Astrofotogrāfija ir hobijs, kas strauji gūst popularitāti, pateicoties ātri progresējošajai CMOS sensoru tehnoloģijai. Pirms vairāk nekā desmit gadiem astrofotogrāfijā izmantotais gaismas ierakstīšanas materiāls galvenokārt bija ķīmiskā emulsija. Tā zemās jutības dēļ ir ļoti grūti ierakstīt vājo signālu no dziļās kosmosa. Turklāt reāllaika atsauksmju trūkums iesācējiem ir milzīgs neapmierinātības avots. Darbības kļūdas, piemēram, ārpus fokusa, var pamanīt tikai pēc vairāku nakšu smaga darba pēc filmas izstrādes. 90. gadu vidū atdzesētu CCD kameru parādīšanās sniedza risinājumus gan jutīguma, gan reāllaika atgriezeniskās saites problēmām. Tomēr viņu augstās cenas un nožēlojami mazie sensoru laukumi ierobežoja to izmantošanu tikai dažos astrofotogrāfijas veidos un ļoti entuziasma pilnos astrofotogrāfos. Kamēr CCD radīja revolucionāru astronomisko izpēti, šī tehnoloģija nekad nav mainījusi amatieru astrofotogrāfijas ainavu. Patiesais pagrieziena punkts notika 2002. gadā. Pēc tam, kad Fujifilm paziņoja par savu FinePix S2Pro DSLR un demonstrēja pārsteidzošus astronomiskos attēlus, kas uzņemti ar šo kameru, cilvēki sāka nopietni izpētīt DSLR astrofotogrāfijai. DSLR var nodrošināt reāllaika atsauksmes, kas iesācējiem ir ļoti svarīgi. Viņu jutīgums nav daudz sliktāks nekā CCD, un DSLR ar lieliem sensoriem (APS-C) mūsdienās ir diezgan pieņemama cena. Mūsdienu ainavu astrofotogrāfijā veido uz CMOS balstītu DSLR sērija no Canon, taču DSLR un bezspoguļa kameras, kuru pamatā ir Sony sensori, ļoti ātri iegūst popularitāti.
Darba dēļ man ir iespējas izmantot plašu attēlveidošanas instrumentu klāstu, sākot no vairāku miljonu dolāru CCD kamerām lielos profesionālos teleskopos līdz amatieru CCD kamerām un DSLR kamerām. Mana apmācība astronomijas pētījumos sniedz man arī rīku komplektus, lai kvantitatīvi novērtētu sensoru darbību un zinātu to patiesās robežas. Tas palīdz ne tikai manai izpētei, bet arī manam mūža hobijam - astrofotogrāfijai. Hobiju pusē es lielākoties izmantoju DSLR (Canon 5D Mark II un Nikon D800) to augsto veiktspēju un pieejamās cenas dēļ. Lai iegūtu labākos astrofotogrāfijas rezultātus, DSLR iekšējie filtri tiek pārveidoti, lai tiem būtu lielāka caurlaidspēja dziļā sarkanā krāsā, tāpēc tie var efektīvāk ierakstīt jonizētās ūdeņraža gāzes sarkano gaismu Visumā. Izņemot šo filtru modifikāciju, astrofotogrāfijai izmantotie DSLR fotoaparāti neatšķiras no DSLR, kurus mēs ikdienā izmantojam.
Viena ļoti izplatīta problēma, kas saistīta ar DSLR izmantošanu astrofotogrāfijā, ir sensoru radītais termiskais troksnis. CCD kamerām, kas atdzesētas līdz -20 vai pat -40 grādiem C, šādu problēmu nav. Tomēr CMOS sensoriem, kas ražoti pēdējos piecos gados, visiem ir ļoti zems siltuma troksnis. Zem tās pašas sensora temperatūras to siltuma troksnis faktiski ir daudz zemāks nekā astronomijas kamerās parastie CCD. Vēl viens svarīgs faktors, kuru daudzi cilvēki neņem vērā, ir sensora citi trokšņa avoti, izņemot siltumu, no kuriem viens ir pašas debess radītais fotonu troksnis. Izmantojot jaunākos DLSR daudzos apstākļos, debesu fotonu troksnis bieži pārspēj termisko troksni, padarot dzesēšanu nevajadzīgu. Tikai vietās, kas ir gan karstas, gan tumšas (piemēram, tuksnešos ASV dienvidrietumos), lai pilnībā izmantotu tumšās debesis, ir nepieciešama dzesēšana.
Tas ir attēlveidošanas iestatījums, ko es bieži izmantoju. DSLR ir piestiprināts primārā teleskopa galā, kas darbojas kā milzīgs telefoto objektīvs (1100mm, f / 7.3). Tas ir APO refraktors ar lielu korektora objektīvu fokālās plaknes priekšā, lai koriģētu lauka izliekumu un astigmatismu. Labotais lauks ir pietiekami liels, lai aptvertu 67 formāta sensoru. Teleskops atrodas uz ekvatoriālā stiprinājuma, kas darbojas ar motoru un var izsekot zvaigžņu kustībai uz austrumiem uz rietumiem debesīs, lai nodrošinātu ilgstošu ekspozīciju. Virs primārā tvēruma ir vēl viena mazāka darbības joma, kurai pievienota maza CCD kamera. Šī mazā darbības joma un kameru sistēma var pārraudzīt ekvatoriālā stiprinājuma izsekošanu, kad primārā darbības joma uzņem ekspozīcijas. Tas automātiski vada stiprinājumu, lai reāllaikā labotu izsekošanas kļūdas. Visu sistēmu (ekvatoriālo stiprinājumu, DSLR un vadošo sistēmu) kontrolē klēpjdators.
Tas ir mans iestatījums, kad es vienkārši gribu uzņemt platleņķa attēlus. Tas vairāk izskatās tas, ko iesācējs var izmantot. Kamera un objektīvs ir piestiprināti pie ekvatoriālā stiprinājuma caur lodveida galvu. Lai fotografētu platleņķī, stiprinājuma izsekošanai nav jābūt īpaši precīzai, tāpēc reāllaika vadīšanas sistēma nav nepieciešama. Pēc īkšķa noteikuma, ja fokusa attālums ir mazāks par 200 mm, ir diezgan viegli uzņemt attēlus ar ilgu ekspozīciju, neizmantojot izdomātu ekvatoriālu stiprinājumu un vadīšanas sistēmu. Lietas sāk kļūt sarežģītas, ja fokusa attālums ir lielāks par 300 mm.
Vispārējā procedūra
Astrofotogrāfijas darbplūsma ir diezgan atšķirīga no dienasgaismas fotografēšanas. Tā kā mūsu mērķi ir ļoti vāji, mums ir jāatspoguļo dažas minūtes vai pat dažas stundas, lai savāktu pietiekami daudz foto signāla no mūsu mērķiem. Tomēr debesu fons parasti ir tik augsts, ka tas piesātina attēlu, ja ekspozīcija ir garāka par aptuveni 10 minūtēm (tas jo īpaši attiecas uz gaismu piesārņotām debesīm). Tāpēc, ko mēs darām, ir sadalīt garo ekspozīciju daudzos īsākos (no dažām līdz 10 minūtēm), lai izvairītos no piesātinājuma, un pēc tam sakārtot (vidēji) īsās ekspozīcijas attēlus pēcapstrādē, lai apvienotu to signālu. Tas dod rezultātu, kas ir līdzvērtīgs ļoti ilgai ekspozīcijai.
Teleskopā, kad ekvatoriālais stiprinājums ir uzstādīts un saskaņots ar Polaris, mēs parasti darām, lai vispirms fokusēšanai izmantotu spilgtu zvaigzni. Kādreiz tas bija ļoti sarežģīts uzdevums, bet tagad tas ir ļoti viegli, izmantojot DSLR tiešā skata funkciju. Tad mēs pārvietojam savu teleskopu / objektīvu uz mērķi. Parasti, izmantojot platleņķa vai īsu teleobjektīvu, mēs ļoti viegli varam redzēt mērķa zvaigznāju caur kameras skatu meklētāju. No otras puses, ja mēs izmantojam garu teleobjektīvu vai teleskopu, lai šautu dziļu debesu objektus, mērķi parasti ir pārāk vāji redzami tieši. Daži testa īsās ekspozīcijas ar ļoti augstu ISO var palīdzēt pārbaudīt mūsu kadrēšanu. Kad tas ir izdarīts, mēs vienkārši izšaujam daudzus ilgstošus ekspozīcijas attēlus, izmantojot datoru vai taimera aizvara atbrīvošanu. Kā minēts iepriekš, tipiskais ekspozīcijas laiks svārstās no dažām līdz 10 minūtēm, atkarībā no tā, cik ātri ir mūsu objektīvs un cik tumšas ir debesis. Ļoti bieži izmantots ISO ir 1600. Tomēr ar jaunākajiem DSLR ar Sony sensoriem ir iespējams izmantot ISO 800 vai pat 400 un pēc pēcapstrādes joprojām iegūt ļoti labus rezultātus. Zemāku ISO priekšrocība, protams, ir to augstākais dinamiskais diapazons. Pats par sevi saprotams, ka mēs vienmēr uzņemam RAW.
Papildus ekspozīcijām debesīs mēs arī uzņemam daudzus “kalibrēšanas” attēlus, lai noņemtu nevēlamo signālu no debesīm, optikas un kameras. Piemēram, mēs pēc tam uzņemam objektus ar vienmērīgu spilgtumu (piemēram, dienas bez mākoņiem vai krēslas debesīm vai lielu LED paneli). Šādus attēlus (sauktus par “plakano lauku”) var izmantot, lai koriģētu objektīva / teleskopa izraisīto vinjetu debesīs, lai atjaunotu vienmērīgu fona spilgtumu. Nakts sākumā vai beigās mēs pilnībā nosedzam objektīvu / teleskopu un uzņemam “tumšus” ekspozīcijas gadījumus, kad kamera atrodas zem tādas pašas temperatūras kā debesīs uzņemtie kadri. Šādus tumšus attēlus var izmantot, lai noņemtu siltuma signālu debesīs esošajos attēlos. Tas būtībā ir tas pats, kas lielākajai daļai DSLR kameru ilgstošas ekspozīcijas trokšņa samazināšanas, taču mēs to darām manuāli, lai netiktu tērēta dārgā nakts laika. Mēs veicam arī ārkārtīgi īsus (1/8000 sek.) Ekspozīcijas gadījumus (sauktus par “neobjektivitāti”), kad objektīvs ir pilnībā nosegts, lai ņemtu vērā visu signālu, ko kamera rada, ja nav gaismas, kā arī nav laika siltuma signāla akumulācijai. Tāpat kā debesīs esošās ekspozīcijas, mēs uzņemam vairākas (no dažiem līdz vairākiem desmitiem) plakanas, tumšas un neobjektīvas ekspozīcijas un vidēji tās pārspējam attēlos nejaušo troksni, lai uzlabotu signāla kvalitāti. Ir daudz programmatūras pakotņu (piemēram, bezmaksas DeepSkyStacker), kas var apstrādāt debesīs, plakanā lauka, tumšus un neobjektīvus attēlus un sakraut kalibrētos debesīs attēlus, veidojot ļoti dziļus, tīrus un augstus attēlus. dinamiskā diapazona attēls. Tas viss ir jādara no RAW failiem, jo JPEG.webp attēli nav lineāri un neļauj precīzi noņemt šo nevēlamo signālu.
(a) ir neapstrādāts fails, kas tieši konvertēts Photoshop un ar nelielu kontrasta izstiepšanos. Šeit mēs attēlā redzam mājienus par sarkaniem miglājiem, taču šī attēla spilgtākā iezīme ir teleskopa un kameras izraisītais vinjetes modelis. b) ir “plakana lauka” attēls, kas uzņemts ar to pašu teleskopu krēslas debesu virzienā. Tas ir attēls, kas satur tikai vinjetes modeli. Matemātiski mēs dalām (a) ar (b), lai noņemtu vinjetes modeli, un šo aprēķinu sauc par “plakana lauka korekciju”. c) ir šādas korekcijas rezultāts, pieskaitot spēcīgu kontrastu un piesātinājumu. Mēs varam redzēt, ka bez plakanā lauka korekcijas nav cerību izcelt vājus miglājus visur attēlā no (a). BTW, lielākajā daļā ar astronomiju nesaistītu attēlu apstrādes programmatūru (piemēram, Photoshop vai Lightroom) iebūvētā vinjetes korekcija nav pietiekami precīza astrofotogrāfijai, pat ja mūsu objektīvs atrodas programmatūras datu bāzē. Tāpēc mums pašiem jāveic plakanā lauka korekcija, izmantojot programmatūru, kas paredzēta astrofotogrāfijai.
Pēc pamata kalibrēšanas un attēlu sakraušanas mēs izmantojam tādu programmatūru kā Photoshop, lai tālāk apstrādātu sakrautus attēlus. Parasti ir vajadzīga ļoti spēcīga līkne un piesātinājuma izstiepšanās, lai izkārtotu vājas detaļas sakrautā astronomiskā attēlā. Lai to panāktu, ir nepieciešamas arī daudz prasmju un pieredzes, vienlaikus saglabājot precīzu krāsu un dabisku attēla izskatu. Tas būtībā ir tāds pats kā RAW attēla manuāla apstrāde no nulles, nepaļaujoties uz neapstrādātiem apstrādes dzinējiem. Nereti mēs attēla apstrādei tērējam vairāk laika nekā tā ekspozīcijas laiks, un pēcapstrāde bieži vien ir tas, kas atšķir augstākā līmeņa astrofotofotogrāfus no vidējiem.
Plaša lauka piemēri
Šis Orion attēls ir uzņemts ar Sigma 50mm f / 1.4 Art objektīvu un Nikon D800. Tas ir vairāk nekā 60 4 minūšu ekspozīciju salikums ar ISO 800 un f / 3,2 līdz f / 4,0. Vairāk nekā 4 stundu kopējais ekspozīcijas laiks šeit ir diezgan ekstrēms. Šādiem zvaigznāja šāvieniem mēs parasti tērējam tikai 0,5 līdz 1,5 stundas. Tomēr ārkārtīgi ilgā ekspozīcija šeit nodrošina labāku attēla kvalitāti un ļauj atklāt ļoti vājus miglājus ap Orion. Lai efektīvi notvertu Orion sarkanos miglājus, ir nepieciešams modificēts DSLR. Tomēr ar nemodificētu zvaigznājos mēs joprojām varam iegūt skaistu zvaigžņu krāsu. Tātad plaša lauka zvaigznāji ir lieliski mērķi iesācējiem, kuri nav gatavi nosūtīt savas kameras operācijai.
Šis vasaras Piena ceļa attēls ir uzņemts ar 500 mm f / 2.8 teleskopu un Canon 5D Mark II. Tā ir 110 attēlu mozaīka, tāpēc tās redzes lauks ir salīdzināms ar 50 mm objektīvu. Esmu liels mozaīkas attēlu cienītājs. Es to bieži saucu par nabadzīgo cilvēku lielformāta kameru. Šāda trakā mozaīkas panorāma satur bagātīgas detaļas, kas ievērojami pārsniedz to, ko var uzņemt ar visaugstākās klases vidēja formāta digitālo aizmuguri. Cena ir tāda, ka to uzņemšana un attēlu apstrāde prasa ļoti ilgu laiku.
Šī ir paplašināta Orion attēla versija. Tas parāda Lielo ziemas trīsstūri un Piena ceļu, kas iet cauri trīsstūrim. Tas tiek uzņemts ar Nikon 28-70mm f / 2.8D ar 50mm f / 4 un Nikon D800. Tā ir četru attēlu mozaīka, tāpēc redzes lauks ir četras reizes lielāks nekā 50 mm redzes lauks. Katrā mozaīkas rāmī ir 16 5 minūšu ekspozīcijas ar ISO 400.
Šī ir divu attēlu mozaīka, kas uzņemta ar Mamiya 645 45mm f / 2.8 objektīvu ar f / 4.0 un Canon 5D Mark II. Divu attēlu mozaīka ļauj notvert ne tikai Cygnus zvaigznāju, bet arī liela mēroga Piena ceļu. Katrā atsevišķajā mozaīkas rāmī ir 16 4 minūšu ekspozīcija ar ISO 1600. Pēcapstrādē es uzklāju slāni, lai aizmiglotu spilgtu zvaigžņu gaismu, tāpēc zvaigznāja forma ir redzamāka. To pašu efektu var panākt ar izkliedētu filtru objektīva priekšā. Šim nolūkam parasti tiek izmantoti filtri Kenko Softon A un Cokin P830.
Deep-Sky piemēri
Šis platlauka attēls ap zvaigžņu kopu Pleiades (Meissier 45) ir uzņemts ar 500 mm f / 2.8 teleskopu un Nikon D800. Tā ir četru kadru mozaīka, un katrs rāmis satur vairāk nekā 1 stundu kopējās ekspozīcijas. Putekļu un gāzes mākoņi ap Plejādēm patiesībā ir ļoti vāji. Lai tos atklātu, ir nepieciešama ne tikai ļoti ilga ekspozīcija, bet arī ļoti tumšas un tīras debesis. Attēla kalibrēšana jāveic arī ar ļoti lielu precizitāti, pretējā gadījumā debesu fons un optikas vinjete pilnībā izmazgās vājo miglojumu. No otras puses, šādiem ziliem gāzes mākoņiem nav nepieciešams modificēts DSLR, lai tos ierakstītu. Mākoņu kodols ap Plejādēm var būt ļoti labs mērķis cilvēkiem, kuriem nav modificēta DSLR.
Andromedas galaktika (Meissier 31) ir mērķis, kuru neviens astrofotogrāfs nekad nav palaidis garām. To paņem teleskops ar manu pirmo iestatījumu un Canon 5D Mark II. Tā ir divu rāmju mozaīka. Katrā kadrā ir aptuveni 40 5 minūšu ekspozīcijas ar ISO 1600. Nepārveidoti DSLR var uzņemt pienācīgus šādus galaktikas mērķu attēlus. Tomēr, ja mēs uzmanīgi aplūkojam attēlu, gar Andromeda galaktikas spirālveida ieročiem mēs varam redzēt daudz mazu sarkanu priekšmetu. Tie ir milzu gāzes miglāji, kas satur jonizētu ūdeņradi. Lai efektīvi uztvertu sarkano gaismu no šiem miglājiem, joprojām ir nepieciešams modificēts DSLR.
Zirga galvas miglājs sēž tieši blakus Oriona jostai un ir daļa no iepriekš attēlotā Oriona tēla. To var redzēt caur mēreni lieliem teleskopiem zem tumšām debesīm. Šis attēls no manas pirmās iestatīšanas uzņēma teleskopa Canon 5D Mark II ekspozīciju vairāk nekā 4 stundas. Sarkanā krāsa attēlā nāk no jonizēta ūdeņraža. Lai efektīvi ierakstītu sarkano gaismu, nepieciešams modificēts DSLR.
Ziemeļamerikas miglājs atrodas Cygnus un ir daļa no iepriekš parādītā Cygnus attēla. Tas ir diezgan liels miglājs, un tas lieliski iekļaujas 400 mm objektīva (FF) redzes laukā. Šis palielinātais attēls tika uzņemts ar manas pirmās iestatīšanas teleskopu un Canon 5D Mark II. Tā ir 4 kadru mozaīka, un katra kadra kopējā ekspozīcija ir 2,5 stundas. Miglājs nav pilnīgi sarkans. Sarkanajā gaismā ir iestrādāti arī zili komponenti, kas nāk no jonizēta skābekļa. Ja tiek izmantots nemodificēts DSLR, miglājs izskatās violets vai sārts.
Meissier 22 ir lodveida kopa Strēlniekā. Tajā ir aptuveni 300 tūkstoši zvaigžņu. Tas atrodas pretī Piena ceļam vasarā, tāpēc šī attēla fonā ir arī daudzas zvaigznes. Šis attēls ir uzņemts ar manas pirmās iestatīšanas teleskopu un Nikon D800. Kopējais ekspozīcijas laiks ir 1,5 stundas. Pašam klasterim šis ekspozīcijas laiks ir nevajadzīgi ilgs, jo kopa ir samērā spilgta. Es pavadīju papildu laiku šajā laukā, lai tvertu daudz vāju fona zvaigžņu, kas pieder Piena ceļam. Šādiem zvaigžņu mērķiem nav nepieciešams modificēts DSLR. Nepārveidots var tikpat labi.
Pinwheel galaktika (Meissier 101) ir tuvumā esoša galaktika, un tāpēc tā uz debesīm šķiet salīdzinoši liela salīdzinājumā ar lielāko daļu citu galaktiku. Tomēr tas joprojām ir ļoti mazs. Tās gaišākajai daļai ir izmērs, kas ir aptuveni puse pilnmēness. Šis attēls ir uzņemts ar manas pirmās iestatīšanas teleskopu un Canon 5D Mark II. Tas ir apgriezts, un apgrieztais redzes lauks ir līdzvērtīgs 3000 mm objektīvam. Tas satur 8,5 stundas normālas ekspozīcijas, kā arī vēl 3 stundas ekspozīcijas zem alfa ūdeņraža (656,3 nm) šaurjoslas filtra. Šauras joslas filtra attēls ir paredzēts, lai uzlabotu mazos sarkano miglāju plankumus gar spirālveida balstiem. Diemžēl tas nav pārāk efektīvs DSLR izmantošanas veids, jo tikai viena ceturtā daļa pikseļu aktīvi uztver fotonus zem tik dziļi sarkana filtra. Šī attēla fonā mēs varam redzēt daudzus mazus dzeltenus punktus. Tās ir daudzas ļoti tālu galaktikas. Dažas no galaktikām atrodas tik tālu, ka laiks, kas nepieciešams, lai gaisma virzītos no šīm galaktikām pie mums, ir garāks par mūsu Saules vecumu.
Šo viesu ierakstu veidoja astronoms Vejs Hao Vangs, kurš strādā Taivānas nacionālajā pētniecības institūtā, un šobrīd apmeklē Kanādas, Francijas un Havaju salu teleskopu Havaju salās. Viņš ir arī astrofotogrāfs un uzsācis šo hobiju 1990. gadā. Viņa nesen veikto astrofotogrāfiju kolekciju var atrast šeit.
