TV-Autoguider

English Czech
autoguider

Naprosoto nezbytnou podmínkou pro úspěšné provozování astrofotografie je kvalitní autoguider, pokud tedy nejste masochista a nechcete stát celou noc v krkolomných polohách u pointačního okuláru. Princip zařízení je prostý, na vstup je přiveden signál z citlivé TV kamerky, která snímá obraz hvězdného pole v pomocném (pointačním) dalekohledu, který je připevněn k hlavnímu snímacímu dalekohledu. Na LCD panelu guideru je zobrazeno hvězdné pole snímané kamerou a záměrný kříž. Pomocí kurzorových kláves se kříž posune nad některou dostatečně jasnou hvězdu. Pokud hvězda kvůli nepřesného chodu montáže začne driftovat ze středu kříže guider začne vysílat korekční signál který se pomocí kabelu zavádí do guider vstupu paralaktické montáže. Guder umožňuje nastavit směr os v poli (RA/DE), způsob korekce (nepřerušovaný korekční signál / korekční pulsy), toleranci pro pohyb hvězdy ze středu kříže, průměrování snímků z kamery a další. Novější typ v kombinaci s DSLR umožňuje také dithering.

Pokud má autopointace plnit správně svůj účel, musí být zaručeno, že sestava hlavní dalekohled - pointační dalekohled je dostatečně tuhá a nedochází k žádným vzájemným mechanickým pohybům ani průhybům. Duležité je také pevné uchycení pointační kamery v pointačním dalekohledu a přichycení kabelu vedoucího z kamery ke guideru, protože např. pohyb volných kabelů ve větru může způsobit pohyb kamery a způsobit chyby v pointaci. U některých moderních montáží je zaručen tak přesný chod, že guideru není třeba, nicméně cena takových montáží se pohybuje v řádu set tisíc.

Křížový pozicionér

English Czech
pozicionér

Pozicionér je pohodlnější alternativou k pointačním kruhům, které umožňují ve hvězdném poli vyhledat vhodnou pointační hvězdu. Pozicionér umožňuje v ploše X-Y posun kamery ve fokální rovině dalekohledu a zvyšuje tak pravděpodobnost nalezení dostatečně jasné hvězdy pro pointaci. Pokud fotíme v oblasti mléčné dráhy, nebývá problém najít dostatečně jasnou hvězdu v blízkém okolí optické osy, nicméně na chudé podzimní a zejména jarní obloze je někdy celkem problém vhodnou hvězdu k pointaci najít i s pozicionérem. Oproti pointačním kruhům má výhodu ve snadnější a rychlejší manipulaci, sníženém riziku stáčení pole v případě, že by pointační dalekohled v kruzích mířil hodně mimo osu hlavního dalekohledu a v neposlední řadě větší robustnosti celé sestavy. Plány k výrobě tohoto šikovného udělátka mi poskytl kamarád Martin Myslivec

"Flat field" panel

English Czech
pozicionér

Většina optických systémů, hlavně těch s vyšší světelností trpí nerovnoměrným osvětlením pole v ploše senzoru, projevující se jako úbytek světla od středu pole k okraji. Jev je známý jako vinětace. Na běžných denních snímcích, mimo zjevných extrémů při použití hodně světelných a širokoúhlých objektivů, bývá většinou nepovšimnuta, nicméně na fotografiích vesmírných objektů se projevuje velmi nehezkým způsobem, který je demonstrován na jednom z obrázků níže. Projevy vinětace jsou tím horší, čím slabší partie objektů je třeba na snímku zviditelnit. Vinětaci lze více či méně eleminovat vhodnou kalibrací pomocí snímku, který je nazýván "flat-field". Nejde o nic jiného, než že objektiv / zrcadlo astronomického dalekohledu namíříme na rovnoměrně osvětlenou monotóní plochu a provedeme expozici. Délka expozice se volí tak, aby maximum na histogramu leželo do 1/4-1/3 rozsahu histogramu, tedy s dostatečnou rezervou v oblasti lineární odezvy senzoru. Kvůli potlačení nežádoucího šumu se většinou pořizuje cca 10 flat field snímků, které se při zpracování průměrují na tzv. "master-flat" snímek. Od výsledného master-flat snímku se ještě odečítá "master-bias" snímek. "Master flat" korigovaný o bias je poté softwarově znormalizován na rozsah 0-1 (0-100% intenzity) a tímto snímkem je podělen každý jednotlivý snímek objektu. Tím dojde k vyrovnání intenzity jasu v ploše obrazu.

astrofotografický speciál

Snímek nekorigovaný "flat-field" snímkem. Patrná je silná a nesymetrická vinětace v okrajích obrazu.

astrofotografický speciál

Snímek kde byl korektně použit kalibrační "flat-field" snímek pro korekcí vinětace

astrofotografický speciál

Animace odstranění vinětace ze snímku, kde je velmi názorně vidět pozitivní efekt korekce.


Problémem není vlastní korekce, ale nasnímání kvalitního flat-field snímku. Tradičním způsobem se tyto snímky pořizují nafocením oblohy bez hvězd za rozbřesku, tento způsob je sice nejpřesnější, protože paprsky dopadající do tubusu jsou rovnoběžné stejně jako při focení objektu, nicméně tento způsob není příliš pohotový, vzhledem ke skutečnosti že s focením se končí většinou ještě za tmy a čekání na rozbřesk není z časových důvodů možné. Navíc pokud dalekohled není namířen do míst oblohy s rovnoměrným jasem, hrozí vznik gradientu v obrazu, přičemž toto riziko roste se zkracujícím se ohniskem.

Další možností, které využívá hodně astrofotgrafů je využití různých typů "flat-field" boxů. Výroba kvalitního boxu je celkem zdlouhavá a navíc takový box hlavně na větší průměry dalekohledu zabírá v domě nemalé místo. Třetí nejčastější způsob pořízení flatu, spočívá ve vyfocení rovnoměrně osvětlené plochy dostatečně velkého LCD monitoru, který je přiložen na objektiv dalekohledu. V PC je třeba otevřít některý program, který poskytuje velkou bílou plochu, např. MS Word. Nicméně ani tento způsob není zcela optimální pokud počítač - notebook používáme v terénu k pořizování snímků a řízení CCD kamery nebo fotoaparátu.

Pro účely kalibrace "flat-field" snímkem používám metodu s využitím LCD displeje, avšak modifikovanou tak, abych k tomu nemusel používat PC nebo notebook. K tomu je třeba pouze sehnat poškozený LCD monitor. Pro menší průměry dalekohledů je optimální panel z notebooku, pro větší průměry pak stolní LCD. Monitor může být zcela nefunkční, podmínkou je pouze funkční podsvit a nepoškozená plocha obrazovky. Takový monitor je třeba opatrně rozebrat, a najít budič CCFL výbojky / výbojek podsvitu a tento měnič zprovoznit pro externí napájení např. z autobaterie. U některých typů starších monitorů je zprovoznění naprosto triviální a stačí dohledat datový list k řídícímu obvodu na desce měniče. Většina těchto obvodů pracuje s několika základními vstupními signály. Jedná se o signál CS (chip select) nebo také vypnutí / zapnutí obvodu, signál řízení jasu, který je buď realizován proměnným napětím v určitém rozsahu, nebo PWM signálem (pulse-width modulation), tedy obdelníkovými pulsy s proměnnou střídou. Pokud se nepodaří budič zprovoznit, lze modul měniče koupit (v cenové relaci 100-200 Kč např. zde). Poslední věcí, kterou je třeba udělat, je snížit jas panelu tak, aby splnil kriteria uvedená výše, tzn. že vhodně zvolenou délkou expozice získáme při daném jasu maximum na histogramu do 1/3 rozsahu. K tomuto účelu se výborně hodí samolepicí bílá plastová fólie, která se v potřebném množství vrstev nalepí na plochu panelu. Další funkcí této vrstvy je rozptyl světla, který ruší polarizaci vznikající na polarizačním filtru LCD panelu. Z občasných diskusí vyplívá, že právě polarizace může mít negativní vliv na kvalitu vzniklého flat-field snímku. Po modifikaci lze panel napájet např. 12 V autobaterie.

astrofotografický speciál

LCD panel z monitoru notebooku Compaq Armada V300 s odejmutým krycím panelem

astrofotografický speciál

CCFL měnič. Přibližně uprostřed destičky se nachází řídicí obvod MP 1010MBF

astrofotografický speciál

Vyjmutá sestava polarizačních filtrů, fresnelových čoček, CCFL výbojky a vlastního LCD zobrazovače.


V poslední době začínají být k pořizování flat field snímků velmi populární elektroluminiscenční panely a to zejména díky snadnosti použití, rovnoměrnosti osvětlení a dostupnosti různých formátů a tvarů, včetně velkých ploch. Velkou nevýhodou je však jejich háklivost na zničení napěťovými špičkami, potřeba napájení vyšším napětím řádu stovek volt a v současnosti především jejich cena, která se pro větší plochy (např. pro dalekohled o průměru 250 mm) pohybuje v řádu tisíců korun.

astrofotografický speciál

Elektroluminiscenční panel


CCD filtry pro úzkopásmovou fotografii

English Czech
EOS Clip filtr vložený do speciálního držáku v CCD kameře

EOS Clip filtr vložený do speciálního držáku v CCD kameře

EOS Clip filtr H-alfa (12 nm)

EOS Clip filtr H-alfa (12 nm)

EOS Clip filtr O-III (12 nm)

EOS Clip filtr O-III (12 nm)


Úzkopásmové filtry určené pro astrofotografii propouštějí z viditelné oblasti spektra vždy pouze velmi úzký výsek se středem na určité vlnové délce. Šířka pásma propustnosti filtrů bývá různá, nicméně čím uzší oblast spektra filtr propouští, tím většího kontrastu lze u snímku docílit. Filtry jsou navrženy pro vlnové délky na kterých září vybrané typy objektů ve vesmíru. Jde o několik nejčastějších vlnových délkek, které náležejí zejména jednou ionizovanému vodíku H-α (656.3 nm), H-β (486.1 nm) a dvakrát ionizovanému kyslíku O-III (500.7 nm). Další méně bežné jsou filtry pro snímání na čáře jednou ionizované síry (672.4 nm) a jednou ionizovaného dusíku (658.4 nm). Pokud použijeme při snímání úzkopásmový filtr můžeme dosahnout výrazně vyššího kontrastu snímaného objektu, lepšího prokreslení struktury a získáme informaci o rozložení jednotlivých prvků (vodík, kyslík, síra, dusík) v prostoru. Dalším benefitem je, že lze objekty snímat i z hodně světelně znečištěných oblastí, kde by klasická širokopásmová astrofotgrafie nepadala vůbec v úvahu. Nejlepších výsledků je dosahováno při použití těchto filtrů s citlivou monochromatickou CCD kamerou. Výsledné monochromatické snímky jsou prezentovány v odstínech šedé barvy. Pokud je objekt vyfocen s využitím více úzkopásmových filtrů, lze v PC vytvářet barevné kompozity (ve falešných barvách), jejich úžasnou podobu známe např. z Hubbleova teleskopu.

Filtry uvedené na horních snímcích jsou tzv. EOS-clip filtry firmy Astronomik s šířkou propustnosti 12 nm na čáře ionizovaného vodíku a dvakrát ionizovaného kyslíku. Filtry jsou navrženy tak, aby mohly být vkládány přímo do těla fotoaparátů Canon EOS. Používám je v kombinaci s CCD kamerou G2-8300, do které byl vyroben speciální držák. Výhodou je snadná a rychlá výměna během noci, bez nutnosti po výměně znova nastavovat kompozici snímku. Níže je ukázka snímků pořízených pomocí úzkopásmových filtrů. V prvním případě se jedná o snímek vytvořený ve falešných barvách ze dvou monochromatických snímků pořízených přes H-alfa a O-III filtr

propustnosti RGB filtrů Astronomik

Snímek mlhoviny NGC 281 ve falešných barvách vytvořený bicolor technikou s užitím snímků v H- α + OIII

propustnosti RGB filtrů Astronomik

Snímek mlhoviny NGC281 pořízený přes H-α filtr

propustnosti RGB filtrů Astronomik

Snímek mlhoviny NGC281 pořízený přes O-III filtr


Kabelová spoušť s časovačem

English Czech
Kabelová spoušť s časovačem

Dalším užitečným pomocníkem při sekvenčním focení v astrofotgrafii je kabelová spoušť s časovačem. Pokud pořizujeme během noci větší sekvenci obrázků, ušetří nám hlídání času a expozice spouští automaticky vždy po doběhnutí předchozího snímku. Jedná se o doma vyráběné zařízení dle návodu na stránkách Marka Pecky. Zapojení neskrývá žádné záludnosti a program mikrokontroleru je skvěle odladěn, jak už bývá u Marka zvykem. Kompletní dokumentace včetně zdrojového kódu pro mikroprocesor AT je volně ke stažení z uvedených stránek. Časovač umožňuje nastavení počtu a délky expozic, dále umožňuje nastavení periody mezi snímky, předsklopení zrcátka a některé další funkce. Časovač používám už mnoho let a nikdy mě nezklamal a to ani v extrémním počasí.

Časovač jsem ve svých astrofotgrafických začátcích používal při focení vesmírných objektů s DSLR. Nyní po přechodu na CCD kameru a ovládání z PC používám časovač zejména při focení "star-trails" a pro focení "time-lapse" videa, což je další poměrně návyková záležitost.

Napájecí zdroj pro fotoaparát Canon EOS 350D

English Czech
kamera Logitech QuickCam Pro 4000

Tento zdroj jsem si navrhl a vyrobil pro napájení fotoaparátu z externí baterie pro použití na dlouhé sekvenční expozice. Originální baterie od Canonu (NB2-LH), která je ve fotoaparátu, vydrží při focení s dlouhodobě otevřenou závěrkou maximálně 1-2 hodiny, což je žalostně málo. Fotoaparát je přes tento zdroj připojen k externí baterii 11-13 V. Zvolena byla konstrukce se spínaným zdrojem, která má výrazně vyšší účinnost (tento konkrétní typ ~82%) oproti zdrojům s lineárním stabilizátorem napětí. K napájení v současné době používám buď olověný akumulátor 12 V nebo LiFePO baterii s výstupním napětím 13.2 V. Použití lithium-fosfátové baterie je výhodné zejména vzhledem k výrazně nižší hmotnosti proti olověnému gelovému akumulátoru, což oceňuji zejména pokud vybavení musím někam vynést na zádech.

Detailní popis konstrukce lze nalézt zde. Zdroj jsem testoval pouze na fotoaparátech Canon EOS 300D, 350D, 400D, 450D a 40D. Je pravděpodobné, že bude uspokojivě pracovat i na dalších modelech fotoaparátů, které používají k napájení akumulátory NB2-LH nebo BP-511 (napětí 7.4-8.2V), nicméně jsem to nezkoušel. Použití zdroje na fotoaparát, který využívá jiné napětí může vést k jeho zničení. Na tomto místě upozorňuji, že pokud se pro stavbu a použití rozhodnete, činíte tak pouze na vlastní riziko a jako autor zapojení nenesu žádnou odpovědnost za případně vzniklé škody.

astrofotografický speciál

DPS se součástkami

astrofotografický speciál

Schéma zapojení spínaného zdroje


Řídící jednotka pro vyhřívání dalekohledu

English Czech
Řídící jednotka pro vyhřívání dalekohledu

V době kdy jsem začínal s astrofotografií jsem považoval vyhřívání na dalekohled za celkem zbytnou bižuterii. Několik prvních podzimních nocí, kdy jsem se s technikou poprvé dostal pod oblohu mě přesvědčilo o opaku. Během nejkrizovějšího období roku tzn. během podzimních a jarních měsíců, kdy je velmi vysoká vzdušná vlhkost dochází k zarosení nevyhřívaného objektivu (i při použití rosnice) během několika desítek minut, takže šikovné vyhřívání je naprostou nezbytností. Vzhledem k ceně komerčně dostupného řešení jsem se opět rozhodl pro vlastní výrobu. Řídící jednotka funguje na principu PWM (Pulse Width-Modulation) a je založena na obvodu časovače NE555. Jednotka je napájena z 12 V akumulátoru, jehož napětí je prostřednictvím jednotky přiváděno na vyhřívací pásek (viz. níže). Změnou šířky napěťových pulsů se mění příkon přiváděný na vyhřívací pásek.

Srdcem vyhřívacího pásku je vhodný odporový drát. Odporový drát se vybírá podle rezisitivty, která je zase volena dle požadovaného topného výkonu, který chceme k zahřívaní optiky použít, potřebné délky vodiče a napětí, které bude na vodič přivedeno. V mé konstrukci používám kanthalový drát s resistivitou 6.93 Ω/metr a délkou cca 1.4 m. Tento odporový vodič slouží jako vyhřívací prvek a je umístěn uvnitř textilního pouzdra. Aby vodič v tomto pouzdře nikam necestoval a nemohlo dojít k jeho zkratu je vodič protkán vložkou. Jako vložka je použita poteflonovaná skelná tkanina, která vykazuje výbornou tepelnou odolnost.

Z tkaniny jsem vystřihl pásek s šířkou cca 12 mm a délkou 520 mm. K této délce pásku jsem vzal cca 1400 mm výše uvedeného odporového drátu RD 100/0,3 (6,93 ohm/m). Na proužek skelné takniny jsem si po celé jeho délce na obou stranách označil fixou body v odstupech cca 20 mm, kudy bude provlékán odporový drát. V těchto bodech jsem jehlou vytvořil dvě dírky. Na jedné straně je vodič veden v dlouhých úsecích, kdežto na druhé straně jen ve velmi krátkých. Vzniklý pásek jsem nechal zašít mezi suchý zip a kus tkaniny. Jako protikus k suchému zipu jsem použil cosi, čemu prodavačka v galanterii říkala tkaloun (viz. obrázek) s šířkou cca 20 mm. Zdá se, že tepelná odolnost tohoto materiálu je celkem slušná protože mi to zatím neshořelo, ani se nikde nepřiškvařilo, takže to byla zřejmě dobrá volba.

astrofotografický speciál

Pás skelné tkaniny potažené teflonem

astrofotografický speciál

Detail skelné poteflonované tkaniny

astrofotografický speciál

Pásek teflonové tkaniny připravený k další práci

Suchý zip je použit o šířce 25 mm a to jeho "měkká" strana. Kousek suchého zipu s háčky (cca 100 mm) je poté přišit na konec pásku, aby se celý pásek dal pohodlně fixovat na tubus. Při zašívání je třeba dát pozor, aby ta strana vnitřní vložky s vodičem byla delšími vedeními drátu přiložena ke straně, která bude poté přikládána k tubusu, v opačném případě půjde totiž většina topného výkonu na druhou starnu a nepomůže ani otočení pásku, protože by teplo muselo přestupovat přes vrstvu velcra ("měkká" strana suchého zipu), což není příliš efektivní.

poslední poznámky: 1) než vložku s odporovým drátem zašijete dovnitř, zafixujte k jedné straně (tkalounu nebo suchého zipu) přívodní vodič obšitím, aby nemohlo dojít k jeho vytržení z pásku. 2) odporový drát je pokryt vrstvou izolace (nejspíš nějaký oxid), takže před připojením k přívodnímu vodiči je zapotřebí konce odporového drátu zbavit izolace oškrabáním ostrým nožem v délce cca 5mm, konce se musí lesknout! Po odstranění izolace je přiletujte k přívodnímu vodiči. Upozorňuju, že to jde dost špatně pájet a je potřeba použít nějaké vhodné tavidlo. K tomu účelu jsem použil pájecí tuk LF 20. Propojení odporového drátu a přívodního vodiče je asi nejkritičtější operace a musí být provedena velmi pečlivě, protože v případě, že tam uděláte "studeňák", tak to časem celé upadne a budete to moci zahodit.

astrofotografický speciál

Fixou označené pozice pro provlečení odporového vodiče

astrofotografický speciál

Odporový vodič RD 100/0.3

astrofotografický speciál

Pásek s provlečeným odporovým vodičem


astrofotografický speciál

Tkaloun použitý jako strana pásku, která je přikládána k tubusu optiky

astrofotografický speciál

Komponenty pásku připravené k sešití

astrofotografický speciál

Výsledný produkt :-)