Астрофотографията е хоби, бързо набиращо популярност, благодарение на бързо напредващата CMOS сензорна технология. Преди повече от десетилетие материалът за запис на светлина, използван в астрофотографията, беше предимно химическа емулсия. Ниската му чувствителност много затруднява записването на слабия сигнал от дълбокия космос. Освен това липсата на обратна връзка в реално време е огромен източник на разочарование за начинаещи. Операционни грешки като извън фокус могат да бъдат осъзнати само след няколко нощи упорита работа след разработването на филма. В средата на 90-те години появата на охладени CCD камери предостави решения както за чувствителността, така и за проблемите с обратна връзка в реално време. Високите им цени и мизерно малките сензорни области обаче ограничиха употребите им само до няколко вида астрофотография и до много ентусиазирани астрофотографи. Докато CCD-тата революционизира астрономическите изследвания, тази технология никога не е променила действително пейзажа на аматьорската астрофотография. Истинският поврат се случи през 2002 г. След като Fujifilm обяви своя FinePix S2Pro DSLR и показа невероятни астрономически снимки, направени от тази камера, хората започнаха сериозно да изследват DSLR за астрофотография. DSLR могат да осигурят обратна връзка в реално време, което е много важно за начинаещи. Те имат чувствителност не много по-лоша от CCD, а DSLR с големи сензори (APS-C) са доста достъпни в днешно време. Днешният пейзаж в астрофотографията се формира от поредица базирани на CMOS DSLR от Canon, но DSLR и без огледални камери, базирани на сензори на Sony, набират популярност много бързо.
Поради работата си имам възможности да използвам широк спектър от инструменти за изображения, от многомилионни CCD камери на големи професионални телескопи до аматьорски CCD камери и DSLR. Обучението ми по астрономически изследвания също ми предоставя набори от инструменти за количествена оценка на работата на сензорите и за да знам истинските им граници. Това помага не само за моите изследвания, но и за цялото ми хоби, астрофотография. От страна на хобито използвам най-вече DSLR-ове (Canon 5D Mark II и Nikon D800) заради тяхната висока производителност и достъпни цени. За да се получат най-добрите астрофото резултати, вътрешните филтри на DSLR са модифицирани, за да имат по-голяма пропускателна способност в наситено червено, така че да могат да бъдат по-ефективни при записването на червената светлина от йонизиран водороден газ във Вселената. Освен тази модификация на филтъра, DSLR, използвани за астрофотография, не се различават от DSLR, които използваме ежедневно.
Една много често срещана тревога за използването на DSLR на астрофото е топлинният шум, генериран от сензорите. CCD камерите, охладени до -20 или дори -40 градуса C, нямат такива проблеми. Въпреки това, CMOS сензорите, произведени през последните пет години, имат много нисък топлинен шум. При една и съща температура на сензора техният топлинен шум всъщност е много по-нисък от често срещаните CCD в астрономическите камери. Друг важен фактор, който много хора пренебрегват, са източници на шум, различни от топлина в сензора, един от които е фотонният шум, генериран от самото небе. При най-новите DLSR при много обстоятелства шумът от фотон на небето често преодолява топлинния шум, което прави охлаждането ненужно. Само на места, които са както горещи, така и тъмни (като пустините в югозападната част на САЩ), е необходимо охлаждане, за да се използва напълно тъмното небе.
Това е настройката за изображения, която често използвам. DSLR е прикрепен към края на първичния телескоп, който действа като гигантски телеобектив (1100 mm, f / 7.3). Това е APO рефрактор, с голяма коректорна леща пред фокалната равнина, за да коригира кривината на полето и астигматизма. Коригираното поле е достатъчно голямо, за да покрие сензор с формат 67. Телескопът е разположен на екваториална опора, която се задвижва с двигател и може да проследява движението на звездите на изток-запад по небето, за да позволи дълги експозиции. Над основния обхват е друг по-малък обхват с малка CCD камера, прикрепена към него. Този малък обхват и система от камери могат да наблюдават проследяването на екваториалното монтиране, когато основният обхват прави експозиции. Той автоматично насочва монтирането, за да коригира грешките си в проследяването в реално време. Цялата система (екваториално монтиране, DSLR и направляваща система) се управлява от лаптоп.
Това е моята настройка, когато просто искам да заснема широкоъгълни изображения. Това прилича повече на това, което може да използва начинаещ. Камерата и обективът са прикрепени към екваториална стойка чрез сферична глава. За широкоъгълни снимки проследяването на монтажа не е необходимо да бъде супер точно, така че не е необходима система за насочване в реално време. Като основно правило, когато фокусното разстояние е по-малко от 200 мм, е сравнително лесно да се правят снимки с продължителна експозиция, без да се използва изискана екваториална опора и система за водене. Нещата започват да стават трудни, когато фокусното разстояние е по-голямо от 300 мм.
Обща процедура
Работният процес в астрофотографията е доста различен от този при фотографията на дневна светлина. Тъй като целите ни са много слаби, трябва да се изложим за няколко минути или дори няколко часа, за да съберем достатъчно фотосигнал от нашите цели. Обаче небесният фон обикновено е толкова висок, че ще насити изображението, когато експозицията е по-дълга или около 10 минути (това е особено вярно при замърсено със светлина небе). Следователно това, което правим, е да разделим дългата експозиция на много по-къси (от няколко до 10 минути), за да се избегне наситеността, и след това да подреждаме (осредняваме) изображенията с къса експозиция в последваща обработка, за да комбинираме техния сигнал. Това дава резултат, който е еквивалентен на много дълга експозиция.
На телескопа, след като екваториалната опора е настроена и подравнена към Поларис, това, което обикновено правим, е първо да използваме ярка звезда за фокусиране. Преди това беше много предизвикателна задача, но сега е много лесно с функцията за изглед на живо на DSLR. След това преместваме телескопа / обектива си, за да насочим към нашата цел. Обикновено можем много лесно да видим нашето целево съзвездие през визьора на камерата, ако използваме широкоъгълен или къс телеобектив. От друга страна, ако използваме дълъг телеобектив или телескоп за заснемане на обекти от дълбоко небе, целите обикновено са твърде слаби, за да се видят директно. Някои тестове на къси експозиции с много висок ISO могат да помогнат да се провери нашата рамка. След като това бъде направено, ние просто изстрелваме много дълги експозиции на крушки чрез компютър или таймер за освобождаване на затвора. Както бе споменато по-горе, типичните времена на експозиция варират от няколко до 10 минути, в зависимост от това колко бърз е обективът ни и колко тъмно е небето. Много често използван ISO е 1600. С последните DSLR-ове със сензори на Sony е възможно да се използва ISO 800 или дори 400 и все пак да се получат много добри резултати след последваща обработка. Предимството на по-ниските ISO е, разбира се, по-високият им динамичен диапазон. От само себе си се разбира, че винаги снимаме RAW.
В допълнение към експозициите в небето, ние също правим много изображения за „калибриране“, за да премахнем нежелания сигнал от небето, оптиката и камерата. Например, ние правим експозиции на обекти с еднаква яркост (като безоблачно дневно време или полумрачно небе или голям светодиоден панел) след това. Такива изображения (наречени „плоско поле“) могат да се използват за коригиране на винетирането, причинено от обектива / телескопа в небесните изображения, за възстановяване на равномерната яркост на фона. В началото или в края на нощта покриваме изцяло обектива / телескопа и правим „тъмни“ експонации, когато камерата е под същата температура като снимките в небето. Такива тъмни изображения могат да се използват за премахване на топлинния сигнал в небесните изображения. По същество това е същото като намаляването на шума при дълги експозиции на повечето DSLR фотоапарати, но ние правим това ръчно, за да избегнем загубата на ценното нощно време. Ние също така правим изключително кратки (1/8000 сек) експозиции (наречени „пристрастия“), когато обективът е напълно покрит, за да отчитаме какъвто и да е сигнал, генериран от камерата, когато няма светлина, а също и време за натрупване на топлинен сигнал. Подобно на експозициите в небето, ние правим множество (от няколко до няколко десетки) плоски, тъмни и пристрастни експонации и ги осредняваме, за да намалим всеки случаен шум в изображенията, за да подобрим качеството на сигнала. Има много софтуерни пакети (като DeepSkyStacker, който е безплатен), които могат да обработват изображенията в небето, плоското поле, тъмнината и пристрастията и да подреждат калибрираните изображения в небето, за да образуват много дълбоки, чисти и високи изображение с динамичен обхват. Всичко това трябва да се направи от RAW файлове, тъй като JPEG.webp изображенията не са линейни и не позволяват точно премахване на тези нежелани сигнали.
(а) е суров файл, директно преобразуван във Photoshop и с известно контрастно разтягане. Тук виждаме намеци за червени мъглявини в изображението, но най-забележителната черта на това изображение е моделът на винетиране, причинен от телескопа и камерата. (б) е изображение с „плоско поле“, направено със същия телескоп към полумрака. Това е изображение, което не съдържа нищо друго освен модела за винетиране. Математически разделяме (a) с (b), за да премахнем модела на винетиране и това изчисление се нарича „корекция с плоско поле“. (в) е резултат от такава корекция, плюс силен контраст и наситеност. Виждаме, че без корекцията с плоско поле няма надежда да извадим слабите мъглявини навсякъде в изображението от (а). BTW, корекцията за винетиране, вградена в повечето не-астрономически софтуер за обработка на изображения (като Photoshop или Lightroom), не е достатъчно точна за астрофотография, дори ако обективът ни е в базата данни на софтуера. Ето защо трябва да извършим корекция на плоско поле, използвайки софтуер, предназначен за астрофотография.
След основното калибриране и подреждане на изображения, ние използваме софтуер като Photoshop за допълнителна обработка на подредените изображения. Обикновено отнема много силна крива и разтягане на насищане, за да изведе слабите детайли в подредено астрономическо изображение. Също така се изискват много умения и опит, за да се постигне това, като същевременно се поддържат точни цветове и естествен вид на изображението. По същество е като ръчната обработка на RAW изображение от нулата, без да се разчита на някакви сурови обработващи машини. Не е необичайно да отделяме повече време за обработка на изображение, отколкото времето за експозиция, а последващата обработка често е това, което разделя първокласните астрофотофотографи от средните.
Примери за широко поле
Тази снимка на Orion е направена с обектива Sigma 50mm f / 1.4 Art и Nikon D800. Това е композиция от повече от 60 4-минутни експозиции при ISO 800 и f / 3.2 до f / 4.0. Повече от 4 часа общо време на експозиция тук е доста екстремно. За съзвездия като този, обикновено прекарваме само 0,5 до 1,5 часа. Въпреки това изключително дългата експозиция тук води до по-добро качество на изображението и позволява да се открият много слаби мъглявини около Орион. За ефективно улавяне на червените мъглявини в Orion е необходим модифициран DSLR. Въпреки това, с немодифицирана такава, все още можем да получим красивия цвят на звездите в съзвездията. Така че съзвездията с широко поле са страхотни цели за начинаещи, които не са готови да изпратят камерите си за операцията.
Това изображение на летния Млечен път е направено с телескоп 500mm f / 2.8 и Canon 5D Mark II. Това е мозайка от 110 изображения, така че зрителното му поле е сравнима с тази на 50-милиметров обектив. Голям фен съм на мозаечни изображения. Често го наричам широкоформатна камера на бедните хора. Луда мозаечна панорама като тази съдържа богати детайли, които далеч надхвърлят това, което може да бъде заснето с най-високия клас средноформатен дигитален гръб. Цената е, че отнема много време за заснемане и обработка на изображенията.
Това е разширена версия на изображението на Orion. Той показва Големия зимен триъгълник и Млечния път, който минава през триъгълника. Снима се с Nikon 28-70mm f / 2.8D при 50mm f / 4 и Nikon D800. Това е мозайка с четири изображения, така че зрителното поле е четири пъти по-голямо от зрителното поле от 50 мм. Всяка от мозаечните рамки съдържа 16 5-минутни експозиции при ISO 400.
Това е мозайка с две изображения, направена с обектив Mamiya 645 45mm f / 2.8 при f / 4.0 и Canon 5D Mark II. Мозайката с две изображения позволява да се улови не само съзвездието Лебед, но и мащабният Млечен път. Всяка отделна рамка от мозайка съдържа 16 4-минутни експозиции при ISO 1600. При последващата обработка нанесох слой, за да размажа светлината от ярки звезди, така че формата на съзвездието да е по-очевидна. Същият ефект може да бъде постигнат с дифузен филтър пред обектива. Филтрите, често използвани за тази цел, включват Kenko Softon A и Cokin P830.
Примери за дълбоко небе
Това изображение с широко поле около звездния куп Плеяди (Meissier 45) е направено с телескоп 500 mm f / 2.8 и Nikon D800. Това е мозайка с четири кадъра и всеки кадър съдържа повече от 1 час обща експозиция. Облаците прах и газ около Плеядите всъщност са много слаби. За да ги откриете, не се изискват само много дълги експозиции, но и много тъмно и чисто небе. Калибрирането на изображението също трябва да се извършва с много висока точност, в противен случай небесният фон плюс винетизирането на оптиката напълно ще измият слабите мъглявини. От друга страна, сините газови облаци като този не изискват модифициран DSLR, за да ги запишат. Ядрото на облаците около Плеядите може да бъде много добра цел за хора, които нямат модифициран DSLR.
Галактиката Андромеда (Meissier 31) е цел, която никога не е пропускала нито един астрофотограф. Това е направено от телескопа с първата ми настройка и Canon 5D Mark II. Това е двурамкова мозайка. Всеки кадър съдържа около 40 5-минутни експозиции при ISO 1600. Немодифицираните DSLR могат да правят прилични снимки на галактически цели като тази. Ако обаче разгледаме внимателно изображението, можем да видим много малки червени обекти по спиралните ръкави на галактиката Андромеда. Това са гигантските газови мъглявини, които съдържат йонизиран водород. За ефективно улавяне на червената светлина от тези мъглявини все още се изисква модифициран DSLR.
Мъглявината на конската глава се намира точно до пояса на Орион и е част от изображението на Орион, представено по-рано. Може да се види през умерено големи телескопи под тъмно небе. Това изображение отне повече от 4 часа експозиция на Canon 5D Mark II на телескопа от първата ми настройка. Червеният цвят на изображението идва от йонизиран водород. Той изисква модифициран DSLR, за да записва ефективно червената светлина.
Мъглявината на Северна Америка е в Cygnus и е част от изображението на Cygnus, показано по-горе. Това е доста голяма мъглявина и се вписва добре в зрителното поле на 400-милиметров обектив (FF). Това уголемено изображение е направено с телескопа от първата ми настройка и Canon 5D Mark II. Това е 4-кадрова мозайка, а общата експозиция на всеки кадър е 2,5 часа. Мъглявината не е напълно червена. Има и сини компоненти, вградени в червената светлина, която идва от йонизиран кислород. Ако се използва немодифициран DSLR, мъглявината ще изглежда лилава или розова.
Meissier 22 е кълбовидно купче в Стрелец. Съдържа около 300 хиляди звезди. Той е разположен срещу летния Млечен път, така че на фона на това изображение има и множество звезди. Това изображение е направено с телескопа от първата ми настройка и Nikon D800. Общото време на експозиция е 1,5 часа. За самия клъстер това време на експозиция е ненужно дълго, тъй като клъстерът е относително ярък. Прекарах допълнително време в това поле, за да уловя големия брой слаби фонови звезди, които принадлежат на Млечния път. Звездни цели като тази не изискват модифициран DSLR. Немодифицираният може да се справи еднакво добре.
Галактиката Pinwheel (Meissier 101) е близка галактика и следователно изглежда сравнително голяма на небето в сравнение с повечето други галактики. Въпреки това, тя все още е много малка. По-ярката му част има размер, който е приблизително наполовина пълнолуние. Тази снимка е направена с телескопа от първата ми настройка и Canon 5D Mark II. Той е изрязан, а изрязаното зрително поле е еквивалентно на това на 3000 мм обектив. Съдържа общо 8,5 часа нормална експозиция, плюс още 3 часа експозиция под теснолентов филтър водороден алфа (656,3 nm). Теснолентовото филтърно изображение трябва да подобри малките петна от червени мъглявини по спиралните рамена. За съжаление, това не е много ефективен начин за използване на DSLR, тъй като само една четвърт от пикселите активно получават фотони под такъв наситено червен филтър. На фона на това изображение можем да видим много малки жълти точки. Това са много много далечни галактики. Някои от галактиките са толкова далеч, че времето, необходимо на светлината да пътува от тези галактики до нас, е по-дълго от възрастта на нашето Слънце.
Тази публикация за гости е предоставена от Уей-Хао Уанг, астроном, работещ в национален изследователски институт на Тайван, и в момента посещава телескопа Канада-Франция-Хавай на Големия остров Хавай. Той също е астрофотограф и е започнал това хоби през 1990 г. Колекция от последните му астрофотографии можете да намерите тук.
