oleg.milantiev.com
Астролюбитель? АстроФотоЛюбитель? АстроФотограф! Вот кто ты, вероятно. Раз читаешь этот текст. Быть может ты опытный боец и мои мысли лишь позабавят тебя, а может ты в самом начале Пути и готов выслушать мой вариант ответа на вопрос: «Какую камеру стоит купить к этому дипскай астрографу«?
Начну с самого начала. Какие бывают камеры для съёмки объектов глубокого (далёкого) космоса. CCD или CMOS, на самом деле не имеет почти что никакого значения в начале выбора. Имеет значение:
- цена. Что логично, раз есть машина Жигули, а есть Ламборджини, то есть и астрокамера Canon EOS 450 Da б/у за 6500р, а есть какой-нить 35×35мм чёрнобелый монстр весом под пять кило и ценой с десяток килобаксов;
- цветная или монохромная. По сути, все сенсоры с рождения монохромные («чёрно-белые»). Цветовая дифференциация наступает позже. Тогда, когда производитель сенсора решает, будет ли он наносить микросветофильтры по маске мсье Байера или оставит как есть — чб. Какие-то сенсоры, поэтому есть и чб, и цветные. Но многие, к сожалению, только цветные. Это порой сильно сужает выбор;
- размер пикселя. Наиважнейшая техническая характеристика астрокамеры. Производитель, производя произведение CCD / CMOS искусства, от балды выбирает размер каждого пикселя в сетке Х на Y пикселей на своём новом сенсоре. Обычно, линейный размер каждого пикселя дипскай астрокамер лежит в пределе от 1мкм (очень мелкий) до 9мкм. Есть, конечно, камеры и с 28мкм пикселем, но это те самые ламборджини обычно : ).
- разрешение камеры. Нетрудно догадаться, что количество пикселей производитель так же берёт с потолка. В одном сенсоре это лишь пол миллиона точек (камера разрешением пол мегапикселя). В другой же их аж 50 миллионов (50 мегапикселей). Обычное разрешение современных дип-астрокамер варьируется примерно от 2 до 35 Мпикс. Вдобавок к разрешению, производитель ещё и пропорции берёт с того же туманного потолка. Бывают 1:1 (квадратные), бывают 3:2, 19:6 и другие;
- шум считывания. Тынц, сказала камера. Или тихо, без затвора, отсняла кадр и давай его переводить в цифру, загонять по USB / Ethernet / WiFi / … в комп. По пути от конденсатора накопления электронов пикселя к компу, к сожалению, так или иначе, возникает беспорядок. Какой-то электрон затерялся. А кой-где пришёл новый. В итоге мы говорим, что нормированный шум этой астрокамеры составляет столько-то электронов. Обычно мы говорим про 1 .. 16е шум считывания;
Ещё есть темновой шум, есть время считывания, бывают камеры с холодильником, а есть без него — это, хоть и важно, но тоже вторично. То есть понятно, что при езде на машине по городу АКПП удобней ручной коробки передач. Но и на ручной люди ездят. Говорят. Не суть. Суть вопроса — начать понимать какая же камера нужна. А с частностями уже можно разобраться позже.
В астрофотографии, на удивление новичков, отсутствует понятие увеличение. Однако, есть термин «масштаб изображения». Допустим, мы говорим, что эта галактика угловым размером 11 угловых минут отображается на камере размером в 666 пикселей. Это означает, что каждому пикселю досталось 11 * 60 / 666 = 0.99 угловых секунд. Угловой размер пикселя зависит только от фокусного расстояния объектива в миллиметрах и линейного размера пикселя (обычно в микронах). Простая формула, дальше покажу её, множит и делит одно на другое, выдавая искомое число 0.99″ из примера выше.
С камерами, надеюсь, стало чуууууть-чуть понятней. Вернёмся к объективу. К «этому самому» объективу (телескопу), который ты сдуру купил или планируешь. Который имеет определённую апертуру и фокусное расстояние. С точки зрения подбора камеры, для большинства простых объективов, всё равно какой он схемы (ньютон, апошка, шк-шка, мак, …), какое у него центральное экранирование и сделан ли он литой трубой или собран на ферме. Важна только апертура и важно только фокусное.
Апертура. Я не откажусь от полуметрового светосильного телескопа. А вот от шестиметрового длиннофокусного без адаптивки — откажусь.
Шутка, конечно, но с долей правды. «Апертура ради апертуры» — это тупик наркомана. Хочется больше… больше. Ещё больше!
Мне кажется, всегда нужно отталкиваться от задачи. Если задача — съёмка дипов, то скорей всего хочется, чтобы с одной стороны, не было оверсемплинга. С другой, чтобы undersampling не возник. А теперь ты спросишь, что за бесовские слова? �� А я отвечу, попивая утренний чай. Что сумничал я только из-за понравившегося мне слова. А означает оно, что было бы круто, если б масштаб изображения на камере совпадал с тем, что может выдать твой объектив и с тем, что может пропустить твоя атмосфера. И чем же, простите на милость, мы ограничены? Хто мешает жить как завещал Великий Хаббл и пророк его — телескоп его имени? Таких основных факторов лишь два:
- диф. предел. Тут о нём хорошо рассказал Эрнест: тынц на астрономи.ру.
Хорошо рассказал он, по моему мнению потому, что привёл простую понятную таблицу предела разрешения. Для 6″, например, разрешение меньше 0.8″ никак не получится; - но 0.8 диф. предела — это неплохо. Потому как атмосфера у нас редко даст разрешение лучше 1″ — 1.5″. Бывает и 0.5″, но это только по праздникам. И то не на долго. Обычно же полтора-два в Краснодарском крае, 2 — 2.5 в Подмосковье. Про Чили вспоминать принципиально не буду. Хоть там 0.2 — 0.8″ сиинг.
Вот и получается, что 150-ка — подходящий объектив для камеры с боль-мень стандартным масштабом 1″ на пиксель (одна угловая секунда на пиксель). А для 500-ки можно замахнуться на разрешеньице покруче. Вот только реализовать его, скорей всего, может не получиться. А может получиться. 50 на 50.
Сиинг и дифракция, превращают звезду из элегантной точки, диаметром ноль целых и ноль десятых, в то, что мы в астрофотографии на фотке называем «звездой». В, если смотреть в профиль, колокол. В центре точки (звезды) яркость высокая, дальше поменьше-меньше-меньше и … утонуло в шумах. Астрономы нашли универсальный способ измерения размера звезды, назвав его FWHM. Я не буду останавливаться на этом подробно сейчас, скажу лишь, что FWHM 1″ — классно и прикольно. FWHM 2″ тоже неплохо, хоть и чуть смазано. FWHM 0.5 угловых секунд блин… это очень круто и чаще невозможно на этом оборудовании под этим небом вовсе.
Вот мы и нашли ориентир. Если говорить о короткой дудке (апошка 80 мм или фотообъектив, или), то диф. предел не даст разогнаться. На таком объективе 2 — 4″ на пиксель смотрятся органично. Огромные поля…. Орион чё-ко-пай, Плеяды, галактика Андромеды и т.п. ждут тебя, позируя в фас и профиль на небе.
Объектив (телескоп) поапертуристее просит 1″ на пиксель. Да, можно и 0.2″ на пиксель забарлушить, да не пропустят такое разрешение те два вышеозвученных негодяя — дифракция и сиинг. Так что 1″ само то.
Я начал набрасывать табличку, где исходя из фокусного можно подобрать оптимальную камеру под задачу. Тынц на гуглдок, где можно ввести свои значения и получить ответы на свои вопросы.
Теперь задача сильно упростилась. Из многообразия камер на рынке теперь можно выбрать пяток тех, что хоть как-то подходят технически. Дальше глянуть в пустой кошелёк и отбросить из них половину. Оставшиеся 2-3 камеры изучить детально и принять решение, что к Этому Телескопу нужна Именно Эта астрокамера.
Путь чайника в астрофото. Часть 1 — Оборудование
Без преувеличения можно сказать, что астрофотография — один из самых технически сложных разделов фотографии. Сложности состоят не только в некоторой удаленности объектов наблюдений, но и в различных моментах организационного характера. 
Астрономия как хобби интересовала меня давно, и наконец появилась практическая возможность попробовать себя в этом деле. Количество граблей на этом пути можно пересчитать десятком, и возможно подобная статья убережет новичков от ненужных трат.
«Как это работает», подробности под катом.
Выбор телескопа
Монтировка
Если говорить сильно упрощенно, то телескопы бывают 3х разновидностей, в зависимости от типа используемой монтировки. Ведь как давно было сказано еще Галилеем, все-таки Земля вертится, и телескоп должен поворачиваться вслед за звездами на небосводе. Поэтому монтировка — это не менее важная часть телескопа, чем собственно оптическая труба.
Итак, есть 3 типа монтировок:
— Экваториальная монтировка 
Самый правильный тип монтировки применительно к астрофото. Ось монтировки направлена в направлении Полярной звезды (ось вращения земли), таким образом в идеале телескоп вращается «синхронно» с небом. «В идеале», т.к. в реальности механика неидеальна, да и наведение на полярную звезду тоже, в общем тут зарыты грабли N1, которые решаются во-первых, покупкой хорошей монтировки (около 1000$) и опционально, дополнительной гидирующей камеры, более точно удерживающей звезду в центре (200-300$). Еще могут понадобиться всякие крепежи и прочие железяки, которые в комплекте с телескопом не идут, но весьма прилично стоят.
Грабли N2 — как можно видеть из фото, монтировка достаточно громоздкая и тяжелая, помимо телескопа есть еще и противовесы, суммарный вес конструкции может быть 20-30кг.
— Альт-азимутальная монтировка 
Данный тип монтировки полегче и попроще, требует меньше места и в целом весьма неплох. Однако как нетрудно догадаться, наблюдатель проигрывает в качестве, в частности из-за того что ось телескопа вращается несинхронно с осью земли, имеет место так называемое «вращение поля», из-за чего длинные выдержки невозможны. Это грабли N3.
Впрочем для коротких выдержек это не так уж критично, а при желании можно докупить так называемый «экваториальный клин». При помощи него азимутальная монтировка по сути превращается в экваториальную, а телескоп будет стоять раскорякой примерно так: 
Цена этого клина около 300$, что есть грабли N4, так что имхо оно того не стоит — если ставить целью делать качественные фото, проще купить экваториальную монтировку сразу, чем делать такой сомнительный апгрейд.
В моем случае, все было решено за меня — экваториальная монтировка банально не помещается на моем балконе, так что выбора в общем-то и не было, пришлось брать альт-азимутальную.
— Монтировка Добсона 
Самый простой и дешевый тип монтировок. Для астрофото по большому счету не подходит вообще, кроме Луны и планет. Сейчас есть компьютеризированные монтировки Добсона с электромоторами, однако их цена совсем немалая, и смысла в этом для астрофото в общем, нет.
Однако, плюс монтировки Добсона в ее дешевизне — например, за ту же цену можно купить 125мм телескоп с электроникой, или 200мм телескоп на монтировке Добсона. Очевидно, что второй покажет гораздо больше. В общем, если денег мало то об этом тоже можно подумать.
Апертура (диаметр объектива)
По большому счету, для астрофотографии апертура не так уж критична — в отличие от глаза, камера может накапливать свет. Но ведь в телескоп хочется еще и смотреть, так что этот параметр весьма важен. Все зависит исключительно от цены и финансовых возможностей покупающего. Примерно, можно выделить несколько вариантов:
— до 120мм: по сути больше игрушка, в которую кое что можно посмотреть, но выбор объектов будет сильно ограничен. Цена вопроса до 600$.
— 120-160мм: средний уровень, вполне пригодный как для начала, так и для дальнейшего «роста». Цена вопроса 600-1200$.
— 200мм и выше: для сильно продвинутых любителей, тут уже встают вопросы как цены так и габаритов.
В целом, тут есть грабли N5 — это масса и габариты телескопа. Можно купить просто отличный телескоп массой 30кг, и желание выносить его на улицу отпадет на 3й раз наблюдений. Телескоп с диаметром 5-8″ вполне неплохой компромисс для начала, позволяющий с одной стороны, много чего увидеть, с другой стороны, это не так уж напряжно в плане габаритов и цены.
Разумеется, есть другие параметры, такие как оптическая схема, светосила, фокусное расстояние, но все в целом не описать в одной статье.
В моем случае, исходя из требования компактности, был приобретен телескоп Celestron Nexstar 6″.
Выбор камеры
Когда-то давно, лет 5-10 назад, любители астрономии ставили на телескопы цифромыльницы через переходники и переделывали веб-камеры. Сейчас это стало неактуально, появились более-менее готовые решения, основных производителей любительских камер два: QHY и ZWO. Камера подсоединяется к телескопу вместо окуляра, в качестве интерфейса используется USB2 или USB3. 
Как и в любой другой фототехнике, цена здесь зависит от размера матрицы и количества мегапикселов. Еще камеры бывают монохромные и цветные, модели с охлаждением и без. Примерная цена вопроса — от 200$ до 2000$, более-менее средней ценой для любителя можно считать 400-500$: за эти деньги можно купить камеру с разрешением 2-6МПкс и выдержками до 1000с. Больше в принципе и не надо, даже такие параметры не обеспечит телескоп среднего ценового диапазона.
Если в наличии есть DSLR камера со сменной оптикой, то можно использовать и ее, докупив соответствующий адаптер.
Выбор ноутбука
Как упоминалось выше, астрономические фотокамеры в основном, подключаются по USB. Камера пересылает на компьютер несжатый видеопоток (сжатие здесь неуместно, т.к. мы хотим рассматривать детали объектов а не артефакты mpeg). Так что желателен ноутбук с USB3.0 и достаточным местом на диске (1 минута несжатого видео занимает около гигабайта).
Выбор места наблюдений
Для всей любительской астрономии это самый сложный момент. По большому счету, слабых звезд в городах уже давно не видно, как писали здесь же на geektimes, выросло поколение людей, не видевших Млечный Путь (я сам его первый раз увидел лет в 25). В общем, это грабли N6 — в городе телескоп покажет от силы на 10% своих возможностей. В идеале, чтобы увидеть темное небо, в случае Москвы или Питера, надо отъехать километров на 80. Более точно можно узнать, посмотрев на сайте свое местоположение на сайте www.lightpollutionmap.info. Конечно, мотаться каждую ясную ночь на 80км никто не будет, так что остается смириться с тем что есть, и выбирать из доступных вариантов. Счастливые владельцы личного дома могут наблюдать на заднем дворе, это самый лучший вариант, для остальных остается либо дача, либо балкон (экстрим типа выноса оборудования суммарной ценой 2500$ на уличный двор я не рассматриваю).
В случае наблюдений на балконе имеют место грабли N7 — это тепловые потоки от здания. В холодное время года теплый воздух из окон поднимается вверх, и заметно «мылит» изображение. Это не видно глазом, но при увеличении 100-200х атмосфера уже критично влияет на качество.
При большом увеличении звезда может быть видна примерно так:
Что как видно, сильно отличается от изображения звезды в Stellarium. К счастью, для фотографии это не так уж критично, т.к. софт позволяет отбирать лучшие кадры из длинной серии.
Что наблюдать?
Всего для астрономических наблюдений/фотографий доступны следующие объекты:
— Луна и Солнце (обязательно с фильтром)
— планеты
— туманности и галактики
Если говорить про наблюдения из города, то наблюдателю доступны по сути, первые 2 пункта (из туманностей видны только наиболее яркие). Исходя из этого, в моем случае был сделан выбор в пользу «планетного» телескопа, с большим увеличением но небольшой светосилой.
Заключение
На этом краткий обзор «железа», необходимого для астрофото, можно закончить. Как можно видеть, не все просто, и нюансов здесь много, как для кошелька, так и для вопросов «что выбрать», так и для организационных моментов.
О софте для фотосъемки и обработке результатов будет рассказано в следующей части.
PS: Сразу хочется ответить на вопрос, который наверняка последует — «зачем это надо». В общем-то ответ прост — просто потому что интересно. Разумеется, никакой научной, общемировой или высокохудожественной ценности большинство любительских наблюдений и фотографий не имеют. Даже с 14″ телескопом не получить фото лучше чем это делают проф.обсерватории в Чили. Однако как хобби, это ничем не «хуже» дайвинга, катания на лыжах или собирания марок. К тому же, изучение технологий обработки изображений также весьма интересно, и может пригодиться и в других областях.
Фотоаппарат для астрофотографии
Для съемок объектов дальнего космоса (дипскай) любители астрономии используют специальные астрокамеры или зеркальные фотоаппараты. Выбор зеркального фотоаппарата обусловлен возможностью снять объектив и снимать в прямом фокусе телескопа, установив фотоаппарат на фокусер через переходник. Астрокамера вставляется в фокусер вместо окуляра и также снимает в прямом фокусе телескопа. Но прежде чем перейти к выбору астрокамеры или фотоаппарата необходимо определить какая матрица даст лучший результат при съемке с вашего телескопа.
Подбираем фотоаппарат к телескопу
Разберемся как подобрать фотоаппарат к конкретному телескопу-астрографу, используя для примера рефлектор Ньютона SW 2001 — апертура 200 мм, фокусное 1000 мм.
Прежде всего необходимо определить предельное разрешение телескопа, для астрофотографии его можно определить по критерию Релея 114/D, где D – апертура телескопа. Так 200 мм рефлектор будет иметь по формуле предельное разрешение 0,56’’( угловых секунд).
Однако здесь в дело вступает атмосфера и дифракция, атмосферное волнение (сиинг) размывает сигнал, а явление дифракции рассеивает точечный источник света в диск. Таким образом при съемке на длительных выдержках в среднем получается разрешение около 2’’ и больше, лучшие результаты можно получить в высокогорных районах или при отличной атмосфере, что бывает нечасто. Учитывая эти факторы при подборе матрицы приемника к телескопу можно принять 1’’ на пиксель матрицы как разумную расчетную величину, так как дипскай объекты снимаются на длительных выдержках, а чем больше выдержка, чем больше размытие.
Рассчитаем пример: Телескоп 200/1000 и зеркальный фотоаппарат Canon 1200d
Размер пикселя у матрицы данного фотоаппарата 4.3um.
Посчитаем разрешение на пиксель по формуле: Размер пикселя фотоаппарата / Фокусное расстояние телескопа * 206.265 = 0.89
Получили 0.89’’ что это значит на практике?
Хорошим результатом считается, если самые мелкие звезды укладываются в 3 пикселя на итоговом изображении. Почему 3 пикселя? Если звезда укладывается в 1 пиксель, то она превращается в точку, 2 пикселя не обеспечивает должного сглаживания звезды по краям, так что 3 пикселя лучший вариант (так же фигурируют значения 3.3 и 3.5 с запасом на последующую обработку изображения).
В астрофотографии используется такое понятие как FWHM. FWHM – полуширина, область рассеяния, где яркость пикселей превысила половину от значения самой яркой точки звезды. Этот параметр позволяет определить диаметр изображения звезды на фотографии без учета погрешностей, выбирается наименьшая звезда на астрофото и определяется количество пикселей, которые на неё приходятся. Можно загрузить астрофото в программу DeepSkyStackert, зарегистрировать изображение и получить результат FWHM наименьшей звезды.
В связке телескопа SW2001 и Сanon 1200D удалось получить минимальный FWHM на астрофото в 4 пикселя (вместо желаемых 3). Умножим 4 на 0,89’’ и получим 3,56’’ разрешения сетапа. Мы получили чуть большее значение чем хотелось бы, это означает что следует выбирать матрицу с более крупным размером пикселя, при котором угловое разрешение на пиксель будет равно 1’’.
По формуле делаем уравнение, принимаем размер пикселя за X.
X / 1000 * 206.265 = 1
X*206.265 = 1000
X=1000/206.265
X=4,85um
Ответ: Матрица с размером пикселя 4.85 – будет лучшим вариантом для этого телескопа. Можно подбирать фотоаппарат или астрокамеру с размером пикселя близким к этому значению, например это может быть зеркалка Canon 50D. При этом стоит помнить, что чем больше размер пикселя, тем больше его чувствительность, для съемки тусклых дипскай объектов это немаловажно.
Главное, чтобы количество угловых секунд на пиксель было не меньше разрешающей способности телескопа, при этом разрешающую способность меньше 1’’ мы принимаем за 1’’ из-за влияния атмосферы и дифракции. При планетной и лунной фотографии стоит выбирать камеру с меньшим размером пикселя, для расчета можно использовать предельное разрешение телескопа по критерию Релея. Этот вопрос мы обязательно обсудим в одной из статей.
Если ваша камера отличается от оптимальных параметров для вашего телескопа, то искать ей срочную замену не стоит – оптимизировать фотографию можно, уменьшив её масштаб до приемлимого FHWH. Однако при подборе оборудования для астросетапа размер пикселя должен являтся важным параметром выбора камеры.
Астрофотография для начинающих. Как собрать базовый сетап. Часть 1
Астрофотография для начинающих. Как собрать базовый сетап. Часть 1
Визуальные наблюдения за ночным небом – это, безусловно, широчайшее поле для исследований, занимающее у начинающих астрономов-любителей большое количество времени на первых порах работы с телескопом. Однако рано или поздно, каждый из нас приходит к тому этапу изучения космоса, на котором довольствоваться лишь «визуалом» становиться недостаточно. Глядя на красочные фотографии планет, туманностей и галактик, сделанные продвинутыми любителями с помощью обычных бытовых телескопов, конечно же, также хочется приобщиться к сообществу астрономов-фотографов. С чего начать и как подготовить необходимое оборудование, мы и расскажем в данной статье.
Астрофотография для начинающих – видео
Итак, для начала занятий астрофотографией нам потребуется два основных устройства – это, разумеется, телескоп и камера, подключаемая к нему.
Телескоп для астрофотографии
Телескоп для астрофотографии должен обладать минимальным набором следующих требований:
- стандартный посадочный диаметр окулярного узла – 1,25 или 2 дюйма
- приемлемое качество оптики – обязательное наличие стеклянных линз, детские модели с пластиковыми оптическими элементами не подойдут для съемки космоса. Диаметр объектива должен составлять хотя бы 50-60 миллиметров для захвата достаточного количества света и формирования изображения с необходимым минимальным разрешением
- качественная механика окулярного узла – фокусер должен выдержать без значительных люфтов нагрузку, которую создаст камера, и в идеале должен быть выполнен из металла, хотя допускается и пластиковое исполнение
- тренога и монтировка должны уверенно нести телескоп со всем установленным на него оборудованием – обратите внимание на максимальный допустимый вес, который способна обеспечить монтировка и сравните с массой оптической трубы телескопа в сборе с искателем, переходниками и камерой
- одиночные кадры ярких объектов – Луны, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна или ярких созвездий можно делать с любым типом монтировки, однако для съемки объектов дальнего космоса – туманностей, галактик и звездных скоплений обязательно потребуется автонаведение, хотя бы в виде простого привода часовой оси
Камера для телескопа
Камеры для телескопа, бывают, как правило, двух основных видов:
- астрокамера для телескопа, имеющая компактные габариты, малый вес и «заточенную» на съемку астрономических объектов начинку. К плюсам такого решения можно отнести несколько меньшие затраты времени на обработку полученных материалов а также легкую установку – камера просто монтируется вместо окуляра, и ваш телескоп готов к съемке
- обычная цифровая фотокамера со сменной оптикой – телескоп выступает в роли объектива и подключается через систему переходников – более универсальный вариант, отлично подходящий для знакомства с астрофотографией
На этом заканчивается теоретический раздел, во второй части данной статьи мы расскажем о сборке оборудования и необходимой настройке камеры для занятий астрофтографией.