Астрограф на основі недорогої "мильниці"
Повернутися до категорії [ Аматорська астрономія ]
Березенцев І.П. 10.06.2009
Чи можна на базі недорогого цифрового фотоапарата - "мильниці" зробити
недорогий астрограф? На який результат можна розраховувати? Які переваги
та недоліки мають "мильниці" в порівнянні з дзеркальними фотоапаратами? Спробую розібратися. Стаття розрахована на таких же чайників, як я.
Зазвичай, коли корифеїв питають, чи можна використовувати мильницю для астрофотографії, вони відповідають: "марно, не варто й намагатися".
Мені здається, що це неправильна політика. Навіщо вбивати надію? Якщо немає можливості купити дзеркалку, то можна почати і з мильниці. Мені можуть заперечити: "подивиться початківець астрофотограф на знімки, зроблені мильницею і роздумає займатися астрофотографією". Ну, значить, не дуже й хотів. І на дзеркалці заощадить.
Недоліки мильниць всім відомі, це низька чутливість, великі шуми, короткі витримки, артефакти, відсутність RAW та ін. Але у мильниць в порівнянні з дзеркалками є й переваги: невеликі вартість, вага та габарити.
Наприклад, об’єктив середнього суперзуму Canon S5 IS при зведеному до 35 мм фокусі 432 мм має світлосилу 1/3,5. Якщо зробити об’єктив з такими ж характеристиками для плівки, то діаметр його лінз буде більшим за 120 мм, а довжина майже півметра. При цьому він ще й 12х зум! Навіть не уявляю, скільки такий об’єктив міг би коштувати. Треба сказати, що для коректного порівняння фокусні відстані та діаметри лінз дзеркалок теж треба множити на кроп-фактор.
Усі ці міркування справедливі лише у разі зйомки протяжних об’єктів, для точкових джерел світла (зірок) картина інша. Їх яскравість на знімку залежить від діаметра вхідної зіниці. За зірками мильниці з їх крихітними об’єктивами та нечутливими матрицями не зможуть змагатися із дзеркалками. Щоправда, мильницю можна прикрутити до телескопа, тоді вхідна зіниця системи дорівнюватиме вхідній зіниці телескопа. Але й у цьому випадку мильниця програє дзеркалці, т.к. до низької чутливості додаються втрати світла та роздільної здатності у додаткових елементах – окулярі телескопа та об’єктиві мильниці.
Крім зірок можна фотографувати туманності, а це вже протяжні об’єкти. Яскравість протяжного об’єкта на фотографії вже залежить не від діаметра вхідної зіниці об’єктива, а від його світлосили, тобто. відношення діаметра вхідної зіниці до фокусної відстані. Ось зі світлосилою у мильниць все гаразд. Випускалися мильниці зі світлосилою 1:2 і навіть 1:1,8. Щоправда, зараз такі вже не роблять (DMC LX3 не в рахунок, він коштує, як дзеркалка), але 1:2,8 теж хороша світлосила. Адже світлосила аматорських телескопів зазвичай не перевищує 1:5. На жаль, таку світлосилу недорогі мильниці мають лише за мінімального зуму, коли масштаб туманностей надто малий. Але якщо мильницю прикрутити до телескопа, то отримаємо світлосильний та довгофокусний об’єктив. Для того щоб не виникало віньєтування та загальна світлосила системи дорівнювала світлосилі об’єктива мильниці, повинні бути дотримані умови:
1. Вихідна зіниця телескопа не повинна бути меншою за вхідну зіницю об’єктива мильниці.
2. Обидві ці зіниці мають бути поєднані.
Хотілося б обійтися без теорії та без формул, але, можливо, не всі знають навіть основи, тому коротко.
Вихідна зіниця окуляра телескопа - це місце, де сходяться промені, що пройшли через окуляр. Саме в це місце має помістити своє око спостерігач, щоб зображення мало максимальне поле зору. Діаметр вихідної зіниці телескопа дорівнює діаметру вхідної зіниці (діаметру лінз об’єктива телескопа) розділеному на збільшення, яке, у свою чергу, дорівнює відношенню фокусних відстаней об’єктива та окуляра телескопа. Вхідна зіниця об’єктива фотоапарата дорівнює фокусній відстані, помноженій на світлосилу. Наприклад, за фокусу 5,8 мм та світлосилі 1:2,6 вхідна зіниця дорівнює 2,23 мм. Дані взяті для мого Canon A540 за 1х зуму. Зі збільшенням зуму вхідна зіниця збільшується, але світлосила падає. Якщо вихідна зіниця окуляра та вхідна зіниця фотоапарата рівні, то все світло, що потрапило в об’єктив телескопа, потрапляє на матрицю без віньєтування. При цьому досягається максимальна світлосила, рівна світлосилі об’єктива мильниці та оптимальне збільшення системи. Якщо вихідний зіницю телескопа зробити менше, ніж вхідна зіниця фотоапарата (додати збільшення телескопа), то збільшення системи буде більшим, а світлосила менше. Якщо вихідна зіниця телескопа більша, то збільшення системи зменшиться, а світлосила залишиться максимальною.
Розмір вхідної зіниці недорогих мильниць становить лише 2-3 мм. Навіть невелика неспіввісність викликатиме віньєтування, тому вихідну зіницю телескопа раджу робити більшою, щоб у неї простіше було потрапити. Коротше, не женіться за збільшенням.
Вище мова йшла про рефрактори. При використанні дзеркальних телескопів бажано домагатися рівності зіниць, оскільки при збільшенні вихідної зіниці дзеркального телескопа посилюється вплив центрального екранування, що рівнозначно падінню світлосили.
Можна не мучитися з обчисленнями, а підібрати окуляр практично. Фотографуйте через телескоп постійно освітлений об’єкт. Діафрагму повністю відкрийте. Виберіть таку комбінацію окуляра і зуму, при якій автомат буде відпрацьовувати найкоротшу витримку. Ця витримка не повинна сильно відрізнятися від тієї, яку робить мильниця при зйомці того ж об’єкта без телескопа.
Зв’язка окуляр телескопа - об’єктив мильниці відіграє роль редуктора фокусу. Причому, коефіцієнт редукції може змінюватися в великих межах, що дозволяє використовувати мильницю для зйомки туманностей довгофокусними телескопами, які дешевші за короткофокусні. І видалення вихідної зіниці у довгофокусних окулярів більше, не треба буде купувати спеціальний багатолінзовий окуляр зі збільшеним виносом зіниці. Недолік довгофокусних телескопів - великі габарити і маленьке поле. Для дзеркалок теж роблять редуктори фокусу, але вони дорогі і дають малий коефіцієнт редукції.
Не всі мильниці придатні для астрофотографії. Вимоги до астрофотоапарату відомі: висока чутливість, малі шуми, довгі витримки, RAW, велика світлосила об’єктива, ручні режими. Найбільше цим вимогам відповідають просунуті моделі, але їх вартість порівнянна з вартістю дзеркалок, тому не будемо їх розглядати. З недорогих можна порадити фотоапарати Canon серій A та S, Olympus серії SP, Панасоніки, що мають режим "зоряне небо"... Я використовую мильниці Canon А510 та А540. Альтернативна прошивка CHDK для фотоапаратів Canon дозволяє знімати з витримками до 64 сек, вмикати RAW, вимикати віднімання темнового кадру, робити інтервальну зйомку і багато чого ще. Рекомендую.
З чого почати? Найпростіше - знімати зоряні поля. Можна навіть обійтися без монтування. При цьому не раджу захоплюватися зумом. Зі збільшенням зуму збільшується вхідна зіниця і має збільшуватися проникна здатність, але при цьому збільшується і масштаб і зірок у кадрі виявляється менше.
Крім того, зірки починають розмазуватися через обертання Землі і витримку доводиться зменшувати. На знімках знятих без зуму зірок більше і такі знімки, на мій погляд, виглядають ефектніше. Якщо ж знімати конкретний об’єкт, то зум знадобиться. Не варто знімати з такими витримками, щоб зірки розмазувалися. Світло від зірки розмазується по треку і в кожній точці треку експозиція залишається постійною. У той же час зі збільшенням витримки шуми і засвітка посилюються. Можна перший кадр зняти з максимальною витримкою, потім зменшити витримку у стільки разів, у скільки довжина треків слабких зірок більша за їх ширину. Розмазані зірки можна округлити плагіном для Фотошопа Star Rounder.8bf.
Цікавіше познімати мильницею туманності, а для цього знадобиться велике збільшення. Тут два шляхи: використовувати мильницю-суперзум або прикрутити звичайну мильницю до телескопа. Я вже наводив приклад, з якого видно, що по туманностях суперзуми мають цілком телескопні об’єктиви. Ще більшого результату можна досягти від мильниці з телескопом.
Врахуйте, що не будь-який окуляр придатний для використання з мильницею. Він повинен забезпечувати хорошу якість зображення по всьому полю. Бажано, щоб окуляр мав велике поле, щоб віньєтування було меншим. Однак не варто кидатися в крайнощі. Можна, звичайно, взяти ширококутний окуляр і домогтися відсутності віньєтування на всьому кадрі навіть на 1х зумі, але через аберації зображення на краях буде нечітким і краї доведеться обрізати. Тому не треба звертати велику увагу на віньєтування, головне - якість зображення. Добре б знайти окуляр з плоским полем, але серед дешевих окулярів такий знайти важко, а дорогими я не користувався.
Ще одна вимога до окуляра - велике віддалення вихідної зіниці, воно повинно бути достатнім для того, щоб зіниці суміщалися до того, як об’єктив мильниці упреться в окуляр. Про те, що зіниці сумістилися можна судити по тому, що поле максимальне, а польова діафрагма чітка. Все це стосується зйомки на 1х зумі, де світлосила більшості об’єктивів максимальна.
Вхідна зіниця об’єктива фотоапарата знаходиться в районі діафрагми. Чим більший об’єктив, тим глибше в ньому захована вхідна зіниця. З цієї причини суперзуми малопридатні для зйомки через телескоп - для них важко знайти окуляр з достатнім виносом вихідної зіниці. З телескопом краще використовувати мильницю з малою кратністю зуму. Ще краще б підійшов об’єктив з фіксованим фокусом, але де його взяти?
Все це теорія. Щоб на практиці перевірити ідею створення недорогого астрографа я взяв мильницю Canon A540 і прикрутив до неї телескоп 70/300.
Цей телескоп продавався всього за 950 рублів. Такі світлосильні телескопи дають погане зображення, але астрограф хотілося зробити ще й малогабаритним. Щоб підвищити контраст об’єктив довелося задіафрагмувати об’єктив до 60 мм. Рідний окуляр замінив на недорогий (хоча й не найдешевший) окуляр ED 12.5 мм. Пізніше я купив окуляр ED 18 мм, який виявився помітно кращим, ніж 12,5, але поки через нього фотографувати не пробував. Вийшов астрограф зі світлосилою 1:2,6 (1:2,75, якщо вірити EXIF), фокусом 139 мм і вхідною зіницею 53 мм. (Вхідна зіниця додатково віньєтується діафрагмою об’єктива мильниці.) Якщо привести до 35 мм плівки, то отримуємо: світлосила 2,6, фокус 840 мм, вхідна зіниця 323 мм! (Це тільки для туманностей, для зірок вхідна зіниця 53 мм.)
Ніби непогані характеристики і незважаючи на короткі витримки і низьку чутливість щось має вийти. Але тут є одна проблема - для зйомки з таким фокусною відстанню потрібне екваторіальне монтування. І не яке-небудь, а хороше. Бажано, з електроприводом хоча б по одній осі. Я б навіть сказав, що монтування для астрофотографії потрібніше, ніж дзеркалка. Вартість хорошого монтування порівнянна з вартістю дзеркалки і якщо дзеркалку можна використовувати не тільки для астрофотографії, то монтування ні на що інше не годиться. Важко буде пояснити спонсору, що ця дорога і здорова залізяка - дуже потрібна в господарстві річ.
Якщо купівля монтування неможлива, то можна попросити пофотографувати з чужого монтування або зробити монтування самому. Багато хто робить монтування з підручних матеріалів - водопровідних труб, дверних петель, теодолітів тощо.
Я одне монтування зробив з редуктора від вимірювальної антени, інше, вагою всього 350 грамів, випиляв з фанери:
Вісь з конусоподібним заглибленням на торці
спирається на конусоподібну опору. Шкала відградуйована в секундах
і освітлена світлодіодом. Один оберт маховичка відповідає одній
хвилині. Ходу гвинта вистачає на 17 хвилин. На механізм тонких рухів
спочатку поставив звичайний гвинт з пружинкою, але не сподобалась плавність
ходу, тоді випиляв механізм з теодоліта. Класно веде! Навіть крутити
приємно. |
Монтування непогано показало себе не тільки з мильницями, на які було розраховане, але й з дзеркалкою. Принаймні, при зйомці з об’єктивом Юпітер-37 більше половини кадрів виходить без змазу. Пізніше зробив ще одне монтування, потужніше. Воно важить 700 грамів і на нього можна встановити не тільки дзеркалку, але й невеликий телескоп з мильницею. Ось приклад знімка зробленого з цього монтування астрографом, який я описав вище. M13 знімав у місті при Місяці:
M13 знімав у місті при Місяці.
Вага телескопа з перехідником 800 грамів, вага мильниці 235 гр. Весь астрограф без триноги важить 1,735 кг. Монтування виконане в настільному виконанні. Якщо в місці спостережень є якийсь стовпчик, стіл, парапет тощо, то можна обійтися без триноги. Користуватися таким монтуванням незручно, але якщо вага має вирішальне значення, то воно може виручити. Я показав це монтування своєму знайомому і він зробив собі подібне з мотором.
Для перевірки свого астрографа я використовував монтування EQ8. Такий фокус для цього монтування великуватий, та й привід у мого монтування глючний, тому витримку доводилось робити коротшою, але все одно, із серії з трудом вдавалося вибрати лише кілька незмазаних кадрів.
Ось, що вийшло: комета Lulin 5 кадрів по 32 сек, ISO400:
Комета Lulin
M13 14х32 сек:
М57 8х32 сек:
M57
Галактики М65, М66 та 3628 9х32 сек:
Галактики М65, М66 та 3628
М42 - цей знімок зроблений мильницею А510. На жаль, CHDK не підтримує цей фотоапарат, тому доводилося знімати в джипег і з витримками всього 15 секунд. Складено 8 кадрів:
На жаль, CHDK не підтримує цей фотоапарат, тому доводилося знімати в джипег і з витримками всього 15 секунд. Складено 8 кадрів.
Теж через 80 мм АПО мильницею А540: М13 10х32 сек:
Знімки зроблені за містом при від’ємній температурі (до -20). На холоді матриця менше шумить, але мій пластмасовий телескоп замерзає і дає аберацію. Знімки виходили не чіткими, їх доводилося зменшувати в 2-3 рази. Складав в програмі DeepSkyStacker, обробляв у Фотошопі. В обробці я не спец, мабуть, ви це вже помітили. :( Думаю, що від мого обладнання можна досягти більшого. З настанням сезону продовжу експерименти з мильницями.
Висновок. Хоч мильниця й поступається дзеркалці, але в деяких випадках її застосування виправдане. Це коли є матеріальні проблеми або коли є обмеження по вазі/розміру апаратури. (Наприклад, у далекій поїздці.)
Розумію, що не всі погодяться з моїми доводами та висновками. Принаймні, буде пожива для роздумів.
Березенцев І.П. 10.06.2009
Стаття опублікована на http://www.astroclub.kiev.ua
версия этой страницы на русском языке
Повернутися до категорії [ Аматорська астрономія ]
[ нагору ]
