Pohleďte skrze hvězdný prach se SONY Starvis 2

27. prosince 2024

Průmyslová kamera s nízkým osvětlením otevírá nové dimenze zkoumání planet

Naše sluneční soustava fascinuje lidstvo už tisíce let. Astronomický výzkum hledá odpovědi na velké otázky lidské existence. Jak velký je vesmír? Jak vznikl? Astronomové po celém světě upírají svůj pohled do vesmíru. Velkolepé snímky však neposkytují jen obří vesmírné teleskopy, i menší teleskopy vybavené běžnými průmyslovými kamerami umožňují amatérským astronomům nahlédnout do dálky a získat nové poznatky. Kromě všestranného softwaru kamery jsou pro kvalitu snímků rozhodující správné senzory. Žádané jsou zejména kamery s vysokou citlivostí v NIR oblasti. Australský amatérský astronom Anthony Wesley se domnívá, že kamery řady uEye XCP od společnosti IDS, vybavené snímači Sony Starvis 2, jsou vynikající volbou pro pořizování snímků s vysokým rozlišením našich sousedních planet, jako jsou Venuše, Mars, Jupiter a Saturn.

Astrofotografie musí překonávat zvláštní výzvy ve dvou ohledech, a to jak technickém, tak přírodním. To platí zejména pro teleskopické snímky planet.

Zaprvé, zemská atmosféra je v neustálém pohybu a vytváří turbulence, které zkreslují světlo přicházející z hvězd nebo planet. Tento takzvaný „seeing“ vede k blikání nebo rozmazání objektů, zejména při pozorování pozemským dalekohledem. Toto rozmazání a zkreslení způsobené atmosférickými turbulencemi ztěžuje pořízení detailních snímků.

Za druhé, zemská atmosféra pohlcuje a rozptyluje viditelné nebo krátkovlnné modré světlo. Blízké infračervené světlo se naopak rozptyluje méně, což vede k jasnějšímu a ostřejšímu obrazu. To je důležité zejména v oblastech se špatnými „viditelnými“ podmínkami způsobenými turbulencí vzduchu. Infračervené světlo navíc proniká řídkými mraky a prachovými částicemi nejen v naší atmosféře lépe než viditelné světlo.

Pomocí kamery citlivé na NIR mohou astronomové nahlédnout za tato oblaka prachu a rozpoznat struktury, které ve viditelném světle zůstávají skryté. To platí například pro mladé hvězdy a oblasti formování hvězd, které jsou obvykle obklopeny hustými prachovými mračny. Totéž však platí i pro pořizování snímků velkých planet, jako je Saturn nebo Jupiter. Čím výkonnější je kamera v oblasti slabého světla, tím kvalitnější budou snímky. Nelze opomenout, že infračervené světlo je na Zemi méně ovlivňováno světelným smogem. To znamená, že senzory citlivé na NIR nabízejí lepší podmínky pro pozorování oblohy i v oblastech s mírným světelným znečištěním.

Aplikace

Proto jsou velmi žádané kamery s obzvláště vysokou citlivostí na NIR. V této souvislosti amatérský astronom Anthony Wesley testoval výkon fotoaparátů IDS z rodiny XCP se snímači Sony Starvis 2 a jejich vhodnost pro fotografování planet a podělil se s námi o výsledky jeho testování.

Fotoaparát IDS U3-38C0XCP-M-NO, vybavený monochromatickým snímačem IMX662, poskytuje vynikající výsledky.

„Kamera IDS je zobrazovacím prvkem pro dalekohled s aperturou 415 milimetrů a ohniskovou vzdáleností 6000 milimetrů,“ vysvětluje funkci kamery Wesley. „Zaznamenává jedno až dvouminutové video segmenty planet, jako je Jupiter a Saturn, rychlostí přibližně 60 snímků za sekundu prostřednictvím vyměnitelných filtrů, a to jak ve viditelném světle, tak v infračervené oblasti.“

Aby vytvořil jedinou optickou jednotku, která se vejde do okulárového tubusu dalekohledu, Anthony Wesley sešrouboval kameru IDS, filtrační kolečko a Barlowovu čočku přímo k sobě. Barlowova čočka mezi okulárem a dalekohledem prodlužuje ohniskovou vzdálenost dalekohledu a zvyšuje tak zvětšení bez nutnosti použití dalšího okuláru. „Základna kamery IDS byla upravena tak, aby umožňovala montáž v malé vzdálenosti, protože nepotřebuji standardní vzdálenost C/CS,“ vysvětluje konstrukci.

Jaké funkce však z fotoaparátu udělaly favorita?

„Citlivost na světlo, která dalece přesahuje možnosti lidského oka, to jsou senzory s technologií Starvis 2 od společnosti Sony,“ shrnuje přednosti senzorů Jürgen Hejna, produktový manažer kamer uEye ve společnosti IDS. Například model U3-38C0XCP Rev.1.2 s 2,16 MPix snímačem IMX662 a rolling shutter využívá nové technologie k dosažení výjimečné kvality obrazu s mimořádně vysokým dynamickým rozsahem. Fotoaparát USB3 poskytuje rychlých 88 snímků za sekundu a je obzvláště silný v aplikacích s nízkým osvětlením, kde je vyžadována vysoká citlivost a nízké rozlišení. Snímač s úhlopříčkou 1/3“ také minimalizuje rušivé odrazy uvnitř fotoaparátu díky tzv. antireflexní vrstvě.

Pro Anthony Wesleyho má kompaktní fotoaparát další výhody: „Kompaktní a lehký fotoaparát uEye XCP je vhodný pro amatérské dalekohledy. Kamery uEye jsou levné, ale nabízejí téměř všechny funkce, které amatérští astronomové pro toto použití požadují.“

Zaujala ho také snadná integrace kamer IDS prostřednictvím vývojové sady softwaru IDS Peak. „Jsem vývojářem a správcem modulu kamer IDS v softwaru FireCapture, který je mezi astronomy amatéry oblíbený. Modul IDS je napsán v jazyce C pomocí Microsoft Visual Studio a je zkompilován do knihovny DLL, kterou lze snadno nahrát do softwaru FireCapture a umožnit tak využití komplexních funkcí softwaru.“

Zpracování obrazu

Video segmenty zaznamenané pomocí FireCapture jsou následně zpracovány pomocí softwaru Autostakkert, což je program pro Windows, který automaticky vyrovnává a spojuje snímky noční oblohy. „Software kombinuje a průměruje jednotlivé snímky a koriguje rozmazání a zkreslení způsobené zemskou atmosférou,“ vysvětluje Anthony Wesley. Tato rozmazání se mohou projevit jako rozmazání nebo obrazový šum a zakrýt důležité detaily na snímcích. V astronomickém zobrazování se proto metoda dekonvoluce používá k optimalizaci obrazové kvality snímků z teleskopů a ke korekci rozmazaných nebo zkreslených snímků. V tomto případě se k dekonvoluci a doostření obrazu používají softwarové balíky Astra Image a Registax. V dalším kroku je třeba korigovat pozorované natočení cílového objektu během doby záznamu. „Například Jupiter se každých 90 sekund otočí o jeden stupeň,“ říká Anthony. K tomu se používá software Winjupos, s jehož pomocí lze časově posunuté snímky a videa překrývat, derotovat a upravovat a kombinovat červené/zelené/modré snímky do barevného obrazu. „Konečné vyčištění obrazu se provádí pomocí programu Gimp. Tímto způsobem lze při následném zpracování videa kompenzovat efekt rozmazání způsobený zemskou atmosférou a drasticky jej snížit, aby vznikl jasný obraz cílového objektu,“ shrnuje Anthony postup finálního zpracování snímků.

Software

K tomu, aby to vše bylo zaručeno, je však nutná dokonalá souhra hardwaru a softwaru. Kamery IDS lze snadno integrovat pomocí sady pro vývoj softwaru IDS Peak (SDK). „IDS Peak je dokonale sladěn s naším hardwarem, což uživatelům umožňuje využít naše kamery na maximum. Obsahuje programovací rozhraní a softwarové nástroje, které zajišťují intuitivní programování, rychlou a snadnou instalaci a všestranné možnosti použití,“ zdůrazňuje Damien Wang, Area Sales Manager společnosti IDS. Díky tomu je možné využívat rozsáhlé funkce softwaru FireCapture vyvinutého speciálně pro astrofotografii. „S modely uEye XCP nabízíme nejen něco nového v našem portfoliu, ale také se opět řadíme mezi průkopníky na trhu průmyslových kamer. Nejnovější technologie snímačů v těchto kamerách zajišťuje vysokou snímkovou frekvenci s pozoruhodně vysokou kvalitou obrazu. Přesvědčuje také vysokou citlivostí v infračerveném rozsahu, a to i při použití v situacích s nízkou hladinou světla, jako je například fotografování planet. Díky použitým komponentům mohou nejen profesionální, ale i amatérští astronomové pořizovat snímky nebeských objektů s mimořádně vysokým rozlišením,“ zdůrazňuje Jürgen Hejna.

Anthony Wesley pozorně sleduje planety a trh s fotoaparáty již více než dvacet let. „Technologie fotoaparátů a snímačů udělaly evoluční krok vpřed, ať už v oblasti citlivosti NIR nebo nízké úrovně šumu. Technologie uEye XCP v kombinaci se snímači Sony Starvis 2 patří bezpochyby k tomu nejlepšímu, co je v současné době k dispozici,“ shrnuje.

Výhled do budoucna

„Fotoaparáty založené na snímačích Sony Starvis 2 budou oblíbené u amatérských astronomů, díky jejich vysoké citlivosti, velké hloubce ostrosti a nízkému šumu,“ říká Anthony Wesley. „Zejména v oblasti NIR mezi 700 nm a 1000 nm, kde lze dosáhnout velmi zajímavých výsledků, které posunou naše znalosti nejen o dalších planetách naší sluneční soustavy.“ Oblast použití kamer však nesahá pouze do vesmíru. „Mnohé z použitých technik lze použít i v jiných oblastech s podobnými problémy, například při fotografování pod vodou a v prostředích se slabým osvětlením,“ doporučuje Australan.

V případě zájmu o více informací nás neváhejte kontaktovat!