in imaginea din dreapta), GM4000,
Vixen AXD, toate monturile AstroPhysics, Paramount ME). Dar
acest lucru nu inseamna ca nu se poate face astrofotografie
si cu monturi de o calitate si precizie mai mica, insa in
cazul acestora scaderea de calitate trebuie compensata prin
autoghidaj mai agresiv, torelanta personală la erori si
disponibilitatea de a detecta si căuta rezolvari pentru
problemele specifice fiecarui model de montura si fiecarui
exemplar. Desi cei mai multi astrofotografi experimentati
folosesc monturi optimizate, cele mai multe astrofotografii
realizate de amatori se realizează cu monturi mai slabe
precum diferitele modele de la Celestron, Vixen, Takahashi,
Losmandy şi Sky-Watcher. Monturile oferite standard cu
telescoapele pentru incepatori (EQ1, EQ2, CG2, CG3, NexStar
SLT, monturile Dobson, alte monturi şi trepiede altazimutale
mici) nu sunt adecvate pentru astrofotografie, decat cel
mult fotografie lunara si planetara cu camere foto sau ccd
mici si usoare si daca montura este motorizata cel putin pe
axa RA.
Pentru astrofotografie sunt preferate monturile ecuatoriale intrucat acestea odata aliniate polar pot urmari pe o singura axa miscarea obiectelor pe cerul noptii, eliminand astfel rotatia campului ce produsa de urmarirea pe doua axe realizata de monturile altazimutale. Cu monturile altazimutale (in general tip furca altazimutala) se pot realiza expuneri scurte de pana la 30 de secunde fara aparitia rotatiei campului, insa pentru expuneri de durata este necesara folosirea unui derotator sau punerea acestora in pozitie ecuatoriala folosind o pana ecuatoriala, ceea ce complica mult ansamblul monturii si poate pune probleme de echilibru al telescopului pe montura.
Monturile ecuatoriale moderne adecvate pentru fotografie sunt dotate cu un sistem de motoare de urmarire ce pot compensa precis miscarea de rotatie a Pamantului, au viteze de urmarire sub-siderale, pot fi conectate la calculator si accepta comenzi de corectie a erorilor din partea utilizatorului (automat prin calculator sau manual). Precizia acestor motoare impreuna cu precizia elementelor mecanice ale monturii confera precizia generala a monturii si a urmaririi. Exista diferiti producatori de sisteme de urmarire pentru monturi, insa la momentul actual este recomandabil ca montura sa aiba un sistem goto de urmarire, intrucat in general aceste motoare sunt mai precise decat cele clasice existente, pot fi conectate la calculator pentru a primi comenzi prin programe tip planetariu sau pentru ghidaj automat.
In continuare sunt prezentate cateva monturi ecuatoriale adecvate pentru astrofotografie cu recomandarile de greutate totala a instrumentelor ce pot fi instalate stabil pe acestea atat pentru observatii vizuale, cat si pentru astrofotografie. Nivelurile de calitate si precizie a acestora nu este insa similar, monturile mai mici si mai ieftine fiind mai putin precise decat monturile high-end mari.
| Tip montura | Sarcina maxima utila vizual / pentru astrofotografie | Exemple de instrumente ce pot fi sustinute stabil pentru astrofotografie |
|
Celestron CG4 Omni cu kit SynScan GOTO, Sky-Watcher EQ3-2 SynScan GOTO |
5-6 kg / 2-3 kg |
- refractoare cu aperturi intre 66mm si 70mm -Schmidt-Cassegrain <102mm, Maksutov-Casssegrain <102mm - reflectoare newtoniene cu aperturi de maxim 130mm f/5 |
|
Celestron CG5- GT, Sky-Watcher EQ5 SynScan GOTO, Vixen GP2 |
8-10 kg / 5-6 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 120mm - Schmidt-Cassegrain 127mm - 203mm, Maksutov-Casssegrain 102mm - 150mm - reflectoare newtoniene cu aperturi de maxim 150mm |
|
Sky-Watcher HEQ5 PRO, Vixen GPD2 |
12-15 kg / 8-10 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 120mm - Schmidt-Cassegrain cu aperturi intre 127mm si 203mm - reflectoare newtoniene cu aperturi de maxim 200mm |
|
Celestron CGEM, Sky-Watcher EQ6 PRO, Losmandy GM8 |
15 kg / 10-12 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 130mm - Schmidt-Cassegrain, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi intre 127mm si 280mm - reflectoare newtoniene cu aperturi de maxim 254mm |
|
Celestron CGEM DX, Astrophysics Mach1GTO, Vixen AXD |
20kg / <15 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 150mm - Schmidt-Cassegrain, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi intre 127mm si 300mm |
|
Celestron CGE, Vixen Atlux, Losmandy GM11
|
30 kg/ <20 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 150mm - Schmidt-Cassegrain, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi intre 127mm si 300mm |
|
Astrophysics AP 900GTO Losmandy Titan |
32 kg / 20-25 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 160mm - Schmidt-Cassegrain, CDK, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi de maxim 350mm |
| Celestron CGE PRO | 45 kg / 30-35 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 180mm - Schmidt-Cassegrain, CDK, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi de maxim 400mm |
|
10 Micron GM 2000, Vixen Gaiax |
50 kg / <40 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 200mm - Schmidt-Cassegrain, CDK, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi de maxim 400mm |
| Astrophysics AP 1200GTO | 64 kg / <50 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 200mm - Schmidt-Cassegrain, CDK, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi de maxim 500mm |
|
10 Micron GM4000,
Astrophysics AP3600 GTO |
150 kg / <120 kg |
- refractoare cu aperturi intre 80mm si 350mm - Schmidt-Cassegrain, CDK, Dall-Kirham, Ritchey-Chretien cu aperturi de maxim 700mm |
In evaluarea greutatii totale a telescopului ce poate fi
montat pe o anumita montura trebuie tinut cont ca pe
langa telescopul principal pe montura vor trebui instalate
si o luneta pentru ghidaj, diferite adaptoare, inele, sine
de prindere si camere foto care contribuie si ele la
greutatea finala a ansamblului. Astfel, greutatea
telescopului principal va fi intotdeauna mai mica decat
valorile de mai sus tocmai pentru a lasa o marja de
libertate pentru instalarea accesoriilor necesare fara a
depasi limita stabilitatii monturii.
Monturile existente nu sunt perfecte datorita erorilor admise in procesul de fabricatie in prelucrarea partilor mecanice si ale motoarelor monturii, astfel ca orice montura, oricat de bine aliniata polar, va avea erori de urmarire ce se aculumeaza in timpul expunerilor lungi. Pentru reducerea erorilor, montura trebuie sa fie ghidata cu un sistem manual sau automat de ghidaj. De asemenea pentru reducerea erorilor se poate apela la rutina de reducere a erorilor periodice ale monturii implementata in softul monturilor cu goto.
c) Accesorii
Ghidajul: Pentru reducerea erorilor de urmarire a monturilor ecuatoriale (datorate atat imperfectiunilor mecanice ale monturii, dar mai ales alinierii polare mai putin precise a monturii) si prevenirea transformarii stelelor din puncte de lumina in dare de lumina, in cazul expunerilor mai lungi de 15-20 de secunde monturile trebuie sa fie neaparat ghidate. Pentru aceasta se utilizeaza: i) o luneta de ghidaj montata in paralel cu telescopul principal sau un adaptor pentru ghidaj radial, ii) un ocular cu reticul iluminat prin care astrofotograful va urmari ca steaua aleasa pentru ghidajul monturii sa nu iasa din centrul reticului ocularului in cazul in care se realizeaza ghidajul manual sau iii) un sistem de autoghidaj automat - constituit fie dintr-un autoguider independent precum LVI Smartguider sau SBIG SG-4, fie dintr-o camera ccd separata controlata prin calculator (precum camerele NexImage, DMK/DBK, SBIG sau orice alta camera ccd dedicata petnru astrofotografie) si un program de autoghidaj ce poate trimite automat comenzi de control a monturii in functie de imaginea captata de camera ccd (precum CCD Soft, MaximDl, PHD Guiding, GuideDog, Envisage sau altele proprietare).
|
|
|
|
Camera ccd Atik Titan
Camera poate fi folosita pentru fotografie deepsky cu timpi lungi de expunere, fotografie planetara si drept camera de ghidaj datorita portului ST4 care permite conectarea ei direct la o montura ecuatoriala cu goto. |
Autoguider Smartguider
Un autoguider independent ce contine o unitate de control si o camera ccd ce pot controla automat orice montura ecuatoriala cu goto. |
Un telescop dotat pentru astrofotografie aproape gata de inceperea sesiunii
Un refractor Equinox 120 este instalat pe o montura HEQ5 SynScan PRO. In paralel peste refractor este instalat prin intermediul unor inele de ghidaj un al doilea refractor Scopos 66 ED folosit drept luneta de ghidaj. Camera de ghidaj este introdusa in focalizatorul refractorului Scopos si transmite imagini la controllerul autoguiderului Smartguider care este conectat la randul sau la montura HEQ5 pentru a transmite pe baza analizei imaginilor de la camera comenzi de corectare a deplasarilor pozitiei stelei de ghidaj de pe cipul camerei de ghidaj. Mai lipseste din imagine doar camera ccd cu care se vor realiza imaginile si care se va instala la focalizatorul lunetei Equinox 120.
Adaptoare: Pentru instalarea telescoapelor pe montura si in paralel, a camerelor foto sau ccd pe telescop sunt necesare o serie de adaptoare in functie de telescopul, camera, accesoriile ce trebuie instalate.
Filtre: Filtrele sunt
absolut necesare in fotografia cu camere ccd dedicate atat
pentru a produce imagini color, cat si pentru a izola
anumite lungimi de unda in care emit obiectele ceresti
fotografiate. Camerele ccd cu chip monocrom preferate in
astrofotografie pentru sensibilitatea lor mare au nevoie de
utilizarea unui set de filtre LRGB pentru producere unei
imagini color. Obiectul ceresc
este fotografiat prin fiecare
dintre cele 4 filtre, iar prin compunerea celor 4 imagini
monocrom se obtine imaginea finala color. De asemenea,
pentru fotografierea in lungimi de banda ingusta pentru
izolarea doar a emisiilor principale ale anumitor obiecte se
folosesc filtre speciale proiectate pentru astrofografie (h-alfa,
h-beta, OIII, SII). Pentru usurarea schimbarii filtrelor
acestea sunt montate intr-o roata de filtre cu care se pot
schimba filtrele prin rotirea unui disc sau automat prin
calculator, ce se ataseaza inainte camerei ccd (imaginea
din dreapta). Pentru fotografia planetara filtrele colorate
permit cresterea selectiva a contrastului pe anumite lungimi
de unda, dar si obtinerea unei imagini color in cazul
folosirii cu camere ccd monocrome. De asemenea filtrul UV/IR-cut
este absolut necesar in fotografia planetara cu orice camera
ccd sau webcam.
Focalizatoare: Pentru
obtinerea celui mai bun focus posibil este nevoie de un
focalizator solid capabil sa sustina greutatea camerei ccd/foto,
cu o cursa fina ce permite un reglaj fin al focusului si ce
isi mentine pozitia de focus pe parcursul intregii sesiuni
de fotografie fara a aluneca sub greutatea camerei foto.
Putine dintre telescoapele produse in masa au focalizatoare
suficient de fine pentru a putea regla precis focusul/claritatea
imaginii, in general doar instrumentele premium fiind dotate
cu focalizatoare adecvate pentru astrofotografie.
Instrumentele high-end si unele modele de telescoape
optimizate pentru fotografie sunt dotate de producatori cu
focalizatoare suficient de solide si fine pentru
astrofotografie. Focalizatoarele cu cremaliera cu care sunt
dotate majoritatea telescoapelor mai ieftine, datorita
pasilor cremalierei nu permit un reglaj atat de fin precum
focalizatoarele tip Crayford. Telescoapele mai scumpe si
cele high-end sunt dotate cu focalizatoare tip Crayford cu
una sau doua viteze. Si in cadrul focalizatoarelor Crayford
exista diferite nivele de calitate, cele bune distingandu-se
prin existenta unui sistem dual de focalizare (grosiera si
microfocalizare), prin soliditatea constructiei si prin
finetea miscarii tubului focalizatorului. Aparitia in masa
in ultimul timp a focalizatoarelor Crayford cu doua viteze
produse in China instalate pe telescoapele mai scumpe de
origine chinezeasca a usurat activitatea astrofotografilor,
insa nu a rezolvat-o deplin din acest punct de vedere,
intrucat calitatea lor inca este foarte slaba comparativ cu
focalizatoarele bune: cursa nu este suficient de fina, nu
pot sustine camere mai mari de 4-500 grame fara sa alunece
sub greutatea camerei, uzura foarte rapida a mecanismelor si
aparitia jocurilor. In acest domeniu
pretul este un bun indicator al calitatii focalizatorului.
Focalizatoare premium precum modelele Feather Touch,
Moonlite, Steeltrack (imaginea din stanga), JMI, Hyperion sau cele automate precum
Optec, FLI, JMI sau Hedrick se remarca prin acuratetea si
soliditatea lor si prin posibilitatea de a regla automat
prin calculator cea mai buna pozitie de focus in cazul celor
automate reducand si simplificand astfel o operatie critica
in obtinerea unei imagini bune. Solutia pentru problemele
focalizatoarelor cu cremaliera sau a celor Crayford mai
putin bune consta fie in schimbarea focalizatorului
telescopului cu unul mai bun daca telescopul permite
instalarea unuia nou in locul celui existent, fie in
instalarea unui focalizator Crayford extern manual sau a
unui sistem de focalizare electronica sau automata.
Instrumentele catadioptrice (SCT, MCT, RC, CDK) desi au
sisteme de focalizare fina solide, cei mai multi
astrofotografi instaleaza pe aceste telescoape focalizatoare
externe tip Crayford sau automate pentru un reglaj mai
simplu si mai precis al focalizarii.
d) Camera foto sau camera ccd dedicata
Camera foto sau camera ccd este dispozitivul ce capteaza fotonii adunati de telescop si ii transforma in imagine vizibila pentru ochiul uman, ce poate fi supusa unor prelucrari ulterioare. In principiu se poate folosi orice camera foto cu film sau digitala existenta ce poate fi montata prin diferite adaptoare la focalizatorul telescopului. Insa pentru rezultate bune este recomandabil folosirea fie a unui aparat foto slr sau dslr, fie a unei camere ccd cu chip racit dedicata pentru astrofotografie. Intrucat camerele pe film sunt din ce in ce mai putin folosite astazi, in continuare vom discuta doar despre camerele foto digitale.
Camerele foto
dslr sunt o modalitate facila de captare a imaginilor
intrucat cipurile actuale folosite in aceste camere sunt
extrem de sensibile si pot efectua expuneri cu durata mare.
Aceeasi camera poate fi folosita atat pentru fotografie
terestra, cat si pentru astrofotografie. Cei mai multi
astrofotografi cu camere foto dslr aleg fie camere de la
Canon, fie de la Nikon datorita caracteristicilor acestora
mai prietenoase cu astrofotografia (chipuri mai sensibile cu
zgomot mai mic, posibilitatea de blocare a oglinzii in
pozitie superioara, salvarea imaginilor in format raw
necomprimate). Principalele
neajunsuri ale aparatelor foto dslr sunt: i) Multe dintre
obiectele ceresti emit puternic in lungimile de unda ale
capetelor spectrului vizibil (ultraviolet - infrarosu), insa
cipurile camerelor dslr sunt optimizate pentru fotografie pe
timp de zi in spectrul vizual de lungimi de unda. Astfel
sensibilitatea lor la capetele
spectrului este foarte slaba
comparativ cu cipurile monocrome din camerele ccd dedicate,
necesitand expuneri mult mai lungi pentru a capta aceeasi
cantitate de informatie in aceste lungimi de unda. Filtrul
instalat de producatori in fata chipului blocheaza si el o parte
din spectrul infrarosu si ultraviolet reducand
sensibilitatea. Multi astrofotografi recurg la inlocuirea
fitrului de pe cip cu un filtru cu
spectru mai larg, insa dupa acest schimb va fi afectat
balansul culorilor in fotografia pe timp de zi. ii) Cipul
camerei nu este racit, astfel ca imaginile au un
zgomot total foarte mare comparativ cu un cip racit. iii)
Eficienta cuantica a cipurilor folosite in camerele ccd este
extrem de scazuta, astfel ca mare parte din fotonii ce ajung
la chip nu sunt transformati in electroni si astfel nu ajung
in imaginea finala; iv) Cipurile camerelor dslr sunt cipuri
color, iar matricea Bayer prin care se obtine informatia
cromatica diminueaza cantitatea de lumina ce ajunge la
senzor fitrand fiecare fotodioda pentru a captura o singura
culoare. Astfel sensibilitatea cipului color este mult mai
scazuta decat cea a unui cip monocrom, necesitand timpi de
expunere mai mari pentru adunarea unei aceleiasi cantitati
de lumina.
Camerele ccd cu cip racit dedicate pentru
astrofotografie elimina principalele probleme ale camerelor
dslr. Prin racirea controlata a cipului camerei zgomotul
este redus la o valoare minima. In cazul unor sesiuni
ulterioare de fotografie a aceluiasi obiect controlul
temperaturii chipului ccd permite realizarea de fotografii
in conditii tehnice similiare, tehnica utilizata in special
pentru realizarea de masuratori cantitative
comparabile.
Eficienta cuantica a cipurilor utilizate in aceste camere
este superioara cipurilor din camerele dsrl sau webcam-uri,
astfel ca cei mai multi fotoni ce ajung pe cip sunt
transformati in electroni si ajung in imaginea finala. Cipurile
implementate in camerele ccd actuale acopera o
gama larga de dimeniuni fizice, dimensiuni ale pixelilor,
tipuri de iluminare, spectre de sensibilitate
astfel ca se poate alege o camera in functie de rezolutia si
distanta focala a telescopului
si tipul de fotografie pentru care va fi folosita. De
asemenea se poate alege intre variante monocrom si color ale
aceluiasi cip, majoritatea astrofotografilor preferand
camerele cu cip monocrom si carusel cu filtre colorate
separat pentru obtinerea culorilor datorita sensibilitatii
crescute a cipurilor monocrom si performantelor mai bune in
fotografia de banda ingusta. Neavand obiectiv propriu aceste
camere se monteaza direct in focalizatorul telescopului,
astfel ca se elimina orice distorsiuni datorate unor
elemente optice intermediare. Printre producatorii cu
traditie renumiti de camere ccd dedicate pentru
astrofotografie amintim ATIK (imaginea de mai sus), SBIG
(imaginea de mai jos), Apogee, FLI, Starlight
Xpress, QSI, QHY, Trifid, dar mai
exista si altii. In general
diferentele dintre camerele ccd bune si camerele ccd cu
performante mai scazute se regasesc la nivelul cipurilor
folosite (cipuri cu mai putine defecte; cipuri mai eficiente
si cu zgomot mai mic; gama mai larga de cipuri implementate,
cu dimensiuni diferite, pentru diferite aplicatii
fotografice), al nivelului de optimizare a electronicii
camerei pentru cipul folosit, fiabilitatii in timp a camerei,
eficienta tipurilor de racire a cipului, softului dezvoltat
pentru controlul camerelor, compatibilitatea cu alte softuri
de control si captare a imaginilor etc.). O camera ccd buna
poate fi utilizata multi ani la rand, cu acelasi performante,
de aceea cel mai bun sfat este sa alegeti calitatea in
detrimentul economiilor de moment, sa alegeti producatori
traditionali care au la activ mai multe generatii de camere
dezvoltate si optimizate si care pot asigura suport in timp
pentru produsele lor.
In cazul fotografiei planetare si lunare
caracteristicile camerelor ccd nu sunt atat de critice,
planetele si Luna fiind obiecte destul de stralucitoare care
nu au nevoie de timpi de expunere lungi. Dimensiunea
chipului nu este importanta in cazul fotografiei planetare,
intrucat dimensiunile aparente ale planetelor sunt mici si
nu ajung sa ocupe intrega suprafata a cipurilor ccd mici
decat in cazuri foarte rare (fotografie cu telescoape mari
cu distante focale extrem de lungi in conditii atmosferice
excelente). Astfel pentru fotografia planetara cele mai
folosite camere ccd au cipuri cu rezolutii mici de 640X480
pixeli, insa sunt pentru obtinerea unui camp vizual real mai
mare se folosesc si camere cu rezolutii mai mari de 1024X767
sau 1280X960 pixeli. Mai important decat dimensiunea cipului
este sensibilitatea acestuia, astfel ca cipurile
folosite in
camerele ccd planetare dedicate (in general cipuri Sony)
trebuie sa fie foarte sensibile si eficiente. In cazul acestui tip de
fotografie cele mai folosite camere cu cip ccd dedicate sunt
camerele NexImage de la Celestron (imaginea din stanga), vechea serie de webcam-uri de succes ToU
Cam de la Philips acum scoase din productie (Vesta 740K,
804K, 900NC), camerele TITAN de la Atik (vezi imaginea
mai sus), si mai ales camerele ccd DMK/DBK de la
Imaging Source (imaginea din dreapta jos). In ultimii ani camerele realizate de Imaging
Source au ajuns sa fie alegerea celor mai multi
astrofotografi cu experienta in fotografia planetara si
lunara datorita p
erformantelor lor superioare. Acestea
reprezinta o imbinare perfecta intre cipuri foarte sensibile
si electronica stabila, construite la standarde industriale,
superioare camerelor de consum. De asemenea se pot folosi cu
rezultate satisfacatoare si camere
foto compacte prin metoda proiectiei afocale prin ocular,
insa in acest caz imaginea finala este afectata de calitatea
obiectivului aparatului si calitatea imagini produse de
ocularul prin care se
face proiectia. Camerele foto compacte nu sunt proiectate
pentru fotografie planetara, ci pentru fotografie la obiecte
terestre pe timp de zi, astfel ca rezultatele obtinute cu
acestea nu au acelasi nivel de detalii si calitate ca si
cele obtinute cu camere ccd planetare dedicate.
e) Programe de capturare si prelucrare a imaginilor
Camerele ccd dedicate pentru astrofotografie necesita conexiune permanenta la un calculator, acestea nedispunand de dispozitive de stocare a imaginilor capturate. Softuri specializate (precum CCD Soft, MaximDl, Nebulosity sau altele proprietare producatorului camerei) controleaza toate componentele camerei ccd, permitand realizarea de expuneri cu timpi bine stabiliti, la diferite temperaturi ale cipului, controleaza diferite modele de carusele de filtre, focalizatoare automate si monturile pe care sunt instalate telescoapele. Camerele foto tip dslr salveaza imaginile pe cardul lor intern, limita numarului de imagini ce pot fi stocate fiind data de capacitatea cardului folosit.
Odata realizate expunerile si cadrele de calibrare cu o camera ccd, dslr sau webcam, pentru obtinerea imaginii finale imaginile individuale trebuie prelucrate. Pe scurt, se disting 3 etape in prelucrarea imaginilor: a) calibrarea cadrelor (extragerea de dark-uri, flat-uri bias-uri, alinierea cadrelor), b) suprapunerea / stack-area cadrelor si c) prelucrarea imaginii astfel obtinute pentru scoaterea in evidenta a anumitor detalii, reglajul contrastului, luminozitatii, obtinerea culorilor etc. Toate aceste etape de prelucrare se realizeaza folosind softuri specializate de prelucrare de imagini, fie programe dedicate pentru astrofotografie precum CCDSoft, MaximDl, DeepskyStacker, AstroArt, Iris, Nebulosity, PixInsight, Registax etc., fie programe generale precum Adobe Photoshop, GIMP, PaintShop Pro sau orice alt program mai avansat de prelucrare de imagini. Trecerea de la imaginile raw produse de camera ccd la imaginea finala necesita o buna cunoastere a tehnicilor de astrofotografie si de prelucrare a imaginilor pe calculator. Obtinerea unui set de expuneri bune este doar o premiza pentru obtinerea unei imagini finale bune, intrucat tehnicile de prelucrare utilizate pot evidentia in imaginea finala detalii ce in imaginile brute erau abia vizibile. De asemenea prin prelucrare se pot reduce anumite defecte ale camerei foto (in principal zgomot, pixeli defecti, praf pe senzor).
5. Ce inseamna raportul focal si de ce este important in astrofotografie?
Raportul focal este o proportie intre distanta focala a telescopului si diametrul obiectivului, ambele exprimate in milimetri. Astfel, un telescop cu diametrul oglinzii principale de 200mm si o distanta focala de 1000mm are un raport focal f/5. Sau, stiind raportul focal al telescopului si diametrul oglinzii principale putem afla distanta focala a oglinzii. Termenul de raport focal este foarte familiari fotografilor, obiectivele foto fiind identificate dupa raportul lor focal. In cazul camerelor foto, un obiectiv cu un raport focal mai mic va produce imagini mai luminoase pe film sau cip, permitand astfel expuneri mai scurte cand sunt fotografiate obiecte slab iluminate. Acelasi lucru este valabil pentru telescoape. Telescoapele cu raporturi focale mai mici vor produce imagini mai luminoase pe cip, reducand timpul de expunere necesar pentru a surprinde obiecte putin stralucitoare. Telescoapele cu raporturi focale mai lungi necesita expuneri mai lungi pentru obtinerea unui acelasi nivel de detaliu comparativ cu un telescop cu un obiectiv identic, dar cu un raport focal mai mic.
De aceea pentru fotografie deepsky se prefera telescoapele cu raporturi focale mai mici sau a caror raport focal poate fi redus cu reducatoare de focala. In acest sens, astrografele sunt realizate cu raporturi focale mici pentru a reduce timpul de expunere necesar pentru obtinerea unui anumit nivel de detaliu. Fotografia deepsky insa se poate realiza la fel de bine cu telescoape cu raporturi focale mai lungi, insa timpul de expunere necesar pentru obtinerea unui aceluiasi nivel de detaliu va creste. In general raporturi focale intre f/5 si f/7 sunt considerate adecvate pentru fotografia deepsky. Raporturi focale mai mici de f/5 se regasesc doar la instrumentele special optimizate pentru astrofotografie (anumite refractoare, reflectoare, camere schmidt sau telescoape schmidt-cassegrain a caror oglinda secundara a fost inlocuita cu un sistem Fastar sau HyperStar).
Pentru fotografia planetara si lunara raportul focal al telescopului necesar pentru surprinderea detaliilor este relativ mare, raporturi focale intre f/20 si f/50 fiind curent utilizate de astrofotografi. Planetele sunt obiecte de marimi unghiulare mici, iar pentru surpinderea detaliilor e nevoie de obtinerea unor puteri de marire foarte mari, ceea ce inseamna distante focale lungi si raporturi focale mari. Fiind obiecte foarte stralucitoare, timpii de expunere utilizati in general sunt sub 1/10 secunde si se pot utiliza cu succes telescoape cu raporturi focale mari (fie native, fie prin utilizarea unor lentile barlow pentru a amplifica distanta focala).
Raportul focal insa nu are acelasi efect asupra observatiilor vizuale. Un telescop cu un raport focal mai mic nu va produce imagini mai luminoase fata de un telescop cu un raport focal mai mare. Imaginea vazuta printr-un telescop cu diametrul de 200mm si raportul focal f/5 si cea vazuta printr-un telescop cu diametrul de 200mm si raportul focal f/8 va fi identica daca se folosesc puteri de marire identice. In cazul observatiilor vizuale luminozitatea unui obiect vazut prin telescop depinde de dimensiunea obiectivului telescopului si puterea de marire folosita. Astfel cu cat diametrul obiectivului telescopului este mai mare cu atat imaginile produse sunt mai luminoase intrucat telescopul capteaza mai multa lumina. Cu cat obiectivul telescopului capteaza mai multa lumina cu atat imaginea produsa de acesta poate fi marita mai mult. Cu cat puterea de marire este mai mare, cu atat imaginea va fi mai putin luminoasa.
6. Camera ccd cu cip monocrom sau cu cip color?
Alegerea intre camere ccd racite cu cip monocrom si cele cu cip color este o dilema perpetua pentru astrofotografii amatori incepatori datorata lipsei de experienta si a cunostintelor despre cipurile ccd. Cel mai simplu mod de a raspunde la aceasta intrebare este prin a arata ca majoritatea astrofotografilor experimentati folosesc camere ccd cu cip monocrom. Care este diferenta dintre camerele cu cipuri monocrom si cele cu cipuri color? Raspunsul se afla in modul in care sunt realizate cipurile monocrom si cele color.
Cipurile color sunt de fapt cipuri monocrom, pixelii senzorului fiind acoperiti cu un filtru sub forma unei matrici Bayer ce contine zone alternative de filtre rosu, verde si albastru - GRGB. Matricea Bayer permite obtinerea unei poze color instant, cu o singura expunere, sacrificand rezolutia spatiala a cipului si sensibilitatea nativa a pixelilor la intreg spectrul de lumina vizibila/infrarosie/ultravioleta. Datele brute produse de senzor si prelucrate ulterior de camera foto sunt sub forma unei imagini alb-negru sub forma unui pattern. Patternul este datorat matricii Bayer de pe senzor. Fiecare pixel este sensibil la o singura culoare, cea a filtrului de deasupra lui. Pentru a converti aceasta imagine bruta in imagine color fiecarui pixel i se atribuie o valoare corespunzatoare filtrului de deasupra lui. Softul camerei interpoleaza in continuare pentru fiecare pixel valorile culorilor lipsa prin analiza pixelilor adiacenti si estimarea valorilor lipsa, proces numit debayerare sau conversie la color. Exista mai multi algoritmi de conversie la color, insa fiecare algoritm este un compromis.
Matricea Bayer
Camerele dslr realizeaza acest proces de debayerare prin softul intern al camerei producand imagini color. La unele modele exista posibilitatea capturarii de imagini raw, procesul de debayerare putand fi realizat ulterior de utilizator prin intermediul diferitor programe de calculator. Camerele ccd astronomice cu cipuri color nu realizeaza intern procesul de debayerare, ci acesta se realizeaza ulterior prin intermediul softurilor de captura si prelucrare a imaginilor.
Camerele ccd cu cip monocrom produc imagini alb/negru. Realizarea unei imagini color folosind cipuri monocrom are loc dupa un principiu asemanator matricei bayer cu diferenta ca intreg cipul camerei este expus succesiv la lumina filtrata prin filtrele rosu, verde si albastru si un filtru de luminanta. Astfel, in fata senzorului ccd sunt introduse succesiv cate un filtru realizandu-se cate o imagine prin fiecare filtru. Pentru a usura schimbarea filtrelor, acestea se monteaza intr-o roata de filtre care se ataseaza in fata camerei ccd si care permite schimbarea manuala sau automata controlata prin calculator a filtrelor. Imaginile brute obtinute sunt monocrome, insa informatia capturata in fiecare reprezinta spectrul luminos corespunzator fiecarui filtru. Dupa realizarea celor 4 imagini prin cele 4 filtre, acestea se prelucreaza prin intermediul unor softuri de prelucrare a imaginilor precum Adobe Photoshop, CCDSoft, MaximDL, AstroArt, Nebulosity etc. pentru a obtine imaginea color. Cele 4 imagini se suprapun si fiecare imagine se coloreaza automat sau manual la culoarea corespunzatoare filtrului prin care a fost expusa. In acest fel se obtine o imagine finala color.
Avantajele camerelor ccd cu cip monocrom fata de camerele ccd cu cip color:
- Rezolutie mai mare a imaginii: Datorita faptului ca nu exista matrice bayer in cazul cipurilor monocrom, toti pixelii cipului sunt expusi la fiecare canal de lumina. In cazul cipurilor color, 50% din pixeli sunt expusi la lumina verde, 25% din pixeli sunt expusi la lumina rosie, 25% din pixeli sunt expusi la lumina albastra. In cazul cipurilor color este nevoie de debayerarea imaginilor brute pentru a obtine imaginea color, proces prin care se realizeaza interpolarea valorilor canalelor de culoare lipsa pentru fiecare pixel al cipului. Astfel, softul camerei sau un soft de prelucrare a imaginilor calculeaza pe baza unor algoritmi analizand pixelii invecinati ai fiecarui pixel ce valori ar fi trebuit sa ia fiecare pixel daca ar fi fost expus si la celelalte canale de culoare. Se genereaza astfel valori aproximative pentru fiecare pixel. Rezolutia spatiala bruta si cantitatea de informatie continuta de imagine este insa mai scazuta decat in cazul unui cip monocrom, fara matrice bayer, expus complet la fiecare canal de culoare. In functie de algoritmul de debayerare folosit rezolutia este cu cel putin 30% mai mica decat a unei imagini obtinute cu un cip monocrom si apar in imagine diferite artefacte care reduc suplimentar calitatea finala a imaginii.
- Sensibilitatea mai buna a pixelilor si cantitatea mai mare de informatie capturata: Datorita faptului ca nu exista matrice bayer, cipurile monocrom sunt expuse in intregime la intreg spectrul luminos, fiecare pixel capteaza fotonii de lumina care ajung la el pana la umplerea rezervorului de fotoni. Prin intercalarea unui filtru de culoare, intreg cipul ccd capteaza toti fotonii in spectrul de lumina al culorii respective care ajung la cip. Astfel cipul lucreaza la capacitatea maxima a pixelilor din care este alcatuit, capturand fotoni pe intreaga sa suprafata pentru fiecare canal de culoare. In cazul cipurilor color, datorita matricii bayer, nu toti pixelii capteaza intreaga cantitate de lumina: 50% din pixeli capteaza in spectrul luminos verde, insa nu si in celelalte domenii ale spectrului, 25% din pixeli capteaza in spectrul rosu, insa sunt insensibili la restul spectrului, 25% din pixeli capteaza doar albastru si sunt insensibili la restul spectrului. Mai mult, s-a constatat ca filtrele ce alcatuiesc matricea bayer au o transmisie mai mica a luminii decat filtrele ccd astronomice, astfel ca sensibilitatea cipului este redusa mai puternic decat in cazul filtrelor ccd astronomice. Datorita spectrului restrans de lumina transmis de filtrele din matricea bayer centrate pe lumina vizibila si cantitatii mai mici de fotoni care ajung la pixeli, cipurile color sunt foarte putin sensibile sau insensibile la spectrul de lumina aflat la marginea celui vizibil, mai precis, lungimile de unda h-alfa, h-beta, infrarosu, ultraviolet care sunt foarte importante in astronomie, multe obiecte ceresti avand emisii luminoase puternice in aceste lungimi de unda. Cipurile monocrome sunt sensibile si in aceste lungimi de unda. Aceasta sensibilitate mai buna a cipurilor monocrom este foarte importanta pentru astronomie, intrucat lumina ce vine de la obiectele ceresti este foarte slaba. Datorita sensibilitatii mai mari si a utilizarii intregii suprafete disponibile, cipurile monocrom permit obtinerea unui acelasi nivel de detalii in timp mai scurt, cu mai putine expuneri decat cipurile color. Sau daca privim dintr-o alta perspectiva, cu un cip monocrom putem captura mai multa lumina/fotoni in acelasi timp fata de un cip color, deci mai multe detalii vizibile. Cel mai important canal de culoare este luminanta, care contine informatia alb/negru din intreg spectrul vizibil de lumina. Pentru obtinerea culorilor, a canalelor de cromianta cu un cip monocrom se pot aloca expuneri mai scurte pentru expunerile prin filtrele RGB sau folosind binarea pixelilor pentru a reduce timpul de expunere.
- Posibilitatea de a folosi filtre de banda ingusta: Pe langa obtinerea imaginilor color in spectrul luminii vizibile prin folosirea unor filtre LRGB, camerele cu cip color permit folosirea si a unor filtre de banda ingusta, centrate doar pe anumite lungimi de unda bine izolate in care emit puternic unele obiecte ceresti. Astfel, extrem de folosite sunt filtrele h-alfa, h-beta, OIII, S2 pentru fotografierea in special a nebuloaselor care emit puternic in aceste lungimi de unda. Imaginile obtinute prin acest filtre pot fi suprapuse cu imaginile obtinute prin filtrele LRGB pentru a obtine o imagine finala cu mai multe detalii. De asemenea se pot realiza imagini compozite in culori false prin suprapunerea doar a imaginilor obtinute prin 3-4 filtre de banda ingusta, in paleta de culori asemanatoare cu cea produsa cu telescopul spatial Hubble. Avantajul acestei tehnici este dat de faptul ca aceste lungimi de unda sunt mai putin blocate de poluarea luminoasa produsa de sistemele de iluminat folosite de oameni, care in orase ajunge sa inunde cerul de lumina facand invizibile majoritatea obiectelor ceresti. Astfel se poate realiza fotografie de banda ingusta din oras, fara a fi influentati de poluarea luminoasa din jur. Pentru astronomii amatori fara posibilitatea de a iesi din orase in zone cu cer curat si negru, fotografia de banda ingusta este singura forma de fotografie deepsky fezabila din zonele cu poluare luminoasa.
- Posibilitatea binarii pixelilor: Pixelii camerelor cu cip monocrom pot fi binati 2X2, 3X3, 4X4, pentru a obtine pixeli mai mari (de 4, 9, 16 ori), mai sensibili, cu un raport semnal/zgomot mai mare. Binarea are loc la nivelul citirii fotositurilor, care sunt combinate si citite astfel incat sa creeze fotosituri echivalente mai mari. Capacitatea totala a rezervorului de fotoni a noilor super pixeli este si ea mai mare, facand posibila colectarea unei sarcini mai mari decat pentru un singur pixel. Binarea pixelilor ajuta si la ajustarea marimii optime a pixelilor pentru diferite telescoape si pentru reducerea timpilor de descarcare a imaginilor pe calculator, operatiune utila in etapa de focalizare a telescopului. Cipurile ccd color nu pot fi binate datorita matricei bayer.
- Sunt mai adecvate cercetarii stiintifice: Toate camerele ccd utilizate pentru cercetare stiintifica au cipuri monocrom. Pentru cercetare stiintifica culoarea nu este importanta, ci mai importanta este posibilitatea izolarii diferitor segmente ale spectrului de lumina prin folosirea in fata cipului camerei a filtrelor speciale care lasa sa treaca doar acele lungimi de unda dorite de cercetator. De asemenea, este important ca cipul sa performeze la capacitatea sa maxima pentru a aduna cat mai multi fotoni in cat mai putin timp de la obiecte ceresti/stele foarte putin luminoase. Utilizarea cipului la intreaga sa rezolutie, fara artefactele introduse de matricea bayer, permite inregistrarea intregii informatii nealterate care vine de la regiunea de cer studiata, fapt foarte important de exemplu pentru fotometrie, astrometrie sau studiile de asteroizi. Un exemplu in acest caz este situatia stelelor foarte slabe: in cazul cipurilor color pentru a identifica corect pozitia unei stele si culoarea ei trebuie ca ea sa subintinda cel putin 3 pixeli adiacenti; in cazul cipurilor monocrome este suficient ca steaua sa subintinda doar 1 pixel.
Avantajele camerelor ccd cu cip color fata de camerele ccd cu cip monocrom:
- Procedura mai simpla de capturare si prelucrare a imaginilor: Datorita matricii bayer a cipurilor color capturarea canalelor de luminanta si cromianta are loc in cadrul aceleiasi expuneri. In cazul cipurilor monocrom este necesara realizarea separata a expunerilor prin cel putin 3 filtre diferite. In prelucrarea imaginilor nu mai este necesara suprapunerea canalelor de culoare, insa este necesara debayerarea cadrelor.
- Rapiditatea in obtinerea unor imagini de la obiecte ce se schimba rapid: In cazul fotografiei planetelor si a Soarelui camerele ccd cu cipuri color sunt preferate de multi astrofotografi datorita faptului ca aceste obiecte sufera transformari rapide ale atmosferei/suprafetei lor. De exemplu, rotatia planetei Jupiter se observa in imagini dupa 2 minute de expuneri. Astfel pentru a "ingheta" imaginea o sesiune de fotografie dureaza maxim 2 minute, timp in care cu o camera color se pot obtine, in functie de numarul de cadre pe secunda ales, pana la 7000 de cadre. Cu toate acestea, unii astrofotografi aleg sa utilizeze camere ccd cu cip monocrom impreuna cu o roata de filtre cu 4 filtre LRGB alocand expunerilor prin fiecare filtru 15-20 de secunde, timp suficient pentru obtinerea a pana la 1000 de cadre prin fiecare filtru, iar in final a unui numar total de aproximativ 4000 de cadre. Numarul mai mic de cadre totale obtinute la expunerea prin filtre separate de culoare este compensat de calitatea mai buna a acestor cadre.
- Costuri mai mici in privinta camerei: In cazul camerelor cu cip color nu mai sunt necesare achizitionarea filtrelor LRGB si a unei roti de filtre pentru acestea.
Per ansamblu camerele ccd cu cip monocrom produc imagini de o calitate mai buna, sunt mai sensibile si au rezolutie mai buna. Desi cei mai multi incepatori in domeniul astrofotografiei sunt atrasi de camere ccd cu cip color, majoritatea lor ajung dupa o perioada foarte scurta sa simta limitarile unui cip color si sa faca apoi trecerea la camere ccd cu cip monocrom. Fotografia cu camere cu cip monocrom nu este mai dificila, obtinerea unei imagini dureaza la fel de mult ca si in cazul unui cip color. Mai mult, pentru multe aplicatii este inutila obtinerea unei imagini color. Sunt multi astronomi amatori care realizeaza cercetari personale sau stiintifice cu telescoape de amatori si camere ccd, precum studii de stele variabile, astrometrie, spectrometrie, cautari de asteroizi, cazuri in care cipurile monocrom aduc doar avantaje datorita flexibilitatii lor. Chiar si pentru realizarea de astrofotografii estetice, cipurile monocrom aduc pe langa avantajul calitatii imaginii si detaliilor mai multe, posibilitatea de utilizare a filtrelor de banda ingusta. Pentru astronomii amatori ce isi realizeaza fotografiile din orase aceasta posibilitate este salvatoare datorita poluarii luminoase care ilumineaza complet cerul blocheaza majoritatea spectrului de lumina vizibila ce vine de la stele. Fotografia cu filtre de banda ingusta este singura forma de fotografie ce produce rezultate bune din oras.
© Toate drepturile asupra continutului acestui site apartin STARMAX S.R.L. Orice reproducere partiala sau totala fara acordul STARMAX S.R.L. reprezinta un furt si va fi pedepsita conform legii.