Μέρος 12: Έλεγχος παρακολούθησης κατά τη διάρκεια μιας μακράς έκθεσης
Ασθενή αντικείμενα στον νυχτερινό ουρανό απαιτούν μεγάλο χρόνο εκθέσεως. Ακόμα κι αν στην εποχή της ψηφιακής φωτογραφίας αντί για μία μόνο, πολύ μεγάλη έκθεση γίνονται πολλές πιο σύντομες εκθέσεις, οι οποίες στη συνέχεια προστίθενται μέσω λογισμικού επεξεργασίας εικόνας, σε περιπτώσεις μεγάλου εστιακού μήκους εικόνας η αυτόματη παρακολούθηση ενός αστρονομικού τροχαλίας δεν είναι αρκετά ακριβής για να παράγει αξιόπιστες φωτογραφίες με ευκρίνεια.
Σε αυτήν την περίπτωση, είναι αναγκαίο κατά τη διάρκεια των εκθέσεων να ελέγχεται την κίνηση του τροχαλία και – εάν είναι απαραίτητο – να διορθώνεται. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται έλεγχος παρακολούθησης ή στα νέα "Guiding", η δραστηριότητα ως "guiden". Όταν μια ειδική κάμερα αναλαμβάνει αυτήν τη διαδικασία, αυτή ονομάζεται κάμερα παρακολούθησης, "Autoguider". Ένας έλεγχος παρακολούθησης γίνεται απαραίτητος όταν, παρά την κίνηση του τροχαλία μέσα στο επιθυμητό χρόνο έκθεσης, τα αστέρια απεικονίζονται όχι με ακρίβεια σε σχήμα σημείου, αλλά ελαφρώς σε σχήμα γραμμής.
Οι αιτίες αυτής της ανακρίβειας μπορεί να είναι ποικίλες:
• Η μηχανική κατασκευή του τροχαλία δεν ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις
• Το τροχαλία δεν έχει ευθυγραμμιστεί καλά (βλ. Μέρος 9 του σειράς εκπαιδευτικών οδηγιών "Αστροφωτογραφία και Φωτογραφία του Ουρανού" (Χρήση ενός αστρονομικού τροχαλίου)
• Η ταχύτητα της μοτορικής παρακολούθησης δεν αντιστοιχεί ακριβώς στην ταχύτητα που παρουσιάζει η φαινομενική περιστροφή του ουράνιου θόλου
• Η πρισματική επίδραση της ατμόσφαιρας της Γης (ατμοσφαιρική διάθλαση) έχει ως αποτέλεσμα τα αστέρια να μην βρίσκονται εκεί που θα έπρεπε
• Κινήσεις στο σύστημα, όπως η ελαφρά κλίση του εσωτερικού σωλήνα κατά τη διάρκεια της έκθεσης
• Ο περιοδικός σφάλμα της γαργαλιάς, που κάθε γαργαλιά παράγει έναν σφάλμα έναντι του οδηγού ζαντόχρονου κατά τη διάρκεια μίας περιστροφής
• Η ανισομορφία του ζαντόχρονου που κινείται από τη γαργαλιά
Ενώ πολλά σημεία μπορούν να επηρεαστούν από προσεκτική κατασκευή, τουλάχιστον οι δύο τελευταίοι αναφερθέντες πόντοι παραμένουν προβληματικοί. Κάθε μηχανική, ακόμα και μια τόσο καλή και ανάλογα ακριβής, θα έχει τις παραμικρές αποκλίσεις από την ιδανική κατάσταση, οι οποίες επηρεάζουν τελικά τις φωτογραφίες με μεγάλο χρόνο έκθεσης. Ένας απλός υπολογισμός δείχνει ποια πλευρική ακρίβεια πρέπει να επιτευχθεί θεωρητικά.
Ας πάρουμε ως παράδειγμα ένα τηλεσκόπιο με εστιακό μήκος 1500mm, στο οποίο συνδέεται μια ψηφιακή κάμερα μεσσοκαλούπας. Ας υποθέσουμε ότι το μέγεθος του pixel του αισθητήρα είναι 5,7 μικρόμετρα, δηλαδή 5,7 χιλιοστά χιλιοστό μέτρου, μια τιμή που ισχύει για παράδειγμα για τις Canon EOS 400D ή EOS 1000D. Ας υποθέσουμε επιπλέον ότι ο αέρας αποκρίνεται τη θέση ενός αστέρα σε ένα εύρος τεσσάρων γωνιωτών δευτερολέπτων (1 μοίρα = 60 γωνιακά λεπτά = 3600 γωνιώτες δευτερόλεπτα), που αντιστοιχεί σε καλές έως μέτριες συνθήκες στη Γερμανία.
Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια της έκθεσης λόγω του τρέμου του αέρα, κάθε αστέρι δημιουργεί ένα δισκάκι με διάμετρο τεσσάρων γωνιακών δευτερολέπτων. Με τον τρόπο αυτό, τα αστέρια δεν μπορούν να αποτυπωθούν πιο ευκρινώς.
Τώρα χρειάζεται να υπολογιστεί ποιο γωνιακό διάστημα αποτυπώνει ένα pixel του αισθητήρα λήψης. Όλα αυτά γίνονται με την παρακάτω φόρμουλα.
Τύπος για τον υπολογισμό γωνίας εικόνας Alpha. Το "L" σε αυτήν την περίπτωση είναι το μήκος της πλευράς του pixel και το "f" το εστιακό μήκος. Και οι δύο τιμές πρέπει να δίνονται στην ίδια μονάδα (εδώ μέτρα).
Έτσι ο κλίμακας απεικόνισης είναι 0,8 γωνιακών δευτερολέπτων ανά pixel. Επομένως το δισκάκι του αστέρα θα έχει διάμετρο 5 pixel (αντιστοιχεί σε 4 γωνιακά δευτερόλεπτα) στον αισθητήρα. Τώρα θέτουμε την ανοχή που θέλουμε να επιτρέψουμε, πριν αρχίσουμε να μιλάμε για ελαφρά απεικόνιση αστέρων. Προτείνω ότι μια απόκλιση του 20% πρέπει να είναι ακόμη αποδεκτή. Οτιδήποτε υπερβαίνει το 20% θα θεωρηθεί ως ασάφεια. Αυτή η ανοχή είναι μια αρκετά γενναιόδωρη παραχώρηση
Αριστερά μια τέλεια απεικόνιση αστέρα κατά την ιδανική παρακολούθηση. Δεξιά ένας αστέρας που είναι ελαφρώς αποκομμένος και η μακρυά του άξονας υπερβαίνει τον κοντό κατά 20%.
Σε μια απεικόνιση αστέρα με διάμετρο πέντε pixel, το 20% αντιστοιχεί ακριβώς σε ένα pixel ανοχής. Αυτό σημαίνει ότι η παρακολούθηση κατά τη διάρκεια της έκθεσης μπορεί να αποκλίνει μόλις 0,8 γωνιακών δευτερολέπτων από την ιδανική κατάσταση. Τα 0,8 γωνιακά δευτερόλεπτα είναι 2,2 εκατομμύριατοι μοίρας (για θ
Για τον χειροκίνητο έλεγχο της παρακολούθησης, χρειάζεστε τα ακόλουθα πράγματα:
• a) Οδηγός τηλεσκόπου
Η ποιότητα της απεικόνισης δεν έχει μεγάλη σημασία, έτσι και ένα φθηνό τηλεσκόπιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οδηγός. Σημαντικό είναι η εστίαση να μην είναι πολύ μικρή. Στην ιδανική περίπτωση, η εστίαση θα πρέπει να είναι το διπλάσιο της εστίασης λήψης. Με τη χρήση φακού Barlow (ένα φακός αντίστοιχος με έναν τηλεμετατροπέα) η αποτελεσματική εστίαση του οδηγού μπορεί να επεκταθεί. Το συρόμενο οπτικό πρέπει να είναι σταθερό και να μην κουνιέται, διότι αλλιώς η απαιτούμενη ακρίβεια παρακολούθησης δεν μπορεί να επιτευχθεί.
• b) Οπτικός με σταυρωτή γραμμή
Τα απλά μοντέλα έχουν δύο γραμμές σε γωνία 90 μοιρών· χρήσιμο για τον έλεγχο παρακολούθησης είναι κυρίως οι τύποι με διπλή σταυρωτή γραμμή, όπου ο οδηγός τηλεσκόπου στην κεντρική του θέση δεν εξαφανίζεται πίσω από τις γραμμές. Βεβαιωθείτε ότι μπορεί να φωτιστεί. Αυτό σημαίνει ότι η σταυρωτή γραμμή φωτίζεται από ένα κόκκινο LED, που τροφοδοτείται από μπαταρίες, ώστε να μπορεί να δει κανείς ακόμα και κάτω από ένα σκοτεινό νυχτερινό ουρανό. Συνήθως το σύστημα φωτισμού μπορεί να ρυθμιστεί σε φωτεινότητα.
Με ένα απλό οπτικό με σταυρωτή γραμμή (αριστερά) η σταυρωτή γραμμή καλύπτει τον οδηγό. Ένα οπτικό με διπλή σταυρωτή γραμμή (δεξιά) αποφεύγει αυτήν την κατάσταση.
2. Αυτόματος Έλεγχος Κίνησης
Με λεπτομερή εξέταση, ο χειροκίνητος έλεγχος της κίνησης είναι μια αρκετά βαρετή εργασία. Γρήγορα αναπτύσσεται η πεποίθηση πως θα έπρεπε να είναι δυνατή η αυτοματοποίηση αυτής της δραστηριότητας μέσω τεχνικών μέσων. Το καλό νέο είναι ότι λειτουργεί, και αυτό γίνεται μέσω ειδικών ψηφιακών καμερών που ονομάζονται "αυτοκαθοδηγούμενες". Το κακό νέο: Δεν υπάρχουν λύσεις Plug-And-Play στον τομέα της αυτοκαθοδήγησης, δηλαδή το απλό σύνδεσμο και σύνδεσης δεν είναι αρκετό για να κάνει έναν αυτοκαθοδηγό να κάνει ακριβώς αυτό που αναμένεται από αυτόν.
Στην αυτοκαθοδήγηση, το πυραμίδα του οριζόντιου τηλεσκοπίου αντικαθίσταται από μια κάμερα κίνησης (αυτοκαθοδηγός).
Θα πρέπει να υπολογίσετε έναν αρχικό φάκελο κατά τον οποίο ακόμη δεν δημιουργούνται αστροφωτογραφίες, αλλά ο αυτοκαθοδηγός πρέπει να λειτουργήσει με τη χρησιμοποιούμενη βάση κίνησης. Χωρίς εμπειρία, μπορεί να απαιτηθούν αρκετές ώρες ή ακόμη νύχτες! Τεχνικά, η αυτοκαθοδήγηση λειτουργεί ως εξής: Ως αυτοκαθοδήγος χρησιμοποιείται μια ειδική ψηφιακή κάμερα ή μια βιντεοκάμερα ή κάμερα Web. Ο αισθητήρας αυτών των καμερών είναι συνήθως πολύ μικρός, η αριθμός των pixel του χαμηλή. Στον αισθητήρα του αυτοκαθοδηγού προβάλλεται ένα αστέρι, τη θέση του οποίου καθορίζεται από λογισμικό. Κατά τα τακτικά διαστήματα αναγνώζεται ο αισθητήρας του αυτοκαθοδηγού και επανάληψη μετρούνται ξανά η θέση του αστέρι.
Εάν το αστέρι αποκλίνει από την αρχική του θέση, το λογισμικό είναι σε θέση, με τον έλεγχο των κινητήρων της βάσης κίνησης, να εκτελέσει μια αντίστροφη κίνηση και να φέρει το αστέρι πίσω στην επιθυμητή του θέση. Γι 'αυτό είναι απαραίτητο να συνδεθεί ο αυτοκαθοδηγός ή ο υπολογιστής ελέγχου μέσω ενός καλωδίου με την ελεγκτική μονάδα της βάσης. Η ελεγκτική μονάδα της βάσης πρέπει από τη μεριά της να διαθέτει μια διεπαφή αυτοκαθοδηγού, δηλαδή μια δυνατότητα σύνδεσης.
Παράδειγμα σύνδεσης καλωδίων (σχηματικά). Η DSLR συνδέεται με καλώδιο USB (σκούρο κόκκινο, 2) με τον Η/Υ. Ο αυτοκαθοδήγος χρησιμοποιεί μια άλλη διεπαφή USB του υπολογιστή για τη μετάδοση της εικόνας (μπλε, 3). Έτσι, η λογισμική ελέγχου του αυτοκαθοδηγού μπορεί να εκτελέσει διορθωτικές κινήσεις στη βάση κίνησης, αναλόγως της χρήσης του. Ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη βάση και τον αυτοκαθοδήγο μπορεί να υπάρχουν διαφορές στη σύνδεση από αυτό το σχήμα.
Αυτό που ακούγεται αρκετά απλό στη θεωρία, αποδεικνύεται στην πράξη ότι είναι μια δύσκολη εργασία. Ξεκινάει με το γεγονός ότι οι διεπαφές αυτοκαθοδηγητών δεν είναι προτυποποιημένες και πρέπει να βεβαιωθεί κανείς ότι υπάρχει κατάλληλο καλώδιο. Επίσης, η αντιστοίχιση των pin δεν είναι καθορισμένη, μια σχετική πρότυπη συμβατότητα είναι η συμβατότητα με τον αυτοκαθοδήγο "SBIG ST-4", όπως αναφέρεται για παράδειγμα ως "Συμβατή διεπαφή αυτοκαθοδήγησης ST-4".
Διεπαφή αυτοκαθοδήγησης της ελεγκτή βάσης (δεξιά) με το αντίστοιχο καλώδιο αυτοκαθοδήγησης (αριστερά).
Αυτός ο ελεγκτής (αριστερά) διαθέτει έναν εντελώς διαφορετικό φις για τη σύνδεση του αυτοκαθοδηγού και χρειάζεται, συνεπώς, ένα διαφορετικό καλώδιο (δεξιά):
Οι "Autoguider Stand-Alone", δηλαδή συσκευές που λειτουργούν χωρίς συνδεδεμένο υπολογιστή, σπανίως είναι διαθέσιμες στην αγορά σήμερα. Συνήθως η λειτουργία τους είναι μόνο με έναν υπολογιστή (συνήθως ένα laptop για φορητή χρήση στο πεδίο). Η εκκίνηση περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: Κατά τη διαδικασία, παρατηρείτε την οθόνη που εμφανίζει τα αποκλίσεις του αστέρα οδήγησης είτε ως σειρά αριθμών είτε γραφικά. Όταν οι αποκλίσεις κινούνται εντός των αναμενόμενων ορίων, μπορούν να ξεκινήσουν οι εκθέσεις. Δυστυχώς, στα πλαίσια ενός εκπαιδευτικού οδηγού δεν είναι δυνατή η σύνταξη ενός πιο ακριβούς οδηγού βήμα προς βήμα, καθώς η λεπτομέρεια της διαδικασίας διαφέρει σημαντικά ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη κάμερα οδήγησης. Γι' αυτό πρέπει να γίνεται αναφορά στο εγχειρίδιο των διάφορων μοντέλων καμερών. Με τα δύο πεδία "Χρόνος Βαθμονόμησης" ορίζεται στο MaxIm πόσα δευτερόλεπτα η εφαρμογή αφήνει τους κινητήρες της μονάδας κίνησης να λειτουργούν κατά τη διαδικασία βαθμονόμησης: δ) Το λογισμικό ελέγχου πολλών οδηγών περιλαμβάνει πολλές παραμέτρους για τη βελτιστοποίηση της οδήγησης. Ένα σημαντικό σημείο είναι η "Επιθετικότητα". Αυτή καθορίζει εάν σε περίπτωση εντοπισμένης ολίσθησης του αστέρα, στο επόμενο βήμα θα προσπαθήσει να επαναφέρει αμέσως τον αστέρα στην αρχική του θέση ή αν το λογισμικό θα προσπαθήσει να πλησιάσει την τιμή στόχο με μικρότερα βήματα. Με υπερβολική "επιθετικότητα" μπορεί να συμβεί το φαινόμενο της ενίσχυσης του συστήματος και να κινείται στροφάδια γύρω από την τιμή στόχο επειδή συμβαίνουν υπερ-αντιδράσεις. Αν είναι πολύ χαμηλή, μια συνεχής ολίσθηση σε μια κατεύθυνση μπορεί να μην διορθωθεί. Με άλλα λόγια, απαιτείται μια μέση τιμή μέσω πρακτικής εμπειρίας που εξαρτάται από τις ιδιότητες της χρησιμοποιούμενης μονάδας κίνησης και την εστίαση του τηλεσκοπίου. Ποιές κάμερες είναι κατάλληλες ως οδηγοί; Τα ακόλουθα συστήματα οδήγησης απαιτούν υπολογιστή για λειτουργία: SBIG ST-402ME: CCD-κάμερα http://www.sbig.de Χρειάστηκαν έξι μέτρα εστίασης για να απαθανατίσετε τον αστεροθύλακα "Messier 13" στον Ηρακλή γεμάτο τον αισθητήρα μιας Canon EOS 450D. Η έκθεση διήρκησε δέκα λεπτά με ISO 400. Η καθοδήγηση έγινε μέσω ενός οδηγού με έναν αισθητήρα SBIG ST-4.
α) Εντοπισμός αστέρι στην πυραμίδα του οριζόντιου τηλεσκοπίου και προσαγωγή του στο μέσο του πεδίου όρασης με τη βοήθεια ενός πυραμίδας ορατότητας.
β) Τοποθέτηση του αυτοκαθοδηγού αντί της πυραμίδας ορατότητας.
Εδώ χρησιμοποιείται ο «Lunar-Planetary-Imager» της Meade ως αυτοκαθοδήγηση. Για την επέκταση του εστιακού μήκους της πυραμίδας του οριζόντιου τηλεσκοπίου, χρησιμοποιείται ένας φακός Barlow με πολλαπλασιαστικό παράγοντα 5.
γ) Εστίαση του αστέριού μέσω του λογισμικού αυτοκαθοδήγησης στο laptop.
d) Επιλογή χαμηλής ταχύτητας μοτέρ στον ελεγκτή της βάσης κίνησης (π.χ. 1 φορά την ταχύτητα του αστέρα).
e) Τοποθέτηση του αστέρα περίπου στη μέση του πεδίου εικόνας.
f) Έναρξη μιας "διαδικασίας βαθμονόμησης" του λογισμικού καθοδήγησης, που κινεί τους κινητήρες της βάσης σε όλες τις κατευθύνσεις, καθορίζει την κίνηση του αστέρα και μαθαίνει πώς πρέπει να κινηθεί η βάση για να αποκλίνει το αστέρι σε μια επιθυμητή κατεύθυνση.
Οθόνη του λογισμικού "MaxIm DSLR" (http://www.cyanogen.com) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας βαθμονό
Οθόνη εφαρμογής του MaxIm κατά τη διαδικασία οδήγησης. Στη δεξιά πάνω γωνία εμφανίζεται μια εικόνα του αστέρα με το σταυροειδές σχέδιο. Κάτω, ένα γράφημα απεικονίζει τις εντοπισμένες αποκλίσεις του αστέρα από την επιθυμητή του θέση σε και των δύο αξόνων.
Ωστόσο, μερικές γενικές συμβουλές για επιτυχή οδήγηση:
α) Πολλοί οδηγοί κίνησης λειτουργούν μόνον ή τουλάχιστον καλύτερα όταν τοποθετούνται έτσι ώστε η κατεύθυνση κίνησης των άξονων του τηλεσκοπίου να συμφωνεί με τις σειρές και τις στήλες των pixel.
β) Το σημείο της βαθμονόμησης που αναφέρεται στην προηγούμενη λίστα κάτω από γ) θα πρέπει να επαναλαμβάνεται κάθε φορά που το τηλεσκόπιο μετακινείται σε διαφορετική περιοχή του ουρανού.
γ) Σε πολλές περιπτώσεις είναι απαραίτητο να καθοριστεί εντός της εφαρμογής πόσα δευτερόλεπτα πρέπει να κινούνται οι άξονες του οδηγού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας βαθμονόμησης πριν επανεκτιμηθεί η θέση του αστέρα. Αυτό το χρονικό διάστημα πρέπει να υπολογίζεται έτσι ώστε ο αστέρας να μην εγκαταλείπει την επιφάνεια του αισθητήρα, αλλά να υφίσταται σημαντική μετακίνηση ώστε η εφαρμογή να μπορεί να καθορίσει σαφώς την κατεύθυνση και να μην επηρεάζεται σημαντικά από το παίξιμο της μοντέλασης. Ιδανικά, ο αστέρας θα μετακινούταν από το κέντρο του αισθητήρα προς την περιοχή της περιφέρειας μέσω της διαδικασίας βαθμονόμησης.
Ρύθμιση της "Επιθετικότητας" στο μοντούλο οδήγησης του MaxIm. Η τιμή "8" σημαίνει ότι μια εντοπισμένη απόκλιση του αστέρα από την επιθυμητή του θέση διορθώνεται ήδη στο επόμενο βήμα κατά 80%. Μια εκατότιμη διόρθωση συχνά οδηγεί σε ενίσχυση του συστήματος.
Όσοι αναζητούν ένα αυτόνομο σύστημα οδήγησης που λειτουργεί χωρίς συνδεδεμένο υπολογιστή, έχουν στη διάθεσή τους για μια νέα συσκευή μόνο μία επιλογή: Baader LVI-SmartGuider, http://www.baader-planetarium.de/sektion/s21/s21.htm.
Ο "LVI SmartGuider" είναι ένα αυτόνομο σύστημα οδήγησης που δεν απαιτεί υπολογιστή για τη λειτουργία.
Να σημειωθεί ότι πρόκειται για ένα προϊόν που παρουσιάστηκε πρόσφατα και δεν υπάρχουν ακόμη δοκιμαστικά δεδομένα. Αυτήν τη στιγμή δεν μπορώ ούτε να συστήσω ούτε να αποθαρρύνω από τη χρήση αυτής της συσκευής.
Alccd ALccd 5 Σύστημα οδήγησης http://www.astrolumina.de
Imaging Source: DMK 21AU04.AS και άλλα μοντέλα, βιντεομοντέλα http://www.astronomycameras.com.
Η βιντεοκάμερα DMK της ImagingSource. Στα πακέτα για astroφωτογράφους παρέχεται μια στέφανη σύνδεσης για το τηλεσκόπιο (στη δεξιά πάνω γωνία), αλλά δεν συμπεριλαμβάνεται λογισμικό για τη χρήση της κάμερας ως οδηγού.
Meade DSI 2 Deep Sky κάμερα,
CCD-κάμερα, διάφορα μοντέλα http://www.meade.de
Ο "Deep Sky Imager PRO II" της Meade είναι μι
Δείγματα λήψεων
Αυτή η φωτογραφία του Νέφους του Orion προήλθε από μια Canon EOS 400D που τροποποιήθηκε για αστροφωτογραφίες. Ο συνολικός χρόνος έκθεσης ήταν μιάμιση ώρα με ISO 800. Η εστίαση ήταν 600 χιλιοστά με διάφραγμα 1:6,0. Ως αντικατάσταση για τον οδηγό χρησιμοποιήθηκε ένα φακός φωτογραφικής μηχανής 300 χιλιοστών, στον οποίο μπορούσε να συνδεθεί ένας οδηγός αυτόματης καθοδήγησης SBIG ST-4.
Αυτή η εικόνα του Γαλαξία της Ανδρομέδας τραβήχτηκε με την τροποποιημένη EOS 400D. Ο φακός λήψης ήταν ένα τηλεσκόπιο με 60 χιλιοστά διάμετρο και 350 χιλιοστά εστίαση. Η έκθεση διήρκησε μία ώρα και 40 λεπτά με ISO 400. Εξαιτίας της έλλειψης ενός αυτοματικού οδηγού, χρησιμοποιήθηκε ένας οδηγός με μανιτάρι και οπτικό μεσοφάκο.
