Astrofotografia cu camere web

CAMERELE WEB IN ASTRONOMIE

Camerele web, au inceput sa joace un rol important in randul astronomilor amatori, ajungand in ultimii ani sa aiba aproape aceleasi avantaje ca si camerele CCD profesioniste. Sensibilitatea tot mai crescuta, usurinta in utilizare, si mai apoi folosirea senzorilor CCD color, au facut ca aceste camere sa fie preferatele multor amatori de fotografie digitala. Avantajul camerelor web spre deosebire de cele ale camerele profesioniste CCD, consta in pretul redus, posibilitatea de a vizualiza obiectul fotografiat pe monitor (de unde rezulta usurinta in focalizarea camerei), numarul crescut de imagini pe secunda (30 fps).
Desi constructiv, aceste camere nu permit expuneri mari, totusi unii amatori au reusit prin modificarea electronicii, sa obtina expuneri care pot merge pana la cateva zeci de secunde. Cel mai mare dusman al expunerilor de durata este asa numitul "Curent negru" (Dark current) care apare pe imagini sub forma unor pixeli luminosi.
La camerele CCD profesioniste acest dezavantaj este inlaturat prin racirea cipului CCD cu multe grade sub 0. La unele modele de camere web se pot efectua si expuneri mai "lungi" pana la cateva secunde si fara modificari ale electronicii camerei. Zgomotul din imagine poate fi inlaturat prin asa numitele "Dark frame'uri" - imagini luate cu obiectivul camerei acoperit - in aceleasi conditii si durate de expunere ca imaginea care se doreste a fi corectata. Dark frame'ul obtinut se scade din imaginea originala cu softuri specializate obtindu-se astfel o imagine fara pixeli calzi (hot pixels). Raportul semnal zgomot poate fi de asemenea imbunatatit prin suprapunerea mai multor imagini (2-100 si in unele cazuri chiar mai mult). Cu cat numarul de imagini suprapuse este mai mare cu atat se obtine un raport semnal zgomot mai mic. O formula empirica pentru determinarea raportul semnal zgomot este radical din n, unde n este numarul de imagini care se suprapun. Cu alte cuvinte o imagine va avea un raport semnal zgomot de 2 ori mai bun daca se vor suprapune 4 imagini.
Grupul nostru de astronomi amatori a facut "cunostinta" cu tehnica fotografiei digitale in primavara anului 2002 in urma achizitiei unei camere web alb-negru model Connectix. Zilele si saptamanile ce au urmat, au fost dedicate experimentelor si cautarilor pe internet a datelor referitoare la tehnica de fotografiere. La prima vedere, camera seamana cu un ou, avand diametrul de 58 mm si cantarind doar 100g. Camera este dotata cu senzorul CCD TC255, cip folosit in celebrele camerele CCD profesioniste : ST5 produs de SBIG, PixCel 255 produs de Celestron, Pictor 208 sau 216 - Meade , si SCR200 de la Synonyme. Camera se conecteaza la portul paralel al PC'ului, iar tensiunea de alimentare ii este furnizata de portul tastaturii.

Cu putine modificari, camera permite cu succes fotografierea Lunii, planetelor vizibile cu ochiul liber, stelelor duble si a unor obiecte deepsky mai stralucitoare. Unii astronomi amatori sustin ca utilizand un telescop de 20 de cm si o expunere de maxim 5 secunde se poate atinge magnitudinea 9, insa personal cred ca se poate mult mai mult.

Constructiv, camera foloseste un covertor analog digital care utilizeaza 6 biti pentru conversia imaginii. De aici rezulta ca numarul maxim de "culori" cu care se digitizeaza imaginea este de 64.
Softul care controleaza camera permite achizitia de imagini in formatele 320x240, 280x210, 240x180, 200x150, 160x120, 120x90, 80x60 40x30 prin digitizare cu 6 digiti (64 nivele de gri) sau 4 digiti (16 nivele de gri)

Reglajele camerei se fac manual ceea ce este un avantaj enorm fata de celelalte modele. Astfel, stralucirea (expunerea), nivelul de alb si contrastul, permit utilizatorului sa seteze parametrii optimi pentru achizitia de imagini.

Camera permite fotografia in focar dupa scoaterea obiectivului si constructia unui adaptor care sa permita cuplarea acesteia la focuser. Cel mai simplu se poate folosi un capac de film, caruia i se decupeaza fundul si apoi se lipeste de carcasa camerei web (in dreptul cipului CCD) cu o solutie gen picatura sau poxipol.
Primele incercari de fotografie s-au efectuat la planeta Jupiter. Lipsa de experienta, a unei monturi ecuatoriale si mai ales dimensiunea mica a cipului CCD de doar 3,2x2,4 mm (spre deosebire de filme care au dimensiuni mult mai mari) au facut foarte dificila fotografierea acestei planete.
La inceput toate fotografiile au fost facute in focarul unui telescop newton de 150 mm cu distanta focala de 1550 mm utilizand diferite modele de adaptoare. Desi in focar planeta avea un diametru mic pe cipul CCD, totusi am reusit sa imortalizam cateva din caracteristicile specifice acestei planete: benzile de nori de pe suprafata planetei, dispunerea satelitilor.
Rezultate mai bune au fost obtinute la Luna. Aici am reusit sa fotografiem portiuni din discul lunar (mai ales in preajma terminatorului). Alte planete fotografiate insa cu rezultate mai slabe au fost Mercur, Venus si Saturn. Am incercat si fotografia de stele duble unde am obtinut separatia stelelor de 4" de arc (turbulenta ne-a impiedicat de multe ori sa facem fotografii de calitate). O parte din rezultatele mai bune le puteti gasi in sectiunile galeriei foto.

Mai jos, in ordine cronologica sunt prezentate primele noastre experimente realizate cu aceasta camera.

Prima astrofotografie - Jupiter si satelitii 4 Mai 2002. Imaginea a fost luata cu camera avand urmatoarele caracterstici: - luminozitate (brightness): 110 - contrast: 0 - nivel de alb (white balance): 180 Doua frame'uri prelucrate cu Astrostack (marire contrast, unsharp mask:3) Imaginea ne-a dat multe batai de cap, insa ne-a bucurat faptul ca am putut surprinde satelitii si configuratia acestora fata de planeta. (filtrul IR al camerei a fost demontat)
Pozele la Luna au fost mai reusite inca de la primele incercari. In imaginea alaturata zona craterului Fabricius, platforma Janssen Data 17 mai 2002 18:13:02 UT Reglaje camera: - brightenss=120 - contrast=0 - lighten=200 Imagine neprelucrata, extrasa dintr-un filmulet de 15,2 sec avand caractersticile: 320 x 240, 8 Bits, 76 Frames, 5.000 Frames/Sec, 375 KB/Sec, Uncompressed (fara filtru IR)
Craterul Copernic si zona adiacenta acestuia Data: 19 iunie 2002 21:12:58 Caracteristici fisier avi din care a fost prelucrata imaginea: dimensiune - 4,27 MB, durata - 2,9 secunde rezolutie - 320 x 240, 8 Bits, 58 Frames, 20.000 Frames/Sec, 1511 KB/Sec, Uncompressed

Ca si in cazul astrofotografiei digitale, pentru a imbunatati raportul semnal zgomot este necesara suprapunerea a cat mai multe imagini luate in aceleasi conditii. Spre deosebire de camerele de fotografiat digitale, camerele web sunt preferatele celor care fotografiaza suprafetele planetare. Numarul mare de imagini pe secunda, permit astrofotografilor sa depaseasca efecte perturbatoare precum turbulenta atmosferica.
Initial pentru prelucrarea imaginilor luate cu camera web foloseam programul astrostack. O sesiune de lucru cu astrostack incepea de obicei cu incarcarea filmuletului in format avi sau de imagini BMP, alinierea automata dupa un detaliu prezent in toate secventele, suprapunerea imaginilor dupa diferite metode, aplicarea unor filtre de conturare a detaliilor urmand ca apoi imaginea sa fie salvata in format BMP.
Interfata programului era destul de prietenoasa, toate comenziile fiind la vedere.

Numeroase articole si experimente se pot gasi pe pagina celor de la QCUIAG - Quick Cam and Unconventional Imaging Astronomy Club.
Cei ce vor sa se initieze in astrofotografia digitala ii sfatuiesc sa nu cumpere orice camera. Pe piata exista momentan numeroase astfel de "jucarii" care sunt de o calitate foarte proasta. In astronomie, nu vor putea fi folosite decat in cazul Lunii, insa si aici nu veti obtine imagini de calitate decat daca camera va permite controlul luminozitatii. In caz contrar, Luna va iesi supraexpusa, majoritatea detaliilor fiind sterse. Camera web folosita trebuie sa aiba pe cat posibil un cip CCD, sau un CMOS mai sensibil, rezolutie de cel putin 640x480 si foarte important posibilitatea reglajelor manuale a expunerii si contrastului. Seria camerelor web 2UCam a celor de la Philips sunt foarte bune in acest sens. Rezultate foarte bune se pot obtine in astrofotografia planetara si a Lunii sau a Soarelui (in cel din urma caz trebuie sa folositi neaparat filtre speciale, gen Mylar sau Baader, in caz contrar riscati sa stricati camera) insa nici domeniul deepsky nu e "de lasat". Prin unele modificari aduse unor camere (atentie, nu toate sunt compatibile) se pot fotografia unele obiecte deepsky mai stralucitoare. Oricare ar fi alegerea voastra va dorim sa aveti rezultate pe masura.