Астрономический портал www.galactic.name Українські легенди Астрономия
www.galactic.name
Thu, 30 Mar 2017
Multilanguage

Астрономам
Скачать
ФАЗА ЛУНЫ

Астрономический портал
"Имя Галактики" запущен в сентябре 2007 года. Его цель - популяризация астрономии в самом широком смысле.


Рейтинг@Mail.ru
Яндекс цитирования

Карл Саган "Космос" / "Cosmos"



Астрограф на основе недорогой "мыльницы"

Вернуться к категории [ Любительская астрономия ]

Березенцев И.П. 10.06.2009

Березенцев И.П.Можно ли на базе недорогого цифрового фотоаппарата - "мыльницы" сделать недорогой астрограф? На какой результат можно рассчитывать? Какие достоинства и недостатки имеют "мыльницы" по сравнению с зеркальными фотоаппаратами? Попробую разобраться. Статья рассчитана на таких же чайников, как я.

Обычно, когда корифеев спрашивают, можно ли использовать мыльницу для астрофотографии, они отвечают: "бесполезно, не стоит и пытаться". Мне кажется, что это неправильная политика. Зачем убивать надежду? Если нет возможности купить зеркалку, то можно начать и с мыльницы. Мне могут возразить: "посмотрит начинающий астрофотограф на снимки, сделанные мыльницей и раздумает заниматься астрофотографией". Ну, значит, не очень и хотел. И на зеркалке сэкономит.

Недостатки мыльниц всем известны, это низкая чувствительность, большие шумы, короткие выдержки, артефакты, отсутствие RAW и пр. Но у мыльниц по сравнению с зеркалками есть и преимущества: небольшие стоимость, вес и габариты.

Например, объектив среднего суперзума Canon S5 IS при приведённом к 35 мм фокусе 432 мм имеет светосилу 1/3,5. Если сделать объектив с такими же характеристиками для плёнки, то диаметр его линз будет больше 120 мм, а длина почти полметра. При этом он ещё 12х зум! Даже не представляю, сколько такой объектив мог бы стоить. Надо сказать, что для корректного сравнения фокусные расстояния и диаметры линз зеркалок тоже надо умножать на кроп-фактор.

Все эти рассуждения справедливы только в случае съёмки протяжённых объектов, для точечных источников света (звёзд) картина другая. Их яркость на снимке зависит от диаметра входного зрачка. По звёздам мыльницы с их крошечными объективами и нечувствительными матрицами не смогут тягаться с зеркалками. Правда, мыльницу можно прикрутить к телескопу, тогда входной зрачок системы будет равен входному зрачку телескопа. Но и в этом случае мыльница проигрывает зеркалке, т.к. к низкой чувствительности добавляются потери света и разрешения в дополнительных элементах - окуляре телескопа и объективе мыльницы.

Кроме звёзд можно фотографировать туманности, а это уже протяжённые объекты. Яркость протяжённого объекта на фотографии уже зависит не от диаметра входного зрачка объектива, а от его светосилы, т. е. от отношения диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию. Вот со светосилой у мыльниц всё в порядке. Выпускались мыльницы со светосилой 1:2 и даже 1:1,8. Правда, сейчас такие уже не делают (DMC LX3 не в счёт, он стОит, как зеркалка), но 1:2,8 тоже хорошая светосила. Ведь светосила любительских телескопов обычно не превышает 1:5. К сожалению, такую светосилу недорогие мыльницы имеют лишь при минимальном зуме, когда масштаб туманностей слишком мал. Но если мыльницу прикрутить к телескопу, то получим светосильный и длиннофокусный объектив. Для того чтобы не возникало виньетирование и общая светосила системы была равна светосиле объектива мыльницы, должны быть соблюдены условия:

1. Выходной зрачок телескопа не должен быть меньше входного зрачка объектива мыльницы.

2. Оба этих зрачка должны быть совмещены.

Хотелось бы обойтись без теории и без формул, но, может быть, не все знают даже основы, поэтому вкратце.

Выходной зрачок окуляра телескопа - это место где сходятся лучи, прошедшие через окуляр. Именно в это место должен поместить свой глаз наблюдатель, чтобы изображение имело максимальное поле зрения. Диаметр выходного зрачка телескопа равен диаметру входного зрачка (диаметру линз объектива телескопа) делённому на увеличение, которое, в свою очередь, равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра телескопа. Входной зрачок объектива фотоаппарата равен фокусному расстоянию, умноженному на светосилу. Например, при фокусе 5,8 мм и светосиле 1:2,6 входной зрачок равен 2,23 мм. Данные взяты для моего Canon A540 при 1х зуме. При увеличении зума входной зрачок увеличивается, но светосила падает. Если выходной зрачок окуляра и входной зрачок фотоаппарата равны, то весь свет, попавший в объектив телескопа попадает на матрицу без виньетирования. При этом достигается максимальная светосила, равная светосиле объектива мыльницы и оптимальное увеличение системы. Если выходной зрачок телескопа сделать меньше, чем входной зрачок фотоаппарата (добавить увеличение телескопа), то увеличение системы будет больше, а светосила меньше. Если выходной зрачок телескопа больше, то увеличение системы уменьшится, а светосила останется максимальной.

Размер входного зрачка недорогих мыльниц составляет всего 2-3 мм. Даже небольшая несоосность будет вызывать виньетирование, поэтому выходной зрачок телескопа советую делать побольше, чтобы в него проще было попасть. Короче, не гонитесь за увеличением.

Выше речь шла о рефракторах. При использовании зеркальных телескопов желательно добиваться равенства зрачков, т. к. при увеличении выходного зрачка зеркального телескопа усиливается влияние центрального экранирования, что равнозначно падению светосилы.

Можно не мучиться с вычислениями, а подобрать окуляр практически. Фотографируйте через телескоп постоянно освещённый объект. Диафрагму полностью откройте. Выберите такую комбинацию окуляра и зума при которой автомат будет отрабатывать самую короткую выдержку. Эта выдержка не должна сильно отличаться от той, которую делает мыльница при съёмке того же объекта без телескопа.

Связка окуляр телескопа - объектив мыльницы играет роль редуктора фокуса. Причём, коэффициент редукции может меняться в больших пределах, что позволяет использовать мыльницу для съёмки туманностей длиннофокусными телескопами, которые дешевле короткофокусных. И удаление выходного зрачка у длиннофокусных окуляров больше, не надо будет покупать специальный многолинзовый окуляр с увеличенным выносом зрачка. Недостаток длиннофокусных телескопов - большие габариты и маленькое поле. Для зеркалок тоже делают редукторы фокуса, но они дороги и дают малый коэффициент редукции.

Не все мыльницы пригодны для астрофотографии. Требования к астрофотоаппарату известны: высокая чувствительность, малые шумы, длинные выдержки, RAW, большая светосила объектива, ручные режимы. Больше всего этим требованиям отвечают продвинутые модели, но их стоимость сравнима со стоимостью зеркалок, поэтому не будем их рассматривать. Из недорогих можно посоветовать фотоаппараты Canon серий A и S, Olympus серии SP, Панасоники, имеющие режим "звёздное небо"... Я использую мыльницы Canon А510 и А540. Альтернативная прошивка CHDK для фотоаппаратов Canon позволяет снимать с выдержками до 64 сек, включать RAW, выключать вычитание темнового кадра, делать интервальную съёмку и много ещё чего. Рекомендую.

С чего начать? Самое простое - снимать звёздные поля. Можно даже обойтись без монтировки. При этом не советую увлекаться зумом. С увеличением зума увеличивается входной зрачок и должна увеличиваться проницающая способность, но при этом увеличивается и масштаб и звёзд в кадре оказывается меньше. Кроме того, звёзды начинают размазываться из-за вращения Земли и выдержку приходится уменьшать. На снимках снятых без зума звёзд больше и такие снимки, на мой взгляд, выглядят эффектнее. Если же снимать конкретный объект, то зум понадобится. Не стоит снимать с такими выдержками, чтобы звёзды размазывались. Свет от звезды размазывается по треку и в каждой точке трека экспозиция остаётся постоянной. В то же время с увеличением выдержки шумы и засветка усиливаются. Можно первый кадр снять с максимальной выдержкой, затем уменьшить выдержку во столько раз, во сколько длина треков слабых звёзд больше их ширины. Смазанные звёзды можно скруглить плагином для Фотошопа Star Rounder.8bf Примеры снимков сделанных неподвижной камерой можно посмотреть здесь.

Интереснее поснимать мыльницей туманности, а для этого потребуется большое увеличение. Здесь два пути: использовать мыльницу-суперзум или прикрутить обычную мыльницу к телескопу. Я уже приводил пример, из которого видно, что по туманностям суперзумы имеют вполне телескопные объективы. Ещё большего результата можно добиться от мыльницы с телескопом.

Учтите, что не любой окуляр пригоден для использования с мыльницей. Он должен обеспечивать хорошее качество изображения по всему полю. Желательно, чтобы окуляра было большое поле, чтобы виньетирование было меньше. Однако не стоит бросаться в крайности. Можно, конечно, взять широкоугольный окуляр и добиться отсутствия виньетирования на всём кадре даже на 1х зуме, но из-за аберраций изображение на краях будет не чётким и края придётся обрезать. Поэтому не надо обращать большого внимания на виньетирование, главное - качество изображения. Хорошо бы найти окуляр с плоским полем, но среди дешёвых окуляров такой найти трудно, а дорогими я не пользовался. Ещё одно требование к окуляру - большое удаление выходного зрачка, оно должно быть достаточным для того, чтобы зрачки совмещались до того, как объектив мыльницы упрётся в окуляр. О том, что зрачки совместились можно судить по тому, что поле максимальное, а полевая диафрагма чёткая. Всё это относиться к съёмке на 1х зуме, где светосила большинства объективов максимальна.

Входной зрачок объектива фотоаппарата находится в районе диафрагмы. Чем больше объектив, тем глубже в нём спрятан входной зрачок. По этой причине суперзумы малопригодны для съёмки через телескоп - для них трудно найти окуляр с достаточным выносом выходного зрачка. С телескопом лучше использовать мыльницу с малой кратностью зума. Ещё лучше бы подошёл объектив с фиксированным фокусом, но где его взять?

Всё это теория. Чтобы на практике проверить идею создания недорого астрографа я взял мыльницу Canon A540 и прикрутил к ней телескоп 70/300. Этот телескоп продавался всего за 950 рублей. Такие светосильные телескопы дают плохое изображение, но астрограф хотелось сделать ещё и малогабаритным. Чтобы повысить контраст объектив пришлось задиафрагмировать объектив до 60 мм. Родной окуляр заменил на не дорогой (хотя и не самый дешёвый) окуляр ED 12.5 мм. Позднее я купил окуляр ED 18 мм, который оказался заметно лучше, чем 12,5, но пока через него фотографировать не пробовал. Получился астрограф со светосилой 1:2,6 (1:2,75, если верить EXIF), фокусом 139 мм и входным зрачком 53 мм. (Входной зрачок дополнительно виньетируется диафрагмой объектива мыльницы.) Если привести к 35 мм плёнке, то получаем: светосила 2,6, фокус 840 мм, входной зрачок 323 мм! (Это только для туманностей, для звёзд входной зрачок 53 мм.)

Вроде бы неплохие характеристики и несмотря на короткие выдержки и низкую чувствительность что-нибудь должно получиться. Но здесь есть одна проблема - для съемки с таким фокусным расстоянием нужна экваториальная монтировка. И не какая-нибудь, а хорошая. Желательно, с электроприводом хотя бы по одной оси. Я бы даже сказал, что монтировка для астрофотографии нужнее, чем зеркалка. Стоимость хорошей монтировки сравнима со стоимостью зеркалки и если зеркалку можно использовать не только для астрофотографии, то монтировка ни на что другое не годится. Трудно будет объяснить спонсору, что эта дорогая и здоровая железяка - очень нужная в хозяйстве вещь.

Если покупка монтировки невозможна, то можно попросить пофотографировать с чужой монтировки или сделать монтировку самому. Многие делают монтировки из подручных материалов - водопроводных труб, дверных петель, теодолитов и пр.

Я одну монтировку сделал из редуктора от измерительной антенны, другую, весом всего 350 граммов, выпилил из фанеры:

астрофото

астрофото
Ось с конусообразным углублением на торце опирается на конусообразную опору. Шкала отградуирована в секундах и освещена светодиодом. Один оборот маховичка соответствует одной минуте. Хода винта хватает на 17 минут. На механизм тонких движений сначала поставил обычный винт с пружинкой, но не понравилась плавность хода, тогда выпилил механизм из теодолита. Классно ведёт! Даже крутить приятно.

Монтировка неплохо показала себя не только с мыльницами, на которые была рассчитана, но и с зеркалкой. По крайней мере, при съёмке с объективом Юпитер-37 больше половины кадров получается без смаза. Позднее сделал ещё одну монтировку, помощнее. Она весит 700 граммов и на неё можно установить не только зеркалку, но и небольшой телескоп с мыльницей. Вот пример снимка сделанного с этой монтировки астрографом, который я описал выше. M13 снимал в городе при Луне:

астрофото

M13 снимал в городе при Луне.

Вес телескопа с переходником 800 граммов, вес мыльницы 235 гр. Весь астрограф без треноги весит 1,735 кг. Монтировка выполнена в настольном исполнении. Если в месте наблюдений есть какой-нибудь столбик, стол, парапет и т. п. то можно обойтись без треноги. Пользоваться такой монтировкой неудобно, но если вес имеет решающее значение, то она может выручить. Я показал эту монтировку своему знакомому и он сделал себе подобную с мотором.

Для проверки своего астрографа я использовал монтировку EQ8. Такой фокус для этой монтировки великоват, да и привод у моей монтировки глючный, поэтому выдержку приходилось делать покороче, но всё равно, из серии с трудом удавалось выбрать лишь несколько несмазанных кадров.

Вот, что получилось: комета Lulin 5 кадров по 32 сек, ISO400:

Комета Lulin

Комета Lulin

M13 14х32 сек:

астрофото

M13

М57 8х32 сек:

астрофото

M57

Галактики М65, М66 и 3628 9х32 сек:

Галактики М65, М66 и 3628

Галактики М65, М66 и 3628

М42 - этот снимок сделан мыльницей А510. К сожалению, CHDK не поддерживает этот фотоаппарат, поэтому приходилось снимать в джипег и с выдержками всего 15 секунд. Сложено 8 кадров:

астрофото

М42

К сожалению, CHDK не поддерживает этот фотоаппарат, поэтому приходилось снимать в джипег и с выдержками всего 15 секунд. Сложено 8 кадров.

Тоже через 80 мм АПО мыльницей А540: М13 10х32 сек:

М13

М13

Снимки сделаны за городом при отрицательной температуре (до -20). На холоде матрица меньше шумит, но мой пластмассовый телескоп замерзает и даёт аберрацию. Снимки получались не чёткими, их приходилось уменьшать в 2-3 раза. Складывал в программе DeepSkyStacker, обрабатывал в Фотошопе. В обработке я не спец, должно быть вы это уже заметили. :( Думаю, что от моего оборудования можно добиться бОльшего. С наступлением сезона продолжу эксперименты с мыльницами.

Вывод. Хоть мыльница и уступает зеркалке, но в некоторых случаях её применение оправдано. Это когда есть материальные проблемы или когда имеется ограничение по весу/размеру аппаратуры. (Например, в дальней поездке.)

Понимаю, что не все согласятся с моими доводами и выводами. По крайней мере, будет пища для размышлений.

Березенцев И.П. 10.06.2009

Статья опубликована на http://www.astroclub.kiev.ua

Вернуться к категории [ Любительская астрономия ]







Электронный магазин "Nature’s Sunshine Products" - Украина. Доставка продукции "NSP" почтой по Украине


Astronomical Portal
www.galactic.name

Copyright © 2007- 2017 - A.Kuksin

поддержи
наш сайт!