Camerele de ghidaj
Camerele de ghidaj se ocupă, cum le spune numele, cu ghidajul telescopului. Ele urmăresc una sau mai multe stele cu expuneri scurte, de câteva secunde, și trimit monturii semnale pentru a corecta poziția stelelor în câmp, în cazul în care acestea au deviat din varii motive.
Camerele de ghidaj, de obicei, au un senzor mic de 1 / 2.8” sau 1 / 3”, precum cele planetare, și nu sunt răcite. Pot avea pixeli de 3.75”, 2.9”, etc. Cu cât pixelii sunt mai mici, cu atât pixel scale va fi mai mic, dar și sensibilitatea la lumină va fi mai scăzută, comparativ cu o cameră cu pixeli mai mari.
Se pot utiliza și camere color, însă camerele mono sunt preferate, din cauza că nu pierd informație din cauza filtrului Bayer de culoare.
Una din cele mai populare camere de ghidaj este ZWO ASI120mm-MINI, o cameră cu senzor AR0130, de 1 / 3”, cu pixeli de 3.75um, mono. Prezintă niște caracteristici care o fac perfectă pentru a realiza ghidajul pentru majoritatea sistemelor de astrofotografie.
Dacă rezoluția, sensibilitatea sau mărimea unui senzor AR0130 nu este de ajuns, putem folosi camere cu senzor IMX224/225, IMX178, IMX290 sau altele, care au sensibilitate mai bună (224/225), ori pixeli mai mici (290) sau o suprafață mai mare (178). O suprafață mai mare a senzorului poate fi foarte de ajutor în situația în care utilizăm un sistem de ghidaj OAG cu prismă mai mare, deoarece ne permite să folosim o imagine mai mare în care vom avea mai multe stele pentru ghidaj.
Camerele principale
Această categorie cuprinde orice cameră folosită pentru realizarea imaginilor cu obiectele din spațiu. Poate fi o cameră DSLR/Mirrorless sau poate fi o cameră dedicată pentru astrofotografie, cele din urmă pot fi mono sau color, cu sau fără răcire activă.
Camere foto DSLR/Mirrorless
Camerele foto DSLR/Mirrorless sunt cel mai simplu mod de a începe astrofotografia. Dacă sunteți deja pasionați de fotografie, probabil aveți deja o cameră DSLR/Mirrorless pe acasă și o puteți utiliza și pentru astrofoto. Deși sunt puțin ineficiente, din cauza filtrului ce blochează Hidrogenul alpha și Sulf (filtru care poate fi înlăturat), putem obține imagini foarte bune folosind aceste camere, dacă realizăm corect setările și eliminăm orice fel de noise reduction din cameră.
Un alt neajuns al camerei DSLR/Mirrorless este răcirea, sau, mai degrabă, lipsa ei. Pe parcursul sesiunii de astrofotografie, senzorii și circuitele din interiorul camerelor se vor încălzi și, în consecință, vor introduce zgomot termic în imagini. Din păcate, acest zgomot nu poate fi redus foarte eficient prin utilizarea de dark-uri, deoarece acest zgomot este proporțional cu temperatura. Neputând să controlăm exact temperatura la care facem cadrele light și dark, nu vom putea niciodată să avem dark-uri care compensează corect.
Cu toate acestea, însă, foarte multe astrofotografii au fost și încă sunt realizate cu aceste tipuri de camere foto, iar rezultatele obținute de astrofotografi sunt mai mult decât satisfăcătoare. Camerele Canon au un senzor de temperatură integrat, ceea ce permite anumitor aplicații de stacking (ASTAP) să potrivească cadrele light cu cadrele dark după temperatură, pentru o calibrare mai eficientă. Putem realiza pe parcursul timpului mai multe master darks în diferite condiții de temperatură și putem folosi această aplicație pentru a calibra fiecare cadru light cu masterul potrivit.
Pentru a alege o cameră DSLR/Mirrorless pentru astrofotografie, trebuie să avem în vedere următoarele:
Dacă putem, să găsim o cameră căruia i-a fost scos deja filtrul de pe senzor sau una care a fost proiectată fără acel filtru inițial (Canon 60Da, Ra, etc.)
De preferat, o cameră care poate fi controlată de software-uri de astrofoto, pentru a ne putea folosi de ea pentru centrarea obiectelor cu ajutorul plate-solving.
Să putem procura un adaptor de la baioneta camerei la T2 sau M48, cele două standarde de filet cele mai întâlnite în astrofotografie.
O baterie “dummy” ar fi utilă pentru a nu întrerupe sesiunea de astrofoto când se consumă bateria camerei. O baterie dummy poate fi conectată la un sistem de 12V sau o baterie externă de telefon pentru a menține camera alimentată mai mult timp. Unele camere pot fi alimentate prin USB-ul camerei.
Câteva exemple notabile care au fost folosite cu succes de-a lungul timpului pentru astrofotografie sunt:
Canon: 550D, 600D, 60D, 60Da (cameră cu filtrul modificat din fabrică), 1100D, 2000D (APS-C), 5D, 6D (Full Frame), Rp, R, Ra (cameră cu filtrul modificat din fabrică)
Nikon: D5300, D5600, D850
Am dat doar exemple de Canon și Nikon, deoarece sunt utilizate de marea majoritate a astrofotografilor și pot fi controlate prin software de astrofotografie, cum ar fi NINA sau APT. Lista camerelor compatibile cu APT, spre exemplu, poate fi găsită aici:
https://astrophotography.app/EOS.php
https://astrophotography.app/nikon.php
Camere dedicate
Aceste camere sunt construite special pentru astrofotografie. Senzorii aleși sunt, de cele mai multe ori, senzori de camere de supraveghere sau camere industriale, din cauza sensibilității crescute la lumină slabă. Ele nu au display sau butoane de control și vor fi controlate exclusiv prin software pe calculatorul de control. Ele pot fi împărțite în câteva categorii:
Camere planetare: Camere cu senzor mic și pixeli mici, care pot captura detalii foarte fine de pe suprafața planetelor. Nu sunt recomandate fotografiei de obiecte deep sky, deoarece nu au nici sensibilitatea, nici raportul semnal/zgomot necesare pentru o fotografie curată.
Camerele deep-sky fără răcire: Aceste camere au în construcție un senzor sensibil și cu o suprafață mai mare, util pentru capturarea obiectelor deep sky, dar care nu dispun de răcire activă a senzorului. Din această cauză, raportul semnal/zgomot va scădea, odată cu creșterea temperaturii, iar calibrarea cu cadre dark va fi foarte complicată. Sunt utile în cadrul EAA (Electronically Assisted Astronomy), în acest caz utilizându-se live stacking cu expuneri scurte, de până la 30s. Avansările tehnologice ce au venit cu tehnologia STARVIS 2 au făcut ca aceste camere fără răcire activă să fie mai potente decât înainte. Tehnologia STARVIS 2 dispune de un QE foarte ridicat și un nivel de zgomot termic și de citire foarte reduse, ce permit realizarea expunerilorr lungi fără ca zgomotul să afecteze foarte mult imaginile finale. Exemplu de camere ce folosesc senzori cu acest tip de tehnologie sunt camerele cu IMX585 sau IM715
Camerele deep sky cu răcire pe ventilator: Camerele răcite cu ventilator nu diferă la performanțe foarte mult de cele nerăcite, deoarece temperatura nu va putea fi niciodată menținută la un nivel constant, dar temperatura senzorului va putea fi minim temperatura ambientală. Sunt utile tot în cadrul EAA, răcirea eliminând puțin din zgomotul creat de temperatura crescută a electronicelor în cameră.
Camerele deep sky cu răcire termoelectrică: Aceste camere sunt cele mai populare pentru astrofotografia deep sky, deoarece senzorii acestora sunt răciți cu o pompă de căldură termoelectrică în 2 etaje. Temperatura poate fi, astfel, menținută pe tot parcursul sesiunii. De asemenea, temperatura senzorului poate fi reglată mult sub temperatura ambientală, unele camere fiind capabile să răcească senzorul cu până la -45 de grade față de temperatura ambientală. Cum știm că zgomotul termic este direct proporțional cu temperatura senzorului, această răcire îl elimină foarte eficient. De asemenea, putem avea cadre dark la exact aceeași temperatură ca și cadrele light. Mai mult, putem face o serie de cadre dark pe care le putem folosi la orice stack pentru o perioadă de până la un an. Regula este ca aceste cadre să fie reînnoite o dată pe an, pentru că senzorul și electronica din cameră se vor degrada în timp, afișând noi defecte care nu au fost capturate în dark-urile vechi (pixeli morți, pixeli fierbinți). Camerele dedicate necesită alimentare separată la 12V și unele nu funcționează decât dacă au această alimentare conectată.
Camere Mono sau Color (OSC – One shot color)
Pe lângă aceste categorii, camerele pot fi împărțite în Mono sau Color.
Camerele OSC
La bază, toți senzorii fotografici sunt monocromatici. Ceea ce îi transformă în senzori color este matrița Bayer, un “curcubeu” de filtre peste pixelii senzorului, care îi ajută să determine culoarea imaginii capturate. Deși există și alte exemple, cel mai întâlnit model de matriță Bayer este RGGB (Red Green Green Blue).
RGGB reprezintă gruparea de 4 pixeli, aranjați într-un pătrat și peste care s-au aplicat filtrele Roșu, Verde și Albastru. Observăm că avem de două ori pixeli verzi. Asta este din cauza că ochiul uman este de două ori mai sensibil la verde decât la alte culori. Pentru a păstra acel balans de culori, s-au dublat pixelii verzi. În momentul în care o poză este realizată cu un DSLR, ea este imediat “debayered”, adică se execută o interpolare pentru a determina culorile fiecărui pixel în funcție de valoarea luminozității din pixelii vecini.
Această interpolare reușește să reconstruiască, cu o anumită fidelitate, imaginea ce a căzut pe senzor în momentul în care am făcut poza.
Camerele Monocromatice (sau Alb-Negru)
Aceste camere au senzori de imagine cărora nu le-a fost aplicat niciun filtru Bayer peste pixeli, ceea ce înseamnă că vom captura strict informația de luminozitate, sau luminanță, a imaginii. Pentru a obține o imagine color dintr-o cameră monocromatică, va trebui să folosim niște filtre specializate pentru fiecare din cele 3 culori, Roșu, Verde și Albastru. De asemenea, putem captura și imagini speciale pentru Luminanță, pe care le putem suprapune, apoi, peste imaginea color compozit pentru a obține un contrast mai bun. Imaginile de tip Luminanță sunt capturate folosind doar un filtru IR/UV cut și capturează tot spectrul vizibil al luminii în aceeași imagine. Acest cadru este cel mai detaliat și are raportul semnal/zgomot cel mai bun.
Atunci, având în vedere faptul că o cameră color va obține o poză fără să ne batem capul cu filtre și 3 poze în loc de una, de ce am alege o cameră mono?
În fotografia de zi cu zi, nu ar avea sens să alegem o cameră monocromatică. Dacă vrem poze alb-negru, putem reduce saturația la 0, dar putem reveni imediat la fotografii color.
În astrofotografie, situația este alta. Din cauza că o cameră color are matrița Bayer, pixelii roșii vor primi doar 25% din lumina incidentă pe senzor. La fel și albastru, iar verde va primi 50% din lumina totală. Din păcate, verde este o culoare care lipsește aproape complet din spectrul culorilor emise și reflectate de obiectele din spațiu, așa că, aproape 50% din lumina incidentă este “risipită”.
În zona roșie a spectrului luminii vizibile se întâlnesc cele mai importante emisii spectrale din nebuloase, anume Hidrogen Alfa () și Sulf (). Având în vedere că doar un pixel din 4 este roșu, capturăm foarte puțin din informația ce ne interesează într-o singură expunere.
În aceeași situație este și culoarea albastră, unde avem emisii de Oxigen () și Hidrogen Beta (), iar majoritatea nebuloaselor de reflexie reflectă în zona albastră a spectrului vizibil.
Mai mult, dacă dorim să realizăm fotografii de bandă îngustă, adică să capturăm, folosind filtre speciale, doar emisiile spectrale ale acestor elemente, vom fi limitați. Deoarece majoritatea emisiilor se întâmplă în Roșu și Albastru, în timpul realizării unei fotografii, ne vom folosi doar de 25% din lumina emisă de Hidrogen, Sulf sau Oxigen și, cum emisiile acestor elemente sunt destul de slab luminoase, problema este amplificată.
De asemenea, pentru a putea obține palete SHO, HSO, HST Pallette, Foraxx, etc. este necesar ca emisiile Hidrogenului și Sulfului să poată fi separate. Acest lucru nu poate fi realizat folosind camere OSC, decât dacă realizăm două seturi de expunere cu filtre dual-band, odată cu Hidrogen si Oxigen, apoi cu Sulf si Oxigen. Acest lucru se datorează faptului ca Hidrogenul și Sulful emit în zona roșie a spectrului.
Asta nu înseamnă că nu pot fi realizate fotografii de bandă îngustă cu o cameră color. De-a lungul timpului eu, precum și nenumărați colegi din asociație sau alți astronomi amatori au reușit să realizeze fotografii de bandă îngustă excepționale folosind camere color. Combinațiile HOO încă pot fi realizate cu o camera color, folosind un filtru dual band de Hidrogen și Oxigen.
Ar fi ieșit mai bine cu o cameră monocromatică? Probabil, dar un mare avantaj al camerei color, pe care l-ar aprecia și un veteran, dar, mai ales, un începător, este complexitatea mult redusă. Nu avem nevoie de filtre speciale, de roată de filtre, de secvențe complicate de expunere, iar rezultatul poate fi observat instant după ce se execută expunerea. De asemenea, post-procesarea imaginilor va fi mai ușoară și mai rapidă, deoarece vom avea un singur cadru, în loc de 3 sau 4, pentru a realiza o fotografie color.
Deoarece camerele monocromatice nu au filtru pe pixeli, ne putem folosi de filtre speciale pentru a izola culorile sau emisiile spectrale fără a fi limitați de numărul pixelilor de acea culoare. Dacă realizăm o fotografie cu un filtru roșu, toți pixelii vor captura lumina roșie. De asemenea, putem mult mai ușor separa emisiile spectrale folosind filtre speciale de bandă îngustă, separate, pentru Hidrogen, Sulf și Oxigen. De asemenea, toți pixelii de pe senzor vor captura lumina emisă de aceste elemente.
Ați putea crede că, din cauza că sunt de capturat mai multe imagini, timpul petrecut cu o cameră mono este mult mai lung decât cu o cameră color. Mulți spun că este chiar invers, datorită lipsei matriței bayer. Dacă vom captura o imagine cu o cameră color la o țintă roșie, doar 25% din lumina va fi transformată în informație roșie, spre deosebire de 100% cu o cameră monocrom + un filtru. Ceea ce înseamnă că 1 minut de expunere cu o cameră monocromatică va însemna 3 sau chiar 4 minute de expunere cu o cameră color. Putem obține, deci, mai multă informație cu o cameră mono față de una color, în aceeași perioadă de timp de expunere.
