Astrofotografia este un hobby care câștigă rapid popularitate datorită tehnologiei senzorului CMOS care avansează rapid. În urmă cu peste un deceniu, materialul de înregistrare a luminii folosit în astrofotografie era în primul rând emulsie chimică. Sensibilitatea sa scăzută face foarte dificilă înregistrarea semnalului slab din spațiul adânc. În plus, lipsa de feedback în timp real este o sursă uriașă de frustrare pentru începători. Erorile operaționale, precum focalizarea, pot fi realizate numai după câteva nopți de muncă grea, după ce filmul a fost dezvoltat. La mijlocul anilor 90, apariția camerelor CCD răcite a oferit soluții atât pentru sensibilitate, cât și pentru problemele de feedback în timp real. Cu toate acestea, prețurile lor ridicate și zonele senzoriale mizerabil de mici și-au limitat utilizările doar la câteva tipuri de astrofotografie și la astrofotografi foarte entuziaști. În timp ce CCD-urile au revoluționat cercetarea astronomică, această tehnologie nu a schimbat niciodată peisajul astrofotografiei amatorilor. Adevăratul punct de cotitură a avut loc în 2002. După ce Fujifilm și-a anunțat DSLR-ul FinePix S2Pro și a prezentat imagini astronomice uimitoare făcute de această cameră, oamenii au început să exploreze serios DSLR-urile pentru astrofotografie. DSLR-urile pot oferi feedback în timp real, ceea ce este foarte important pentru începători. Au sensibilități nu mult mai rele decât CCD-urile, iar DSLR-urile cu senzori mari (APS-C) sunt destul de accesibile în zilele noastre. Peisajul actual în astrofotografie este modelat de o serie de DSLR-uri bazate pe CMOS de la Canon, dar DSLR-urile și camerele fără oglindă bazate pe senzori Sony câștigă popularitate foarte repede.
Datorită slujbei mele, am oportunități de a folosi o gamă largă de instrumente de imagistică, de la camere CCD de milioane de dolari pe telescoape profesionale mari la camere CCD amator și DSLR-uri. Pregătirea mea în cercetarea astronomică îmi oferă, de asemenea, seturi de instrumente pentru a evalua cantitativ performanța senzorilor și pentru a le cunoaște adevăratele limite. Acest lucru ajută nu numai cercetările mele, ci și hobby-ul vieții mele, astrofotografia. În ceea ce privește hobby-ul, folosesc în principal DSLR-urile (Canon 5D Mark II și Nikon D800) pentru performanțe ridicate și prețuri accesibile. Pentru a obține cele mai bune rezultate astrofotografice, filtrele interne ale DSLR-urilor sunt modificate pentru a avea un randament mai mare în roșu intens, astfel încât să poată fi mai eficiente în înregistrarea luminii roșii din hidrogenul gaz ionizat din univers. În afară de această modificare a filtrului, DSLR-urile utilizate pentru astrofotografie nu diferă de DSLR-urile pe care le folosim zilnic.
O îngrijorare foarte comună cu privire la utilizarea DSLR-urilor pe astrofoto este zgomotul termic generat de senzori. Camerele CCD răcite la -20 sau chiar -40 grade C nu au astfel de probleme. Cu toate acestea, senzorii CMOS produși în ultimii cinci ani au toți un zgomot termic foarte scăzut. Sub aceeași temperatură a senzorului, zgomotul lor termic este de fapt mult mai mic decât CCD-urile obișnuite în camerele astronomice. Un alt factor important pe care mulți îl trec cu vederea este sursele de zgomot, altele decât căldura din senzor, dintre care unul este zgomotul fotonului generat chiar de cer. Cu cele mai recente DLSR-uri în multe circumstanțe, zgomotul fotonic al cerului depășește adesea zgomotul termic, făcând inutilă răcirea. Doar în locurile care sunt atât fierbinți, cât și întunecați (cum ar fi deșerturile din sud-vestul SUA), este necesară răcirea pentru a exploata pe deplin cerul întunecat.
Aceasta este configurația de imagine pe care o folosesc des. DSLR-ul este atașat la capătul telescopului primar, care acționează ca un teleobiectiv gigant (1100mm, f / 7.3). Este un refractor APO, cu un obiectiv corector mare în fața planului focal pentru a corecta curbura câmpului și astigmatismul. Câmpul corectat este suficient de mare pentru a acoperi un senzor de format 67. Telescopul se așează pe o montură ecuatorială, care este acționată de motor și poate urmări mișcarea est-vest a stelelor pe cer pentru a permite expuneri lungi. Deasupra scopului primar este un alt scop mai mic, cu o mică cameră CCD atașată la acesta. Acest sistem mic de lunetă și cameră poate monitoriza urmărirea monturii ecuatoriale atunci când luneta primară este expusă. Ghidează automat montajul pentru a corecta erorile de urmărire în timp real. Întregul sistem (montare ecuatorială, DSLR și sistem de ghidare) este controlat de un laptop.
Aceasta este configurarea mea când vreau doar să realizez imagini cu unghi larg. Aceasta seamănă mai mult cu ceea ce poate folosi un începător. Camera și obiectivul sunt atașate la o montură ecuatorială printr-un cap de minge. Pentru fotografiile cu unghi larg, urmărirea monturii nu trebuie să fie foarte precisă, deci nu este necesar un sistem de ghidare în timp real. De regulă, atunci când distanța focală este mai mică de 200 mm, este relativ ușor să faceți fotografii cu expunere îndelungată fără a utiliza un sistem ecuatorial de montare și ghidare. Lucrurile încep să devină dificile atunci când distanța focală este mai mare de 300 mm.
Procedura generală
Fluxul de lucru în astrofotografie este destul de diferit de cel din fotografia de zi. Deoarece țintele noastre sunt foarte slabe, trebuie să expunem câteva minute sau chiar câteva ore, pentru a colecta suficient semnal foto de la țintele noastre. Cu toate acestea, fundalul cerului este de obicei atât de înalt încât va satura imaginea atunci când expunerea este mai mare de 10 minute sau cam așa ceva (acest lucru este valabil mai ales sub un cer poluat de lumină). Prin urmare, ceea ce facem este să împărțim expunerea lungă în multe expuneri mai scurte (câteva până la 10 minute) pentru a evita saturația și apoi să stivim (în medie) imaginile cu expunere scurtă în post-procesare pentru a combina semnalul lor. Acest lucru dă un rezultat care este echivalent cu o expunere foarte lungă.
Pe telescop, odată ce montarea ecuatorială este configurată și aliniată la Polaris, ceea ce facem de obicei este să folosim mai întâi o stea strălucitoare pentru a focaliza. Aceasta a fost o sarcină foarte provocatoare, dar acum este foarte ușor cu funcția de vizualizare live a DSLR. Apoi ne mișcăm telescopul / obiectivul pentru a ne îndrepta spre țintă. De obicei, putem vedea foarte ușor constelația noastră țintă prin vizorul camerei dacă folosim un teleobiectiv unghi larg sau scurt. Pe de altă parte, dacă folosim un teleobiectiv lung sau un telescop pentru a trage obiecte din cerul adânc, țintele sunt de obicei prea slabe pentru a fi văzute direct. Unele teste expuneri scurte cu ISO foarte ridicat pot ajuta la verificarea încadrării noastre. Odată ce ați făcut acest lucru, tragem doar multe expuneri lungi de bec prin intermediul unui computer sau al unui declanșator cu temporizator. După cum s-a menționat mai sus, timpii de expunere tipici variază de la câteva la 10 minute, în funcție de cât de rapid este obiectivul nostru și de cât de întunecat este cerul. Un ISO foarte frecvent utilizat este 1600. Cu toate acestea, cu DSLR-urile recente cu senzori Sony, este posibil să utilizați ISO 800 sau chiar 400 și totuși să obțineți rezultate foarte bune după post-procesare. Avantajul ISO-urilor mai mici este, desigur, gama lor dinamică mai mare. Este de la sine înțeles că filmăm întotdeauna RAW.
În plus față de expunerile pe cer, luăm și multe imagini de „calibrare” pentru a elimina semnalul nedorit din cer, optică și cameră. De exemplu, luăm expuneri la obiecte cu o luminozitate uniformă (cum ar fi un cer fără nori în timpul zilei sau un crepuscul sau un panou LED mare) după aceea. Astfel de imagini (numite „câmp plat”) pot fi folosite pentru a corecta vignetarea cauzată de obiectiv / telescop în imaginile de pe cer, pentru a restabili luminozitatea uniformă a fundalului. La începutul sau la sfârșitul nopții, acoperim complet obiectivul / telescopul și luăm expuneri „întunecate” atunci când camera se află la aceeași temperatură ca și fotografiile de pe cer. Astfel de imagini întunecate pot fi folosite pentru a elimina semnalul termic din imaginile de pe cer. Acest lucru este în esență același cu reducerea zgomotului de expunere îndelungată a majorității DSLR-urilor în cameră, dar facem acest lucru manual pentru a evita pierderea prețioasei nopți. Luăm, de asemenea, expuneri extrem de scurte (1/8000 sec) (numite „părtinire”) atunci când obiectivul este complet acoperit, pentru a ține cont de orice semnal generat de cameră atunci când nu există lumină și, de asemenea, nu există timp pentru a se acumula semnalul termic. La fel ca expunerile de pe cer, luăm mai multe expuneri (de la câteva la câteva zeci) plate, întunecate și de părtinire și le facem medii pentru a bate orice zgomot aleatoriu din imagini pentru a îmbunătăți calitatea semnalului. Există multe pachete software (cum ar fi DeepSkyStacker, care este gratuit) care pot procesa imagini de pe cer, câmp plat, întuneric și părtinitor și pot stiva imaginile calibrate pe cer pentru a forma o imagine foarte profundă, curată și înaltă. imagine cu interval dinamic. Toate acestea trebuie făcute din fișiere RAW, deoarece imaginile JPEG.webp nu sunt liniare și nu permit eliminarea exactă a semnalului nedorit.
(a) este un fișier brut convertit direct în Photoshop și cu o oarecare întindere a contrastului. Aici vedem indicii de nebuloase roșii în imagine, dar cea mai proeminentă caracteristică a acestei imagini este modelul de vignetare cauzat de telescop și cameră. (b) este o imagine cu „câmp plat” realizată cu același telescop spre cerul amurg. Este o imagine care nu conține altceva decât modelul de vignetare. Din punct de vedere matematic, împărțim (a) cu (b) pentru a elimina modelul de vignetare și acest calcul se numește „corecție cu câmp plat”. (c) este rezultatul unei astfel de corecții, plus contrast puternic și întinderi de saturație. Putem vedea că, fără corectarea câmpului plat, nu există nicio speranță de a scoate nebulele slabe peste tot în imagine din (a). BTW, corecția de vignetare încorporată în majoritatea programelor non-astronomice de procesare a imaginilor (cum ar fi Photoshop sau Lightroom) nu este suficient de precisă pentru astrofotografie, chiar dacă obiectivul nostru se află în baza de date software. Acesta este motivul pentru care trebuie să efectuăm noi înșine corecția câmpului plat folosind un software conceput pentru astrofotografie.
După calibrarea de bază și stivuirea imaginilor, folosim software cum ar fi Photoshop pentru a procesa în continuare imaginile stivuite. De obicei este nevoie de o curbă foarte puternică și o întindere de saturație pentru a aduce detaliile slabe într-o imagine astronomică stivuită. De asemenea, necesită o mulțime de abilități și experiență pentru a realiza acest lucru, menținând în același timp o culoare exactă și un aspect natural al unei imagini. În esență, este ca și cum ați procesa manual o imagine RAW de la zero, fără a vă baza pe nici un motor brut de procesare. Nu este neobișnuit să petrecem mai mult timp la procesarea unei imagini decât timpul de expunere al acesteia, iar postprocesarea este adesea ceea ce separă un astrofotofotograf de top de cele medii.
Exemple de câmp larg
Această imagine a lui Orion este făcută cu obiectivul Sigma 50mm f / 1.4 Art și Nikon D800. Este un compozit de peste 60 de expuneri de 4 minute la ISO 800 și f / 3.2 până la f / 4.0. Cele mai mult de 4 ore de timp total de expunere aici sunt destul de extreme. Pentru fotografii de constelație de acest fel, de obicei petrecem doar 0,5 până la 1,5 ore. Cu toate acestea, expunerea extrem de lungă aici duce la o calitate mai bună a imaginii și permite detectarea nebulilor foarte slabi în jurul Orionului. Pentru a captura în mod eficient nebulozele roșii din Orion, este nevoie de un DSLR modificat. Cu toate acestea, cu una nemodificată, putem obține în continuare frumoasa culoare a stelelor din constelații. Deci, constelațiile cu câmp larg sunt ținte excelente pentru începătorii care nu sunt pregătiți să-și trimită camerele pentru operație.
Această imagine a Căii Lactee de vară este făcută cu un telescop de 500 mm f / 2.8 și Canon 5D Mark II. Este un mozaic de 110 imagini, deci câmpul său vizual este comparabil cu cel al unui obiectiv de 50 mm. Sunt un mare fan al imaginilor mozaic. O numesc adesea camera de format mare a oamenilor săraci. O panoramă nebună ca mozaic conține detalii bogate care depășesc cu mult ceea ce poate fi capturat cu cel mai înalt spate digital de format mediu. Prețul este că este nevoie de foarte mult timp pentru a realiza și a procesa imaginile.
Aceasta este o versiune extinsă a imaginii Orion. Arată Marele Triunghi de Iarnă și Calea Lactee care trece prin triunghi. Este luat cu Nikon 28-70mm f / 2.8D la 50mm f / 4 și Nikon D800. Este un mozaic cu patru imagini, deci câmpul vizual este de patru ori mai mare decât un câmp vizual de 50 mm. Fiecare cadru mozaic conține 16 expuneri de 5 minute la ISO 400.
Acesta este un mozaic cu două imagini realizat cu un obiectiv Mamiya 645 45mm f / 2.8 la f / 4.0 și Canon 5D Mark II. Mozaicul cu două imagini permite să surprindă nu numai constelația Cygnus, ci și Calea Lactee pe scară largă. Fiecare cadru individual de mozaic conține 16 expuneri de 4 minute la ISO 1600. În post-procesare, am aplicat un strat pentru a estompa lumina stelelor strălucitoare, astfel încât forma constelației să fie mai evidentă. Același efect poate fi obținut cu un filtru difuz în fața obiectivului. Filtrele utilizate în mod obișnuit în acest scop includ Kenko Softon A și Cokin P830.
Exemple Deep-Sky
Această imagine cu câmp larg în jurul clusterului stelar Pleiades (Meissier 45) este realizată cu un telescop de 500 mm f / 2.8 și Nikon D800. Este un mozaic cu patru cadre și fiecare cadru conține mai mult de 1 oră de expunere totală. Norii de praf și gaze din jurul Pleiadelor sunt de fapt foarte slabi. Nu necesită doar expuneri foarte lungi pentru a le detecta, ci și un cer foarte întunecat și curat. Calibrarea imaginii trebuie făcută, de asemenea, cu o precizie foarte mare, altfel fundalul cerului și vignetarea opticii vor spăla complet nebulozitatea slabă. Pe de altă parte, norii de gaz albastru ca acesta nu necesită un DSLR modificat pentru a le înregistra. Nucleul norilor din jurul Pleiadelor poate fi ținte foarte bune pentru persoanele care nu au un DSLR modificat.
Galaxia Andromeda (Meissier 31) este o țintă niciodată ratată de niciun astrofotograf. Acest lucru este luat de telescop cu prima mea configurație și Canon 5D Mark II. Este un mozaic cu două cadre. Fiecare cadru conține aproximativ 40 de expuneri de 5 minute la ISO 1600. DSLR-urile nemodificate pot face poze decente cu ținte de galaxie ca aceasta. Cu toate acestea, dacă ne uităm cu atenție la imagine, putem vedea multe mici obiecte roșii de-a lungul brațelor spirale ale galaxiei Andromeda. Acestea sunt nebulozele gazoase gigantice care conțin hidrogen ionizat. Pentru a capta eficient lumina roșie din aceste nebuloase, este încă necesară o DSLR modificată.
Nebuloasa Capului de cal se află chiar lângă centura lui Orion și face parte din imaginea lui Orion prezentată mai devreme. Poate fi văzut prin telescoape moderat de mari sub cerul întunecat. Această imagine a durat mai mult de 4 ore de expunere la Canon 5D Mark II de pe telescop de la prima mea configurare. Culoarea roșie din imagine provine din hidrogen ionizat. Este nevoie de un DSLR modificat pentru a înregistra eficient lumina roșie.
Nebuloasa nord-americană se află în Cygnus și face parte din imaginea Cygnus prezentată mai sus. Este o nebuloasă destul de mare și se potrivește frumos în câmpul vizual al unui obiectiv de 400 mm (FF). Această imagine mărită a fost făcută cu telescopul de la prima mea configurație și Canon 5D Mark II. Este un mozaic cu 4 cadre, iar expunerea totală a fiecărui cadru este de 2,5 ore. Nebuloasa nu este complet roșie. Există, de asemenea, componente albastre încorporate în lumina roșie, care provine din oxigenul ionizat. Dacă se utilizează un DSLR nemodificat, nebuloasa ar părea purpurie sau roz.
Meissier 22 este un cluster globular din Săgetător. Conține aproximativ 300 de mii de stele. Se așază împotriva Căii Lactee de vară, deci există și numeroase stele în fundalul acestei imagini. Această imagine este făcută cu telescopul de la prima mea configurație și Nikon D800. Timpul total de expunere este de 1,5 ore. Pentru clusterul în sine, acest timp de expunere este inutil de lung, deoarece clusterul este relativ luminos. Am petrecut timp suplimentar în acest domeniu pentru a surprinde numărul mare de stele slabe de fundal care aparțin Căii Lactee. Țintele stelare ca aceasta nu necesită un DSLR modificat. Unul nemodificat se poate descurca la fel de bine.
Galaxia Pinwheel (Meissier 101) este o galaxie din apropiere și, prin urmare, pare relativ mare pe cer în comparație cu majoritatea celorlalte galaxii. Cu toate acestea, este încă foarte mic. Partea sa mai strălucitoare are o dimensiune de aproximativ jumătate de lună plină. Această fotografie este făcută cu telescopul de la prima mea configurație și Canon 5D Mark II. Este decupat, iar câmpul vizual decupat este echivalent cu cel al unui obiectiv de 3000 mm. Conține un total de 8,5 ore de expuneri normale, plus alte 3 ore de expuneri sub un filtru cu bandă îngustă cu hidrogen alfa (656,3 nm). Imaginea filtrului cu bandă îngustă este de a îmbunătăți micile pete de nebuloase roșii de-a lungul brațelor spirale. Din păcate, aceasta nu este o modalitate foarte eficientă de a folosi un DSLR, deoarece doar un sfert din pixeli primesc în mod activ fotoni sub un astfel de filtru roșu intens. În fundalul acestei imagini, putem vedea multe puncte galbene mici. Acestea sunt numeroase galaxii foarte îndepărtate. Unele dintre galaxii sunt atât de departe, încât timpul necesar pentru ca lumina să călătorească din acele galaxii către noi este mai lung decât vârsta Soarelui nostru.
Această postare de oaspeți a fost contribuită de Wei-Hao Wang, un astronom care lucrează într-un institut național de cercetare din Taiwan și se află în prezent în vizită la Telescopul Canada-Franța-Hawaii de pe Insula Mare din Hawaii. De asemenea, este astrofotograf și a început acest hobby în 1990. O colecție de astrofotografii sale recente poate fi găsită chiar aici.
