Konyaastronomi - Web camla Astrofotografçılık

Alan Chu ve So Yan Oldfield’den yararlanıldı

Neler lazım? (Ekipman)

Herhangi bir teleskop; tip ve çap o kadar önemi değil!
En az 640×480 çözünürlükte, CCD sensörlü kaliteli bir web-kamera, (CMOS uygun değil)
Takip düzeneği (olmazsa olmaz değil, ama çok yararlı), ekvatöryel ayak daha iyi ama poz süreleri kısa olduğundan Alt-Az ayak da iş görür.
Barlow
Bilgisayar (tercihen notebook)

70mm bir teleskop bile Jupiter’in kırmızı lekesini ve Satürn halkalarında Cassini bölgesini görüntülemek için yeterlidir. Iyi bir webcam $100 USD civarındadir ve bu alemin en iyisi Philips ToUCamPro (740 veya 840) dur. Ustalar öyle diyor!…

Barlow, gezegen görüntülerinin büyütülmesi için gereklidir. Webcam CCD’si çok ufak olduğundan ucuz bir barlow bile yeterlidir. Teleskop ve kamerayı ev içinden, balkondan yönetmiyecekseniz, şehir dışına karanlık bir yere taşıyacaksanız, bir laptop’un masaüstü’ne üstünlüğü ortaya çıkar.

Yavaş hızlar sorun yaratmaz. f/20 – f/40 iyi sonuçlar verir.10”lik f/6 Newtonian + Tele Vue Powermate 5X Barlow + adaptör + ToUcam’dan meydana gelen bir sistemde f/34 olur. Bu da, 640 x 480 pixel çözünürlükte yaysaniye başına 7.5 piksel’lik bir çözünürlük verir. Görüntülemeye çalıştığınız 20 yaysaniyelik Mars’ın, monitördeki görüntüsünün çapı 150 piksel olacaktır. Yani bir XGA ekranda kabaca 4cm çap.

ToUcam’da görüntü büyüklüğü = SOU x q / 206264 şeklinde formüle edilebilir. Burada, SOU sistemin odak uzunluğu, q ise görüntüsü kaydedilecek cismin yaysaniye cinsinden açısal çapıdır.

Örnek: Celestron 8-inch teleskop + 3X Barlow + ToUcam = 6000 mm

Mars’ın açısal büyüklüğü o anda 25 yaysaniye ise

Mars’ın görüntü çapı = 6000 x 25 / 206264 = 0.73 mm olur.

Sınırlamalar

Tipik bir web kamerasının poz süresi 1/25s ile sınırlıdır, ki ilerde göreceğimiz gibi bu değeri zaten kullanamayız. Demek ki sadece parlak cisimler, ay, gezegenler ve uygun bir filtre ile güneş çekebiliriz. Uzun pozlama için birtakım modifikasyonlar gerekir, ve bu amaçla geliştirilmiş web kameraları vardır. Süre uzadıkça çip ısınacağı için, soğutma da gerekir. Biliyoruz ki ısınmayla birlikte kaydedilen görüntüdeki kirlilik (noise) artar. Webcam çipin boyutu oldukça küçük olduğundan, birçok derin uzay cisimi (DSO) tek parça halinde görüntüye sığmaz.

Teleskopa bağlantı

Birçok web kamerası, dişli bir yuvaya sahip olduğundan objektifi yerinden sökülüp uygun bir adaptör yardımıyla teleskopa bağlanabilir. Hatta boş bir film kutusundan yarlanarak, göz merceği yerine veya 1.25" lik teleskop arkasına (visual back) takılabilir.

Hazır adaptörler Steven Mogg veya Scopetronix gibi aksesuar satıcılarından temin edilebilir.

Adaptör boş bir tüpten başka birşey değildir. 1.25" lik bir aluminyum boru parçası ile bir tornacıya da yaptırılabilir. Steven Mogg’un adaptörünün teleskop tarafına filtre (en çok UV-IR block filter kullanılıyor) takabilmek için uygun diş açılmıştır. Söküp takarken dikkat edilmesi gereken en önemli husus, çipi toz ve kire karşı korumaktır. Gerekirse temizlik için fotograf malzemecilerinde satılan bir hava üfleyici kullanılabilir. Çip yüzeyini fırça, ıslatılmış kulak pamuğu gibi yöntemlerle temizlemeye çalışmak ciddi hasarlara yol açabilir.

“roket” adı verilen hava üfleyicisi

barlow ve adaptör

Odak uzaklığı araya takılacak bir odak düzenleyiciyle istenildiği gibi ayarlanabilir.

Görüntü Çekmek

Bir seansta genellikle şu sıra takip edilir.:

Bilgisayar (laptop) aç ve webcam’ı bağla.
Teleskopu hazırla.
Hizalamayı (collimation) kontrol et ve gerekirse iyileştir.
Hedefi bir gözmerceği yardımıyla belirle ve ortala.
Webcam’ın video görüntü (AVI) kaydetme programını çalıştır, ayarları yap. Bunun için VRecord yerine Peter Katreniak’ın “K3CCDTools” adlı yazılımı tercih ediliyor.
Gözmerceğini çıkar ve web kamerayı tak
Monitör üzerinden netleştirmeyi (focusing) yap.
Hedefi bu kez web kamera ile yeniden ortala.
Gerekiyorsa (ay hariç muhtemelen gerekecektir) barlow tak
Bir müddet görüşün düzelmesini bekle ve çekimlere başla.

Dikkat edilecek hususlar

Görüntüler az veya çok pozlandırılmış olmamalı.
Az pozlama sınırına yakın bir kazanç değeri (gain value) seç, kirlilik (noise) daha az olur.
Saniyede çekilen kare (frame rate) sayısının azlığı daha az kirlilik yaratır. 10 k/s gibi.
Gezegenler döndüğü için videoda kaymalar olur. Istifleme (stacking) işleminde sorun yaşamamak için kayıtlar fazla uzun olmamalı. 4000mm’de en fazla 100 saniye kayıt yapılmaladır. Teleskop Alt-AZ bağlı ise, zaten alan dönmesi (field rotation) yüzünden daha uzun süre çekemezsiniz.

Genellikle netleştirme sırasında yüksek değerler seçilir. Saniyede 20 kare (fps veya k/s) gibi. Ama görüntü kaydedilirken 10 k/s ve daha aşağı değerlere inilir, başka bir ifadeyle en parlak pikseli doygunluğa (saturation) ulaştırmayacak değer seçilir. 20 fps’de kayıt yapmışsanız, daha fazla kare içinden seçim yapma şansızın vardır, ama görüntü daha kirlidir.10 k/s de istifleyeceyiniz kare sayısı yarıya düşmüştür ama görüntüler daha temizdir.

Webcam CCD çipleri çok çok küçük olduğundan (ToUCam’inki 5.6 micron kare), büyütme gücü yüksek bir gözmerceği yardımıyla çekimlere başlamadan önce hedef cisim ortalanır. Aksi taktirde teleskopa takılı web kamerası içinden bu ortalamayı yapmak çok güç olacaktır. Görüntü kaydedilirken –varsa- bir takip motoru kullanmak yararlıdır.

İlk hedefleme önce geniş açıklık gören bir göz merceği (40mm gibi) ile yapılmalı, sonra büyütmesi büyük bir mercek (10-13mm) kullanılmalıdır..

Takip özelliği olan bir ayağınız varsa, işiniz kolaydır, çekimlere hemen başlıyabilirsiniz. Takibiniz yoksa web kamerasını hızlı biçimde takmak ve hedefinizi ortada tutmak konusunda kendinizi geliştirmelisiniz. Çoğu zaman görüşün iyileşmesi için beklemek, yani sabır gerekir. Unutmayı: En iyi sonuç deneyerek elde edilir.

Önemsiz görünse de, görüntü dosyalarınızın isimlerini, ilerde yapılacak işlemleri de göz önünde bulundurmak ve karışıklığa yer vermemek için kısa fakat detaylı şekilde vermelisiniz. Tarih_büyütme_konu_resim no gibi. Mesela 23 Nisan 2005’de 3x barlow kullanarak kaydettiğiniz Satürn’e ait 150. resmin ismi şu şekilde olabilir: 050423_3x_sat_150.jpg Resim numarası olarak saati de seçebilirsiniz. Örnek: 050423_3x_sat_2315.jpg

Görüntü İşleme

Geldik işin zor, kimilerine göre en zevkli kısmına! Unutmayın ki, hangi yöntemi kullanırsanız kullanın, “ölü” bir görüntüyü canlandıramaz, sadece mevcut olanı iyileştirebilirsiniz. Bunun için, bir AVI çekimini karelere ayırıp, iyilerini seçmek ve istiflemek gerekecektir. Bu işlem için çoğu kullanıcı “Registax” adlı yazılımı kullanıyor.

Ham görüntü (Raw image):

Ham görüntüler ekranda kötü (kirli, grenli) gözükürler. Gezegenler için poz süreleri kısa olmasına rağmen kirlilik rahatsız edici boyuttadır. Aynı video kaydından seçilen karelerdeki kirlilik bile farklı farklı olabilir. Yapılacak işlemler sonunda “noise” kısmen giderilir.

Hizalama ve Istifleme/Birleştirme (Align and Stack):

Kirlilik, ham görüntüdeki istenmeyen bir takım sinyallerdir. Kirlilik, kayıt süresinin uzunluğu ve çipin ısınmasıyla artar. Istifleme sonucu sinyal / kirlilik oranı düşeceğinden görüntü güzelleşir ve daha sonraki işlemler için işimiz kolaylaşır. Birleştirilecek kareler önce ayıklanır ve hizalanır. Bu işlem bir yazılım yardımıyla genellikle otomatik olarak yapılır.

Yumuşak maskeleme (unsharp masking), renk dengesi, parlaklık, kontrast, vs…:

İstifleme sonrası resmin piksel değerlerinde çeşitli yazılımlar kullanarak bazı düzeltmeler yapılabilir. Bunlar kontrast, parlaklık ve renk düzeltmeleridir. Ayrıca bir çok yazılım, yumuşak maskeleme tekniğine de sahiptir. En kullanışlı olanlardan biri Photoshop’tur. Registax’ın, dalgacık (wavelet processing) işlemi dikkat çekicidir. Yumuşak maskeleme tekniği, kontrast azlığından kaynaklanan küçük detayları daha belirli hale getirir. Aşırı derece “unsharp masking”den kaçının, çünkü fazla kirlilik ve grenleşme yaratır. Bir miktar “Gaussian Blur” ile bu aşırılık giderilebilir. Ayrıca "Despeckle" ve "Remove Moire" da.kirliliği azaltmada kullanılır. Bu konularda ben de fazla bilgi sahibi değilim, araştırıp uygulamak lazım…

Bazı durumlarda renk dengesine dikkat edilmelidir. Atmosfer şartlarından dolayı resmin renklerinde kaymalar olabilir. Işık kirliliği nedeniyle renkler sarıya çalar.

Beyaz dengesi ayarları için aşağıda diğer parametreler bölümüne bakın.

Çekimler sırasında az pozlandırma (underexpose) yapılırsa, görüntüde halkalanma etkisi (ring effect) ortaya çıkabilir ve bu görüntü işleme yöntemlerinin hiçbiriyle düzeltilemez.

az pozlama sonucu oluşan halkalanma

Soğutma

ToUCam’lerin en basit soğutma şekli küçük bir fan yardımıyla yapılır. Peltier soğutucular da kullanlar var. Fan takılmasında dikkat edilecek en önemli husus, fanın çalışırken titreşim yaratmamasıdır. Peltier ile soğutmada ise yoğunlaşma olmamasına dikkat edilmelidir. Soğutucu sistemi bir kutu içine alınacaksa, dikkat edilecek en önemli husus “back focus” oluşma riskidir.

P.Chan tarafından modifiye edilmiş soğutmalı bir ToUCam ile Eric Ng’ın Jüpiter’i

CCD modifikasyonu

ToUCam kamerasının çipini, Sony’nin daha çok güvenlik kamerlarında kullandığı ve daha hassas olan EX-View çipiyle değiştirenler var. Daha hassas bir çip ile daha düşük kazanç değerleriyle çalışmak mümkündür, dolayısıyla kirlilik daha az olacaktır.

Diğer Parametreler

10 k/s’lik düşük hızda bile bozuk kareler oluşabilmektedir. Bu sorun bilgisayarın yapısından, görüntünün, sabit diske yavaş yazılmasından kaynaklanmış olabilir. Durumun tekrarında ve bozuk karelerin sayısında artış olması halinde şunlar yapılabilir:

Sabit diskinizin DMA ayarlarını kontrol edin. Varsayılan (default) kapalı ise açın. Nasıl yapılacağının tarifi için bak: http://www.ricoh.com/drive/asia/support/faq/allmodels/dma_d.html#04
Sabit diskinizi defrag’layın, erişim hızı artacaktır.
Diski bölerek, bir kısmını sadece görüntü kaydetmeye ayırın.
Arkada çalışan, o an kullanmayacağınız programların tümümü kapatın.

Sonuçta iyileşme olmazsa 5 fps hızı deneyin. Eski model bir laptop kullanıyorsanız, harddisk’iniz yavaş olabilir. USB 2.0 bağlantılı bir harici sabit disk veya IEEE 1394/Firewire gibi hızlı bir interface kullanmak yararlı olabilir.

Yazının başlık altında belirttiğim kaynaklar, beyaz dengesi (white balance) için farklı önerilerde bulunuyorlar. Biri otomatik seçin derken, diğeri. otomatik işe yaramaz, gezegen çekimlerinde istediğiniz sonucu alamıyabilirsiniz, bu yüzden “günışığı”nı seçin diyor. Gamma ayarı hava şartlarına bağlı olarak minimum ile medium arasında herhangi bir değer alınabilir. Fazlası, arka plandaki gök rengini grileştirir. Parlaklık (brightness) çok dikkatli seçilmeli, çünkü görüntünün düşük pozlanmasına neden olabilir.

Filtreler

Jupiter, Satürn ve ay çekimleri için herhangi bir filtreye ihtiyaç yoktur. Ama Mars çekerken kızılötesi engelleyici (IR-block) filtre çok yararlı, hatta zorunludur. Yukarda “teleskopa bağlantı” bölümünde bahsedildiği gibi, filtre takabileceğiniz dişli bir adaptöre ihtiyaç var.

Kızılötesi (infrared) ışık, bütün kanalları kirletebilir ve detaylar birbirine karışabilir Özellikle Mars’ı ufka yakınken çekmek zorunda kalırsanız atmosfer yayılması (dispersion) işi daha da bozar. Mavi filtre kızılötesi ışığı sızdırıp yanlış bir mavilik, gerçekte kızıllık, verebilir.

Aslında ToUCam CCD’sinin, Mars çekmek için uygun olduğu söylenemez. Çipin mavi ve yeşil kanalları çizgi geçişinde (bandpass) oldukça geniş bir atlama (overlap) yaratır. Jüpiter ve Satürn çekerken bu hata farkedilmez. Farklı renk filtreleri kullanarak sorun bir miktar aşılır.

Bu etki, Mars’ın 2003 yakınlaşması sırasında Eric Ng’in aşağıdaki çalışmalarında görülmektedir. Başlangıçta normal aydınlık çekimleri yaparken, bunun yeterli olmadığını görüp sonraları kırmızı, yeşil ve mavi kanalları ayrı ayrı çekmeye başlamış.

Eric Ng, IR block filtre kullanarak “Mars”

Eric Ng, IR block filtre kullanarak farklı kanal çekimi ve birleştirmesi

Aynı tarihlerde benim IR filtre kullanmadan (yoktu çünkü) Celestron11 + 2x barlow ile elde edebildiğim en iyi Mars görüntüsü 120 kare birleştirlmiş (çok az tabii). Mars’ta su olduğunun kanıtı: yeşil çayırlar J. Tek tesellim kutup şapkasının belli olması!

Bu yetenekli genç Hong Kong’lu belki artık zaman ayıramadığından bu işi bıraktı! L

Eric Ng, “Jupiter ve Io Geçişi” 10" f/6 newtonian ve 5x powermate f/34.5

Link’ler

Webcam ile astrofotografçılık alanında bazı faydalı kaynaklar:
http://www.cloudynights.com/item.php?item_id=141
http://oldfield.uhome.net/star/cn-webcam.html
http://www.sctscopes.net/Photo_Basics/Webcams_for_Planets/webcams_for_planets.html
http://www.webcam-astrophotography.com/
http://www.djcash.demon.co.uk/astro/webcam/webcam.htm
Adaptör ve Odak Düşürücü: Steven Mogg http://webcaddy.com.au/astro/adapter.htm
Scopetronix http://www.scopetronix.com/

Yazılımlar:

Görüntüleri (AVI) kaydetmek için kamera paketinden çıkan yazılım yerine

K3CCDTools http://www.pk3.org/Astro/
ASTRO-SNAP http://www.astrosnap.com/
Görüntü işlemek için
REGISTAX http://aberrator.astronomy.net/registax/
IRIS http://astrosurf.com/buil/

Hazır modifiye web-cam:

Steve Chambers ve John Grove’un ARTEMIS’i: http://www.artemisccd.co.uk/