G3 a G4 CCDUživatelská příručka

Verze 2.6

Modifikováno 19. října 2015

Tato publikace byla vytvořena ve snaze poskytnout přesné a úplné informace. Společnost Moravské přístroje a.s. nepřejímá žádné záruky týkající se obsahu této publikace a vyhrazuje si právo měnit obsah dokumentace bez závazku tyto změny oznámit jakékoli osobě či organizaci.

Kamery G3 a G4 CCD nejsou autorizovány a nemohou být používány v systémech podpory života bez písemného svolení firmy Moravské přístroje. Záruka na produkt zahrnuje opravy a případně náhradu vadných součástí, nikoliv však náhradu jakýchkoliv následných škod.

Copyright © 2000-2015, Moravské přístroje a.s.

Moravské přístroje

Masarykova 1148

763 02 Zlín

tel./fax: +420 577 107 171

www: http://www.gxccd.com/

e-mail: info@gxccd.com

ObsahÚvod.........................................................................................................6CCD a elektronika kamer.........................................................................8

CCD čip.............................................................................................11Model G3-6300...........................................................................11Model G3-1000...........................................................................12Model G3-11000.........................................................................12Model G3-11000C.......................................................................12Model G3-16000.........................................................................13Model G3-16000C.......................................................................13Model G4-9000...........................................................................13Model G4-16000.........................................................................13

Elektronika kamery...........................................................................14Model G3-6300...........................................................................14Model G3-1000...........................................................................15Model G3-11000.........................................................................15Model G3-16000.........................................................................15Model G4-9000...........................................................................15Model G4-16000.........................................................................16

Chlazení CCD a napájecí zdroj...............................................................17Napájecí zdroj...................................................................................18

Mechanické specifikace..........................................................................20Adaptéry dalekohledů pro kamery G3........................................22Adaptéry dalekohledů pro kamery G4........................................24

Začínáme.................................................................................................26Instalace ovladače kamery................................................................26

Instalace systémového ovladače v systémech Windows 7 a 8....27Instalace systémového ovladače v systémech Windows XP a Windows Vista.........................................................................28

Instalace programu SIPS...................................................................29Konfigurační soubory programu SIPS........................................30

Ovladač kamer G3 a G4 CCD pro SIPS...........................................31Použití více konfiguračních souborů pro různé kamery..............33Omezení výřezu CCD čipu..........................................................34

Připojení kamery...............................................................................34Indikace stavu kamery.................................................................35

Práce s více kamerami.......................................................................36Práce s kamerou......................................................................................38

Kamera a dalekohled.........................................................................39Řízení teploty....................................................................................40První snímky.....................................................................................42

Jas a kontrast – jasová škála snímků.................................................44Kalibrace...........................................................................................45Barevné snímky s monochromní kamerou s filtry............................48Barevné snímky s barevnou kamerou...............................................52Vyvážení barev.................................................................................54

Některá pravidla pro úspěšné fotografování...........................................56Údržba kamery........................................................................................59

Výměna pohlcovače vlhkosti............................................................59Výměna filtrů....................................................................................60Výměna celého filtrového kola.........................................................62Výměna adaptéru dalekohledu..........................................................62Pojistka napájecího zdroje................................................................63

Úvod

Děkujeme za zakoupení velkoformátové CCD kamery. Kamery série G3 a G4 jsou navrhovány pro zobrazování v podmínkách extrémně slabého osvětlení v astronomii, mikroskopii apod. Konstrukce kamer této série vychází z řady G2, s níž sdílí precizní elektroniku poskytující uniformní obrazové pole bez artefaktů a extrémně malý čtecí šum limitovaný pouze CCD čipem. Shodná je robustní konstrukce, bohatá programová podpora a snadná obsluha. Hlava CCD kamer G3 a G4 je ale dostatečně velká, aby mohla obsahovat detektor velikosti až 24×36 mm u kamer G3 a až 37×37 mm u kamer G4.

Kamery G3 mohou obsahovat navíc filtrové kolo s 5 pozicemi pro filtry o průměru 50 mm (2 palce). Interní filtrové kolo není možné použít v kamerách G4, protože kolo pro čtvercové filtry 50×50 mm je příliš velké.

Externí filtrové kolo s 5 pozicemi pro čtvercové filtry 50×50 mm nebo 7 pozicemi pro filtry o průměru 50 mm (2 palce) je k dispozici pro kamery G4.

Také kamery série G3 mohou být doplněny externím filtrovým kolem, není ale možné kombinovat interní a externí kolo na jedné kameře. Kamera G3 musí být vyrobena bez interního filtrového kola, aby bylo možné použít externí filtrové kolo.

Dovolujeme si upozornit, že kamery G3 a G4 CCD jsou navrhovány k práci spolu s osobním počítačem (PC). Na rozdíl od digitálních fotoaparátů, které pracují na počítači nezávisle, vědecké chlazené CCD kamery vyžadují počítač pro řízení, nahrávání obrázků, jejich zpracování a ukládání apod. K práci s kamerami je zapotřebí počítač, který:

1. Je kompatibilní se standardem PC.

2. Pracuje s moderním 32 nebo 64 bitovým systémem Windows.

Ovladače pro 32 bitové a 64 bitové systémy Linux jsou také k dispozici, ale program pro ovládání kamery a zpracování obrazu, dodávaný spolu s kamerami, vyžaduje k práci operační systém Windows.

3. Je vybaven alespoň jedním USB portem.

6

Kamery G3 a G4 jsou navrhovány pro práci s USB 2.0 high-speed (480 Mbps) rozhraním. Ačkoliv jsou plně zpětně kompatibilní s rozhraním USB 1.1 full-speed (12 Mbps), čas stahování obrázků je při použití takového rozhraní delší.

USB rozbočovač (USB hub) může rozšířit počet USB portů. Typický USB rozbočovač zabere jeden USB port v počítači a poskytne čtyři volné USB porty. Je nutno se ale ujistit, že použitý rozbočovač je kompatibilní se standardem USB 2.0 high-speed.

Je ale nutné mít na paměti, že pokud je k USB rozbočovači připojeno více zařízení, rozbočovač musí k přenosu dat do PC používat svou jedinou linku. Ačkoliv kamery G3 a G4 pracují i po připojení přes rozbočovač, může to mít negativní vliv na dobu stahování snímků. Doporučujeme proto připojit přes rozbočovač jiná USB zařízení a pro kameru rezervovat přímé připojení do PC.

4. Alternativně je možné použít rozhraní Gx Camera Ethernet Adapter. Tento adaptér dokáže připojit až 4 kamery série Gx (tedy nejen G3 a G4, ale také G0, G1 a G2) nabízí 1 Gbps a 10/100 Mbps rozhraní Ethernet pro přímé spojení s řídicím počítačem. Protože počítač pak s kamerami komunikuje protokolem TCP/IP, je možné do cesty vložit např. WiFi most nebo jiné síťové zařízení.

Kamery G3 a G4 potřebují k práci externí napájecí zdroj. Není možné provozovat kameru z napájení poskytovaného USB připojením, což bývá obvyklé u malých a jednoduchých kamer (např. u tzv. webových kamer). Kamery G3 a G4 CCD obsahují velmi efektivní chlazení CCD čipu, mechanickou závěrku a mohou obsahovat filtrové kolo, takže jejich spotřeba přesahuje možnosti USB napájení. Na druhé straně samostatné napájení zbavuje uživatele problémů s úbytkem napětí na příliš dlouhých USB kabelech, s rychlým vybíjením baterií přenosných počítačů apod.

Kamera musí být připojena k nějakému optickému systému (např. k dalekohledu), aby mohla snímat obrazy. Kamera je navrhována pro dlouhé expozice, nezbytné k zachycení velmi slabých objektů. Pokud je kamera použita s dalekohledem, je nezbytné, aby dalekohled na montáži dokázal hladce sledovat objekt během celé expozice.

7

CCD a elektronika kamer

Kamery série G3 a G4 jsou vyráběny se dvěma typy CCD detektorů Truesense Imaging (dříve Kodak):

● Kamery G3 a G4 s detektory Truesense Imaging KAF s tzv. „Full Frame“ (FF) architekturou. Prakticky celá plocha pixelů CCD čipů s touto architekturou je vystavena světlu. Z tohoto důvodu má tento typ detektorů velmi vysokou kvantovou účinnost. FF CCD určené pro vědecké aplikace nebývají vybaveny tzv. Anti-Blooming elektrodou (ABG), zabraňující přetékání náboje do sousedních pixelů při přeexponování, což zajišťuje lineární odezvu na světlo v celém dynamickém rozsahu. FF CCD detektory používané pro astrofotografii ABG elektrodu mají, ABG elektroda ale snižuje citlivost CCD.

Kamery s FF CCD jsou tedy vhodné pro vědecké aplikace, kde je linearita kamery základním předpokladem pro fotometrická měření. Vysokou kvantovou účinnost lze využít také pro úzkopásmovou astronomickou fotografii, kde k přeexponování zpravidla nedochází a případně pro fotografii plošně malých objektů, v jejichž zorném poli se nevyskytuje příliš jasná hvězda.

8

Obr 1: Schéma „Full Frame“ CCD čipu

● Kamery G3 s detektory Truesense Imaging KAI s tzv. „Interline Transfer“ (IT) architekturou (G4 kamery se s IT čipy nevyrábějí). Na ploše CCD čipů s touto architekturou je vždy vedle sloupce pixelů zachycujících světlo sloupec zastíněný, označovaný jako vertikální registr. Na konci expozice stačí jediným impulsem přenést náboj naakumulovaný v pixelech do vertikálních registrů. Poté je náboj již obdobně jakou v případě FF detektorů přenášen z vertikálních registrů do horizontálního registru a digitalizován. Tento mechanismus je také označován jako „elektronická závěrka“, neboť dovoluje pořizování velmi krátkých expozic a také dovoluje vyčítání snímku bez zastínění čipu mechanickou závěrkou.

I kamery G3 s těmito CCD detektory jsou vybaveny mechanickou závěrkou, protože elektronická závěrka např. nedovoluje pořízení temných snímků, potřebných pro kalibraci obrazu, apod.

Za elektronickou závěrku platí IT detektory nižší kvantovou účinností ve srovnání s FF čipy. Zpravidla jsou také všechny IT detektory vybaveny ABG a dovolují tedy snímat i velmi jasné objekty bez přetoků náboje do vedlejších pixelů.

9

Obr 2: Schéma „Interline Transfer“ CCD čipu

Modely kamer G3 a G4:

Model G3-6300 G3-1000 G3-11000 G3-11000C

CCD čip KAF-6303E KAF-1001E KAI-11002 KAI-11002

Rozlišení 3072×2048 1024×1024 4032×2688 4032×2688

Pixel 9×9 µm 24×24 µm 9×9 µm 9×9 µm

Rozměry čipu 27,7×18,4 mm 24,6×24,6 mm 36,3×24,2 mm 36,3×24,2 mm

ABG Ne Ne Ano Ano

Barevný čip Ne Ne Ne Ano

Modely kamer G3 a G4 (pokračování):

Model G3-16000 G3-16000C G4-9000 G4-16000

CCD čip KAI-16070 KAI-16070 KAF-09000 KAF-16803

Rozlišení 4888×3256 4888×3256 3056×3056 4096×4096

Pixelu 7,4×7,4 µm 7,4×7,4 µm 12×12 µm 9×9 µm

Rozměry čipu 36,2×24,1 mm 36,2×24,1 mm 36,8×36,8 mm 36,9×36,9 mm

ABG Ano Ano Ano Ano

Barevný čip Ne Ano Ne Ne

Kamery označené příponou „C“ obsahují CCD čip pokrytý tzv. Bayerovou maskou. Před jednotlivými pixely jsou barevné filtry základních barev (červená, zelená, modrá) a každý pixel tedy zachycuje světlo jen odpovídající patřičné barvě.

10

Tyto kamery jsou schopny pořídit barevný snímek jedinou expozicí a bez nutnosti výměny barevných filtrů. Na druhé straně barevná maska přináší menší citlivost a omezuje použití kamery např. pro snímání s úzkopásmovými filtry apod.

Protože každý pixel barevného snímače je pokryt filtrem propouštějícím právě jednu ze základních barev, je pro každý pixel nutno dopočítat (interpolovat) další dvě barvy, což přirozeně omezuje rozlišení barevného snímku. Snímání barevnými CCD detektory podrobněji popisuje kapitola „Barevné snímky“.

CCD čipKvantová účinnost (citlivost) CCD detektorů použitých v kamerách G3 a G4 závisí na daném modelu.

Obr. 3: Citlivost CCD detektorů Truesense Imaging používaných v kamerách série G3 a G4

Vlastní temný proud těchto detektorů je velice nízký v porovnání s jinými CCD čipy s vlastnostmi vhodnými pro náročné vědecké aplikace, což vede k velice dobrému poměru signál/šum.

Model G3-6300G3-06300 používá 6 MPx CCD Truesense Imaging KAF-06303E Class 1 nebo 2.

11

Rozlišení 3072×2048 pixelůVelikost pixelu 9×9 µmObrazová plocha 27,7×18,4 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 100 000 e-Plná kapacita výstupu Přibližně 220 000 e-Temný proud 1 e-/s/pixel při 0°CZdvojení temného proudu 6.3 °C

Model G3-1000G3-01000 používá 1 MPx CCD Truesense Imaging KAF-1001E Class 1 nebo 2.

Rozlišení 1024×1024 pixelůVelikost pixelu 24×24 µmObrazová plocha 24.6×24.6 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 220 000 e-Plná kapacita výstupu Přibližně 650 000 e-Temný proud 17 e-/s/pixel při 0°CZdvojení temného proudu 5,5 °C

Model G3-11000G3-11000 používá 11 MPx CCD Truesense Imaging KAI-11002 Class 1 nebo 2.

Rozlišení 4032×2688 pixelůVelikost pixelu 9×9 µmObrazová plocha 36,3×24,2 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 60 000 e-Temný proud 12 e-/s/pixel při 0°CZdvojení temného proudu 7 °C

Model G3-11000CG3-11000C používá 11 MPx CCD Truesense Imaging KAI-11002 Class 1 nebo 2 s barevnou (tzv. Bayerovou) maskou.

12

Model G3-16000G3-16000 používá 16 MPx CCD Truesense Imaging KAI-16070.

Rozlišení 4888×3256 pixelůVelikost pixelu 7,4×7,4 µmObrazová plocha 36,2×24,1 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 26 000 e-Temný proud (pixely) 0,3 e-/s/pixel při 0°CTemný proud (V-registr) 33 e-/s/pixel při 0°CZdvojení temného proudu (pixely) 7 °CZdvojení temného proudu (V-registr) 9 °C

Model G3-16000CG3-16000C používá 16 MPx CCD Truesense Imaging KAI-16070 s barevnou (tzv. Bayerovou) maskou.

Model G4-9000G4-9000 používá 9 MPx CCD Truesense Imaging KAF-09000.

Rozlišení 3056×3056 pixelůVelikost pixelu 12×12 µmObrazová plocha 36,8×36,8 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 110 000 e-Temný proud 0,5 e-/s/pixel při 0°CZdvojení temného proudu 7 °C

Model G4-16000G4-16000 používá 16 MPx CCD Truesense Imaging KAF-16803.

Rozlišení 4096×4096 pixelůVelikost pixelu 9×9 µmObrazová plocha 36,9×36,9 mmPlná kapacita pixelu Přibližně 100 000 e-Temný proud 0,3 e-/s/pixel při 0°C

13

Zdvojení temného proudu 6,3 °C

Elektronika kamery16 bitový A/D převodník s korelovaným dvojitým vzorkováním zajišťuje vysoký dynamický rozsah a čtecí šum na úrovni samotného CCD čipu. Rychlé USB rozhraní dovoluje stažení snímku během několika sekund.

Maximální délka USB kabelu je 5 m. Tato délka může být prodloužena na 10 m použitím USB rozbočovače (USB hub) nebo aktivního USB prodlužovacího kabelu. V jednom spojení může být použito až 5 aktivních prodlužovacích kabelů nebo USB rozbočovačů.

Jednotka Gx Camera Ethernet Adapter dovoluje připojení až čtyř kamer Gx libovolného typu přes rozhraní Ethernet a protokol TCP/IP. Protože protokoly TCP/IP je možné směrovat, vzdálenost mezi kamerami a řídicím počítačem je tak prakticky neomezená.

Rozlišení ADC 16 bitů

Vzorkování Korelované dvojité vzorkování

Čtecí módy Náhled

Nízkošumový

Vodorovný binning 1 až 4 pixely

Svislý binning 1 až 4 pixely

Čtení podoblastí Libovolná podoblast

Rozhraní USB 2.0 high-speed

USB 1.1 full-speed

Binning může být kombinován nezávisle v obou osách.

Čas stažení snímku a čtecí šum je závislý na konkrétním modelu kamery.

Model G3-6300Zesílení 1,5 e-/ADU (1×l binning)

2,0 e-/ADU (jiný binning)

14

Systémový čtecí šum 15 e- (Nízký šum)17 e- (Náhled)

Stažení celého snímku 9,8 s (Nízký šum)8,1 s (Náhled)

Model G3-1000Zesílení 3 e-/ADU (1×1 binning)

5 e-/ADU (jiný binning)Systémový čtecí šum 12 e- (Nízký šum)

15 e- (Náhled)Stažení celého snímku 2,0 s (Nízký šum)

1,7 s (Náhled)

Model G3-11000Zesílení 0,8 e-/ADU (1×1 binning)

1,6 e-/ADU (jiný binning)Systémový čtecí šum 11,5 e- (Nízký šum)

13 e- (Náhled)Stažení celého snímku 16,9 s (Nízký šum)

14,1 s (Náhled)

Model G3-16000Zesílení 0,4 e-/ADU (1×1 binning)

0,5 e-/ADU (jiný binning)Systémový čtecí šum 10 e- (Nízký šum)

11 e- (Náhled)Stažení celého snímku 24,5 s (Nízký šum)

16,4 s (Náhled)

Model G4-9000Zesílení 1,5 e-/ADU (1×1 binning)

1,7 e-/ADU (jiný binning)

15

Systémový čtecí šum 10 e- (Nízký šum)12 e- (Náhled)

Stažení celého snímku 16,3 s (Nízký šum)13,1 s (Náhled)

Model G4-16000Zesílení 1,6 e-/ADU (všechen binning)Systémový čtecí šum 9 e- (Nízký šum)

11 e- (Náhled)Stažení celého snímku 26 s (Nízký šum)

22 s (Náhled)

Kamery G4-16000 používají stejný zisk pro nebinované i binované čtení, pokud jsou použity se systémovým ovladačem verze 2.3 nebo vyšším. Pokud je použit starší ovladač, uvedené zesílení 1,6 e-/ADU je použito jen v binningu 1×1, ve vyšších binning módech je použito zesílení 2,7 e-/ADU. Zesílení bylo sjednoceno, aby byl naplno využit dynamický rozsah A/D převodníku, protože výstupní uzel použitých detektorů nedokázal vyšší úroveň signálu přenést.

U kamer G4-9000 bylo počínaje ovladačem verze 2.3 ze stejných důvodů zesílení v binning módech sníženo z 2,5 e-/ADU na 1,7 e-/ADU.

16

Chlazení CCD a napájecí zdroj

Regulované dvoustupňové termoelektrické chlazení dokáže ochladit CCD čip v závislosti na typu kamery o 35 až 45 °C pod okolní teplotu. Horká strana Peltiérových článků je chlazena ventilátory. Teplota CCD čipu je regulována s přesností ±0.1 °C. Účinné chlazení minimalizuje vlastní temný proud CCD čipu a přesná regulace teploty dovoluje správnou kalibraci pořízených snímků.

Hlava kamery obsahuje dva tepelné senzory – první měří přímo teplotu CCD čipu, druhý senzor měří teplotu vzduchu chladicího horkou stranu Peltiérových článků.

Výkon chlazení závisí na okolních podmínkách a také na kvalitě napájení. Pokud napájecí napětí klesne pod 12 V, maximální tepelný rozdíl se zmenší.

Chlazení CCD čipu Termoelektrické (Peltiérovy) článkyPočet článků Dva stupněMaximální ∆T1) 45 °C pod okolímRegulovaný ∆T1) 40 °C pod okolím (při ~75% chlazení)Maximální ∆T2) 40 °C pod okolímRegulovaný ∆T2) 35 °C pod okolím (při ~75% chlazení)Přesnost regulace ±0.1 °CChlazení horké strany

Nucený oběh (dva ventilátory)Volitelný kapalinový výměník

Rozdíl teplot (1) platí pro kamery G3-1000, G3-11000, G4-9000 a G4-16000, údaje (2) pro kamery G3-6300 a G3-16000. Menší rozdíl je dán geometrickými rozměry pouzdra čipu a z toho plynoucími omezeními velikosti TEC modulů.

Maximální rozdíl teplot mezi CCD čipem a okolním vzduchem může přesáhnout 45 °C, pokud chlazení pracuje na 100% výkonu. Nicméně v takovém případě nemůže být teplota čipu účinně regulována, protože kamera nemá prostor k zesílení chlazení, pokud okolní teplota vzroste. Teplotní rozdíl

17

40 °C může být dosažen s chlazením pracujícím asi na 85% výkonu, což zaručuje dostatečný prostor k regulaci.

Napájecí zdrojMožnost napájení neregulovaným stejnosměrným napětím 12 V dovoluje kameře pracovat z jakýchkoliv zdrojů, včetně baterií, síťových adaptérů apod. S kamerou je dodáván univerzální síťový adaptér 100-240 V AC/50-60 Hz, 60 W. Ačkoliv spotřeba kamery nepřesahuje 55 W, maximální výkon 60 W u zdroje dodávaného s kamerou zajišťuje stabilitu napájení a minimální rušení.

Napájení kamery 12 V DCSpotřeba kamery 14 W bez chlazení

52 W maximální chlazeníVstupní napětí zdroje 100-240 V AC/50-60 Hz

Výstupní napětí zdroje 12 V DC/5 AVýkon zdroje 60 WNapájecí konektor 5,5 / 2,5 mm

1. Spotřeba je měřena na síťové (AC) straně dodávaného 12 V napájecího adaptéru. Odběr kamery ze zdroje 12 V je menší než odpovídá uvedené hodnotě.

2. Kamera obsahuje vlastní napájecí zdroje pro elektroniku, takže může být napájena z neregulovaného zdroje 12 V DC – vstupní napětí může být mezi 10 a 14 V. Nicméně některé parametry (např. efektivita chlazení) se mohou při nižším napájení zhoršit.

3. Kamery G3 a G4 měří své napájecí napětí a poskytují jeho hodnotu ovládacímu programu. Hodnota napětí je zobrazena v záložce „Cooling“ nástroje „CCD Camera“ programu SIPS. Tato vlastnost je důležitá, zejména pokud je kamera napájena z baterií.

18

Obr 4: Napájecí zdroj 12 V DC/5 A pro kamery G2 CCD.

Varování:

Napájecí konektor na hlavě kamery má kladný pól na středovém kolíku. Ačkoliv všechny moderní napájecí zdroje používají stejnou polaritu, vždy je nezbytné přesvědčit se o správné polaritě, pokud je použit jiný, než dodávaný napájecí zdroj.

19

Mechanické specifikace

Kompaktní a robustní hlava kamery měří 154×154×65 mm (asi 6×6×2,6 palce). Hlava je vyrobena CNC obráběním z kvalitního duralu a černě eloxována. Vlastní hlava obsahuje USB-B konektor a konektor pro 12 V DC napájení. Žádné další části (samostatná CPU skříňka, skříňka s USB rozhraním apod.) s výjimkou síťového adaptéru nejsou zapotřebí. Integrovaná mechanická závěrka dovoluje vyčítání obrazů bez rozmazání, stejně jako automatické pořizování temných snímků, nezbytné pro bezobslužné robotické aplikace. Integrované filtrové kolo má 5 pozic pro standardní 2 palcové filtry v objímkách se závitem M48×0,75. Kolem závitu jsou umístěny tři otvory se závity M3, které dovolují uchycení skleněného filtru bez objímky až do průměru 51 mm.

Mechanická závěrka Ano, clonková závěrka

Nejkratší expoziční doba 0.2 s

Nejdelší expoziční doba Limitována pouze saturací čipu

Interní filtrové kolo(pouze u kamer G3)

5 pozic pro 2" objímky se závitem nebo 51 mm skleněné filtry

Velikost hlavy 154×154×65 mm (G3, G4 bez filtrového kola)

154×154×77.5 mm (G3 s interním filtrovým kolem)

Vzdálenost ohniskové roviny

16,5 mm (G3, G4 bez filtrového kola)

29 mm (G3 s interním filtrovým kolem)

33,5 mm (G3, G4 s externím filtrovým kolem)

Hmotnost hlavy kamery 1,6 kg (G3, G4 bez filtrového kola)

1,9 kg (G3 s interním filtrovým kolem)

2,5 kg (G3 s externím filtrovým kolem „S“)

2,5 kg (G4 s externím filtrovým kolem „M“)

2,8 kg (G4 s externím filtrovým kolem „L“)

20

Obr. 5: Hlava kamery G3 s interním filtrovým kolem

Obr. 6: Hlava kamery G3 bez interního filtrového kola

21

Obr. 7: Hlava kamery G4

Adaptéry dalekohledů pro kamery G3Kamery G3 jsou standardně dodávány s 2" okulárovým adaptérem. Uživatel ale může zvolit jiný adaptér, vyhovující dané aplikaci. Další adaptéry mohou být rovněž objednány samostatně.

K dispozici jsou následující adaptéry pro dalekohledy a objektivy:

2" okulárový adaptér

Adaptér pro 2" okulárový výtah.

T-závit krátký Vnitřní závit M42×0.75 mm, hloubka 7,5 mm.

22

T-závit s 55 mm BFD

Vnitřní závit M42×0,75 mm, zachovává vzdálenost ohniskové roviny 55 mm dle definice firmy Tamron.

Adaptér M48×0,75 Adaptér s vnitřním závitem M48×0,75, hloubka 7,5 mm.

Adaptér M48×0,75 s 55 mm BFD

Adaptér s vnitřním závitem M48×0,75, zachovává vzdálenost ohniskové roviny 55 mm.

Adaptér objektivů Pentax (Praktica)

Vnitřní závit M42×1 mm, zachovává vzdálenost ohniskové roviny 45,5 mm.

Adaptér M68×1 Adaptér s vnitřním závitem M68×1.

Adaptér objektivů Canon EOS

Standardní adaptér pro bajonet objektivů Canon EOS.

Adaptér objektivů Nikon F

Standardní adaptér pro bajonet objektivů Nikon F.

23

Adaptéry pro T-závit (M42×0.75) nebo adaptéry M42×1 způsobují značnou vinětaci pole (zeslabení okrajů), pokud jsou použity s kamerou G3-11000. Také běžné korektory komy (často vybavené T-závitem) způsobují na tomto velkém čipu vinětaci. U kamer s čipem KAI-11000 musí být použit například adaptér M68×1.

Pokud nějaký standard definuje vzdálenost ohniskové roviny (vzdálenost od čela adaptéru k detektoru), adaptér tohoto standardu tuto vzdálenost zachovává (například T-závit definuje vzdálenost ohniskové roviny 55 mm, ale tyto vzdálenosti jsou definovány také pro závit Pentax (Praktica), pro bajonety Canon EOS a Nikon apod.).

Adaptéry jsou k tělu kamery přichyceny čtyřmi šrouby M3 umístěnými ve vrcholech čtverce o straně 44 mm. Speciální adaptéry mohou být vyrobeny na míru požadovanému zařízení.

Adaptéry dalekohledů pro kamery G4Kamery G4 jsou standardně dodávány se závitovým adaptérem M68×1. Adaptér je vysoký 14 mm a obsahuje 8 mm závitu M68 thread. Vzdálenost čela závitu k senzoru je tedy:

• 30.5 mm pokud je adaptér použit na kameře bez filtrového kola

• 47.5 mm pokud je adaptér použit na kameře s externím filtrovým kolem

Jedinou další volbou pro kamery G4 je adaptér standardu Canon EOS, všechny další adaptéry způsobují vinětaci velkých CCD detektorů kamer G4, protože úhlopříčka těchto čipů je 52 mm.

Adaptér M68×1 Adaptér s vnitřním závitem M68×1

Adaptér objektivů Canon EOS

Standardní adaptér pro bajonet objektivů Canon EOS

24

Adaptér EOS zaručuje předepsanou vzdálenost 44 mm od čela bajonetu k senzoru pokud je použit s externím filtrovým kolem. Při použití na kameře bez externího filtrového kola je nezbytné použít distanční vložku.

Vzhledem ke hmotnosti kamery není adaptér EOS vhodný k uchycení kamery k dalekohledu nebo objektivu. Bajonetová uchycení využívají přítlačné prstencové pružiny a tato pružina není dostatečně silná, aby zajistila náležitou pozici kamery vzhledem k optické ose. Tento adaptér naopak slouží k uchycení menších a lehčích objektivů ke kameře.

Adaptéry jsou k tělu kamery přichyceny čtyřmi šrouby M3. Otvory se závitem jsou na těle kamery umístěny ve vrcholech čtverce o straně 52 mm. Speciální adaptéry mohou být vyrobeny na míru požadovanému zařízení.

Závity M3 pro přichycení adaptéru jsou u kamer série G2 a G3 ve čtverci o straně 44 mm, takže adaptéry pro kamery G2/G3 a pro G4 nejsou vzájemně kompatibilní.

25

Začínáme

Ačkoliv jsou kamery G3 a G4 navrhovány pro práci v noci (nebo ve dne při extrémně malých úrovních osvětlení), je vždy lepší (a velmi doporučované) instalovat software a ubezpečit se o bezchybné funkci celého zařízení během dne, před první nocí pod hvězdami.

Kamery G3 a G4 CCD mohou v principu pracovat s různými programy pro ovládání kamer (navštivte prosím firemní WWW server, kde je seznam podporovaných programů zveřejněn). Tento manuál ale ukazuje práci s kamerami v programu SIPS (Scientific Image Processing System) – programu pro ovládání kamer dodávaném spolu s kamerou.

Instalace ovladače kameryKaždé USB zařízení vyžaduje tzv. „systémový ovladač“, který pracuje jako součást jádra operačního systému. Některá USB zařízení (například USB Flash Disk) odpovídají určitým předdefinovaným standardům (v tomto případě „velkokapacitní USB zařízení“), takže mohou používat ovladač, který je již součástí operačního systému. To ale není případ kamer G3 a G4 CCD – ty vyžadují instalaci vlastního systémového ovladače.

Ačkoliv 64 bitové operační systémy mohou bez problémů spouštět 32 bitové aplikace, tyto aplikace musí běžet jako samostatné procesy a v zásadě není možná kombinace např. 64 bitového procesu a 32 bitové dynamicky linkované knihovny. Stejně v jádru 64 bitového systému není možno provozovat 32 bitový ovladač. Proto jsou všechny ovladače kamer G3 a G4 dodávány ve verzích pro 32 bitové systémy (označené x86 podle procesorů 386, 486 apod.) a pro 64 bitové systémy, označené x64 (podle procesorů podporujících 64 bitové instrukce označovaných x86-64 nebo jen x64).

Nejjednodušší způsob instalace systémového ovladače kamer Gx CCD je spuštění pre-instalace ovladačů (soubory “GxCam Drivers 32bit CZ.exe“ nebo “GxCam Drivers 64bit CZ.exe”, dodávané s kamerou nebo stažené z WWW serveru) na cílovém počítači. Tato instalace nahraje na počítač ovladače všech

26

kamer Gx, pak stačí kameru jen připojit a operační systém již ví jaký ovladač použít.

Pre-instalace je doporučený způsob instalace systémových ovladačů. Není nutno zabývat se odlišnostmi jednotlivých systémů, popsanými v následujících podkapitolách. Pokud se uživatel rozhodne nevyužít pre-instalce, je nezbytné vzít do úvahy rozdíly v implementaci „Plug-and-play“ instalace ovladačů v jednotlivých verzích systémů Windows.

Vzhledem k odlišnému ovládání KAF a KAI CCD čipů existují pro tyto varianty kamer odlišné systémové ovladače, rozlišené posledním písmenem názvu 'F' a 'I'.

Rovněž jednotlivé revize kamer mohou vyžadovat různé ovladače v závislosti na použité verzi digitální elektroniky. Starší kamery využívají ovladače „g3ccdF.sys“ a „g3ccdI.sys“, novější pak ovladačů „gXccdF.sys“ a „gXccdI.sys“.

Instalace systémového ovladače v systémech Windows 7 a 8Windows 7 a 8 nenabízí uživatelům možnost instalace ovladačů metodou Plug-and-play, jako tomu bylo v systémech Windows 2000, Windows XP a Windows Vista. Ovladače je nezbytné předinstalovat, v opačném případě operační systém pouze informuje uživatele, že nenalezl ovladač k připojenému zařízení.

Důvody tohoto omezení funkčnosti oproti starším verzím systému Windows lze jen odhadovat, zřejmě se může jednat o snahu omezit problémy s neschopností řady výrobců vytvořit ovladače plně vyhovující standardu Plug-and-play (na řadě produktů je výrazné upozornění vyzývající uživatele, aby nejprve nainstaloval software ovladačů a teprve poté fyzicky připojil zařízení).

I když je Plug-and-play mechanismus instalace ovladačů ve Windows 7 a 8 skryt, přesto je možné jej využívat. Nově připojené zařízení bez ovladače bude zobrazeno ve „Správci zařízení“ („Device Manager“) jako neznámé zařízení (zpravidla je takové zařízení označeno ikonou otazníku ve žlutém poli). Stačí kliknout na toto zařízení pravým tlačítkem myši a z nabízeného menu zvolit položku „Aktualizovat software ovladače...“ („Update Driver...“). Operační systém následně otevře průvodce instalací ovladače, v zásadě stejného jako je tomu u systémů Windows XP a Windows Vista.

27

Poznamenejme, že 64 bitové verze operačních systémů Windows 8, Windows 7 a Windows Vista vyžadují ovladače opatřené tzv. digitálním podpisem. Ovladače bez podpisu nemohou být ovladače do systému instalovány.

Všechny ovladače dodávané ke kamerám G3 a G4 jsou počínaje rokem 2010 dodávány s digitálním podpisem.

Instalace systémového ovladače v systémech Windows XP a Windows VistaOperační systém informuje uživatele, že bylo připojeno nové USB zařízení otevřením bubliny “Nalezen nový hardware”. Poté operační systém otevře „Průvodce připojením nového hardware“.

1. Průvodce nabídne vyhledání ovladače na webovém serveru „Windows Update“. Odmítněte tuto nabídku (zvolte „Nyní ne“) a klikněte na tlačítko „Další“.

2. V dalším kroku vyberte „Instalovat software automaticky“.

Vložte CD-ROM do mechaniky a průvodce bude automaticky pokračovat dalším krokem.

Není nezbytné instalovat soubory z CD-ROM disku. Je možné instalační soubory nakopírovat např. na síťový disk, USB Flash Disk apod. Poté je možné zvolit „Instalovat ze zadaného místa“ a určit cestu k souborům ovladačů.

3. Průvodce začne kopírovat soubory. Systém Windows XP kontroluje, zda-li ovladače obsahují tzv. digitální podpis. Pokud podpis nenaleznou, upozorní na to uživatele dialogovým oknem. Klikněte na „Pokračovat“, digitální podpis ovladače je pouze administrativní opatření a neovlivňuje správnou funkci ovladače.

4. Průvodce poté ukončí instalaci a kamera je připravena k práci.

Operační systém Windows udržuje informace o každém instalovaném USB zařízení zvlášť pro každý USB port. Pokud později zapojíte kameru do jiného USB portu (např. do jiného konektoru na zadním panelu PC nebo přes USB hub), operační systém opět oznámí, že nalezl nový hardware a požaduje instalaci ovladače. Opakování stejné instalace není v takovém případě problém,

28

možné nechat proběhnout celou instalaci automaticky a systém Windows použije již instalované ovladače.

Instalace programu SIPSProgram SIPS (název je zkratkou z anglického „Scientific Image Processing System“) je navržen takovým způsobem, aby mohl pracovat bez nutnosti jej nejdříve nainstalovat. Celý systém je spustitelný i z USB Flash disku.

Pro svou práci SIPS potřebuje knihovny Microsoft Visual C++ 2008. Tyto knihovny bývají v řadě případů už v daném operačním systému nainstalovány, protože jsou využívány celou řadou dalších aplikací. Pokud ne, je nutné je nejprve doinstalovat, nejlépe spuštěním instalačního balíčku “Microsoft Visual C++ 2008 SP1 Redistributable Setup” (soubor 'vcredist_x86.exe'). Tento instalační balíček může být stažen z www serveru firmy Microsoft a je také umístěn na USB Flash disku dodávaném spolu s kamerou.

Aby byli uživatelé ušetřeni starostí s instalací výše zmíněných komponent, je SIPS dodáván také v podobě instalovatelného balíčku. Proces instalace pak zajistí, aby na počítači byly přítomny všechny potřebné komponenty.

SIPS je tedy distribuován ve dvou podobách:

1. V podobě spustitelného instalovatelného balíčku 'SIPS_CZ.exe' (případně anglická verze 'SIPS_EN.exe'). Z tohoto balíčku se SIPS instaluje jako jakákoliv jiná aplikace a uživatel se nemusí starat o přítomnost dalších potřebných komponent.

Takto nainstalovaný program SIPS pak lze jednoduše odinstalovat z prostředí správy aplikací ve Windows.

2. V podobě tzv. „přenositelné verze“ na USB Flash disku, v adresáři nazvaném „SIPS“ obsahujícím spustitelný obraz systému (řadu souborů DLL a EXE a dalších pomocných souborů, např. INI). Tento obraz může být pouze zkopírován na pevný disk do uživatelem zvoleného (případně nově vytvořeného) adresáře.

Přenositelnou verzi lze v podobě ZIP archivu (soubor 'sips.zip') také stáhnout z WWW serveru. Opět stačí archiv rozbalit do zvoleného adresáře.

29

Odinstalace přenositelné verze programu SIPS je rovněž jednoduchá – stačí smazat adresář, ve kterém je program umístěn.

Bez ohledu na to, jak je systém SIPS distribuován, program se spouští zavedením spustitelného souboru 'sips.exe'.

Konfigurační soubory programu SIPSProgramový systém SIPS rozlišuje dva druhy konfigurace:

● Globální konfigurace, společná pro všechny uživatele.

● Konfigurace s individuálními nastaveními jednotlivých uživatelů.

Globální konfigurace definuje, jaký hardware bude program SIPS používat a pomocí jakých ovladačů k němu bude přistupovat. Tyto informace jsou uloženy v textovém souboru „sips.ini“, který musí být umístěn na stejném místě, jako je hlavní spustitelný soubor „sips.exe“. Struktura souboru je velmi jednoduchá:[Camera]Gx Camera on USB = gxusb.dllGx Camera on Ethernet = gxeth.dllLegacy G2 camera = g2ccd2.dllASCOM Camera = ascom_camera.dll[GPS]GarminUSB = gps18.dllNMEA = nmea.dll[Telescope]NexStar = nexstar.dllLX200 = lx200.dllASCOM = ascom_tele.dll[Focuser]ASCOM = ascom_focuser.dll[Dome]ASCOM = ascom_dome.dll

Jednotlivé sekce definují, které ovladače budou zavedeny a požádány o enumeraci všech připojených zařízení daného typu (CCD kamery, GPS přijímače, montáže dalekohledů).

30

SIPS již obsahuje tento soubor obsahující odkazy na všechny ovladače zahrnuté do instalace. Tento soubor není modifikován programově, pokud je zapotřebí připojit nové zařízení, je nutné mimo nakopírování DLL souboru ovladače ručně tento soubor editovat.

Uživatelská konfigurace je také uložena v souboru s názvem „sips.ini“, ale každý uživatel má svůj soubor umístěný v adresáři „\Documents and Settings\%user_name%\Application Data\SIPS\“. V tomto souboru je uložena řada nastavení, např. pozice jednotlivých oken nástrojů na obrazovce a informace, jestli jsou otevřeny (zobrazeny), ale také preferovaný astrometrický katalog a parametry pro vyhledávání hvězd na snímcích a řada dalších.

Ovladač kamer G3 a G4 CCD pro SIPSSIPS je navržen pro práci s libovolnou CCD kamerou, pokud je pro tuto kameru nainstalován patřičný ovladač. Ovladač pro kamery G3 a G4 je zahrnut do instalace programu SIPS a není tedy nutné instalovat jej zvlášť.

Všechny modely kamer G3 a G4 používají společný ovladač 'gxusb.dll', pokud jsou připojeny přímo k řídicímu počítači přes USB, případně ovladač 'gxeth.dll', pokud jsou připojeny přes Gx Camera Ethernet Adapter.

Společné ovladače pro všechny kamery série Gx byly zavedeny v programu SIPS verze 2.3, předchozí verze programu SIPS používaly různé ovladače pro kamery G0/G1 a pro série G2/G3/G4. Kamery G3 a G4 pracovaly s ovladačem 'g3ccd.dll', ale ten byla nahrazen společným ovladačem 'gxusb.dll'.

Každý ovladač CCD kamery pro SIPS (včetně ovladačů pro kamery G3 a G4 CCD) musí poskytnout informace o instalovaných filtrech (pokud daná kamera má zabudované filtrové kolo). Uživatel ale může používat libovolnou kombinaci filtrů, může jednotlivé filtry vyměnit, případně nahradit celé filtrové kolo. Přitom není možné automaticky zjistit, které filtry jsou v jednotlivých pozicích instalovány. Z tohoto důvodu ovladač kamer G3 a G4 CCD pro SIPS načítá vlastní konfigurační soubor 'gxusb.ini' (v závislosti na revizi kamery), aby zjistil aktuální konfiguraci filtrového kola a mohl ji předat programu SIPS.

Poznamenejme, že kamery G3 a G4 jsou programově kompatibilní a používají tedy stejný ovladač nazvaný 'gxusb.dll' včetně stejného inicializačního souboru.

31

Soubor 'gxusb.ini' musí být umístěn ve stejném adresáři, jako je samotný ovladač kamery. Jedná se o obyčejný textový soubor vyhovující konvencím .INI souborů. Zde je příklad souboru 'gxusb.ini':[filters]Luminance, Gray, 660Red, LRed, 660Green, LGreen, 660Blue, LBlue, 660Clear, 0, 660

Filtry jsou popsány sekci „[filters]“. Každý řádek v této sekci definuje jednu pozici na filtrovém kole.

• První řetězec definuje jméno filtru, které bude zobrazováno v různých částech grafického rozhraní SIPS a rovněž bude použito pro tvorbu jména souborů ukládaných obrazů (pokud uživatel zvolí zahrnutí jména filtru do názvu souboru).

• Druhý parametr, oddělený čárkou, definuje barvu, jakou bude název filtru zobrazen. Barva může být zadána jménem (White, Red, LRed, apod.) nebo přímo číslem, reprezentujícím danou barvu (0 reprezentuje černou).

• Třetí parametr je nepovinný a definuje offset filtru – vzdálenost o kterou je potřeba přeostřit při nastavená daného filtru. Plan-paralelní sklo posune ohnisko zpět o 1/3 své tloušťky (přesná hodnota závisí na indexu lomu skla, ale pro prakticky všechna skla je 1/3 velice blízko přesné hodnotě). Přeostření je užitečné, pokud jsou používány filtry o různé tloušťce nebo jsou některé expozice prováděny bez filtru a některé s filtrem.

Offset filtru může být definován v jednotkách závislých na daném typu ostření (krocích) nebo v mikrometrech (μm). Pokud jsou použity mikrometry, je nutné o tom ovladač informovat parametrem „MicrometerFilterOffsets“ v sekci „[driver]” v ini souboru:[driver]MicrometerFilterOffsets = true[filters]Luminance, Gray, 660…

32

Hodnota parametru „MicrometerFilterOffsets“ může být vyjádřena klíčovými slovy „true“ a „fale“ a také číslicemi „0“ (pro „false“) a „1“ (pro „true“).

Výše zmíněná barva bude zobrazena např ve výběrovém seznamu filtrů nástroje „CCD Camera“ programu SIPS:

Illustration 8: Filtry nabízené nástrojem „CCD Camera“

Pokud je v kameře více filtrů než popisuje konfigurační soubor, budou další filtry doplněny s nedefinovaným jménem. Pokud naopak konfigurační soubor obsahuje více záznamů než je filtrů v kameře, budou poslední záznamy vynechány.

Použití více konfiguračních souborů pro různé kameryV některých případech je nezbytné pracovat s více kamerami sdílejícími stejný ovladač (celé série CCD kamer Gx sdílejí jediný ovladač 'gxusb.dll' případně 'gxeth.dll') na jednou počítači. Pokud mají různé kamery různá filtrová kola osazená různými filtry, je poměrně problematické vždy přizpůsobit inicializační soubor 'gxusb.ini' právě připojené kameře. Pokud jsou kamery používány současně, není přizpůsobení 'gxusb.ini' možné.

Z těchto důvodů zavádí ovladače SIPS (a také ovladače pro další programy) rozšířenou konvenci pojmenování konfiguračních souborů. Každá kamera řady Gx má unikátní identifikační číslo, uvedené na plášti (toto číslo se také zobrazuje v přehledu připojených kamer nástroje „CCD Camera“ programu SIPS). Ovladač kamery nejprve hledá konfigurační soubor, jehož jméno je rozšířeno o toto číslo. Pokud má například kamera ID 1234, ovladač nejprve hledá soubor jména 'gxusb.1234.ini'. Až pokud jej nenalezne, zkusí otevřít

33

obecný soubor 'gxusb.ini'. Tak je možné pro každou používanou kameru vytvořit konfigurační soubor popisující filtry v této kameře.

Omezení výřezu CCD čipuOvladače kamer G3 a G4 mohou nově oříznout snímanou matici ještě před jejím předáním programu SIPS. Ačkoliv je možné definovat podrámec přímo v nástroji ovládání CCD kamery programu SIPS, omezení rozlišení kamery tímto způsobem není příliš pohodlné, pokud je pořizováno více typů snímků (light, dark, flat). Pokud například uživatel chce používat jen centrální část CCD snímače, protože například optika nedokáže vykreslit kvalitní obraz na celé ploše CCD čipu, je možné vyčítat pouze podrámec (výřez 512, 512, 3072, 3072 konvertuje 16 Mpx kameru G4-16000 na kameru s rozlišením 9 MPx). Ale rozdílné podrámce jsou používány např. při ostření kamery a je pak nezbytné správně nastavit zvolený podrámec před každým snímaném normálních i kalibračních snímků. Stačí např. posun o jediný pixel mezi light a dark snímkem a nebude možno snímky správně zkalibrovat.

Z tohoto důvodu ovladače 'gxusb.dll' a 'gxeth.dll' dovolují definici podrámce ve svém konfiguračním .ini souboru v sekci „[crop]“:[crop]x = 512y = 512w = 3072h = 3072

Kamera se pak bude chovat jako kamera s rozlišením 3072 × 3072 pixelů a všechny další snímky, definice podrámců v programu SIPS apod. budou vztaženy k takto definovanému výřezu.

Připojení kameryKamera je připojena velmi jednoduše. Připojte napájecí kabel kamery a zapojte USB kabel do USB portu počítače s použitím přibaleného USB kabelu. Poznamenejme, že počítač rozpozná připojenou kameru jen je-li také napájena. Kamera bez napájení zůstává z pohledu počítače neviditelná, stejně jako kamera odpojená.

34

Pokud je kamera napájena a připojena k počítači (s nainstalovanými ovladači), započne inicializací filtrového kola. Interní filtrové kolo se začne otáčet a řídicí jednotka kamery vyhledává počáteční pozici kola. Tato operace trvá několik sekund, během kterých kamera nereaguje na příkazy z počítače. Tento stav je indikován blikající oranžovou LED (viz. kapitola „Indikace stavu kamery“).

Kamera je kompletně napájena z externího zdroje, napájecí žíly USB kabelu nejsou využívány. To znamená, že kamera např. nezkracuje životnost baterií přenosných počítačů a dlouhé USB kabely, způsobující snížení napětí napájecích žil při vysokém odběru, neovlivňují funkci kamer G3 a G4.

Obr. 9: Napájecí konektor (vpravo) a USB konektor (vlevo) na spodní straně hlavy kamery

Indikace stavu kameryTěsně vedle USB konektoru na těle kamery je dvoubarevná svíticí dioda (LED). Tato dioda svítí pouze během inicializace kamery, aby její světlo nerušilo pozorování.

35

LED začne blikat oranžově, jakmile začne kamera po zapnutí vyhledávat počáteční pozici filtrového kola. Oranžové blikání není vždy stejné – závisí na pozici kola v okamžiku zapnutí kamery.

Pokud řídicí jednotka kamery nedokáže nalézt inicializační pozici kola, kamera na to upozorní uživatele 2 s dlouhým červeným svitem bezprostředně po selhání inicializace kola (oranžové blikání ustane). Poznamenejme, že celá inicializace je přeskočena, pokud je kamera dodána zcela bez filtrového kola. Pokud tedy kamera signalizuje oranžové blikání následované 2 s dlouhým červeným svitem, selhala inicializace zabudovaného filtrového kola. Ačkoliv kamera poté pokračuje v práci jako by se jednalo o kameru bez kola, nedoporučujeme začít s takovou kamerou pracovat – není zřejmé proč inicializace selhala a před CCD čipem může být libovolný filtr nebo může být kolo v mezi-pozici. V takovém případě zašlete kameru výrobci k opravě.

Inicializace kamery je zakončena signalizací rychlosti připojení USB portu, se kterým kamera momentálně pracuje:

● USB 2.0 High Speed (480 Mbps) je signalizováno 4 krátkými zelenými bliknutími.

● USB 1.1 Full Speed (12 Mbps) je signalizováno 4 krátkými červenými bliknutími.

Práce s více kameramiK jednomu počítači může být připojena řada kamer, ať již přímo na USB porty počítače nebo přes USB rozbočovač. Operační systém přiřadí každému připojenému USB zařízení unikátní jméno. Toto jméno je velmi komplexní – obsahuje mimo jiné globálně unikátní identifikátor (GUID) ovladače, identifikaci USB portu a rozbočovačů apod. Tato jména jsou určena k odlišení USB zařízení uvnitř operačního systému, nikoliv aby byla srozumitelná pro uživatele.

36

Obr 10: Identifikátor (číslo) kamery v závorkách za jménem kamery v programu SIPS

Uživatelé ale potřebují jednotlivé kamery vzájemně rozlišit – například jedna kamera má být použita pro zobrazování, druhá pro vedení montáže. Z tohoto důvodu má každá kamera přiřazeno unikátní číslo (identifikátor). Toto číslo je vytištěno na typovém štítku kamery a je také zobrazeno v seznamu připojených kamer v nástroji „CCD Camera“ programu SIPS. Tato identifikace umožňuje uživatelům zvolit konkrétní kameru.

37

Práce s kamerou

Práce s kamerou závisí na použitém ovládacím software. Vědecké CCD kamery zpravidla nemohou pracovat bez připojení k řídicímu počítači a kamery G3 a G4 CCD také potřebují k práci PC s nainstalovaným software. Kamera samotná nemá žádný display, tlačítka nebo jiné ovládací prvky. Na druhé straně veškeré funkce kamery mohou být ovládány programově, takže kamera může být provozována v robotických sestavách, pracujících bez zásahu člověka.

Zapojte kameru do počítače, připojte napájení a spusťte program SIPS. Otevřete okno nástroje „CCD Camera“ (z menu „Tools“ vyberte položku „CCD Camera...“ nebo klikněte na tlačítko v liště s nástroji). Jméno kamery (např. „G3-11000“) bude zobrazeno v titulku okna nástroje „CCD Camera“.

Pokud byl program SIPS spuštěn před připojením kamery a zapojením jejího napájení, SIPS kameru nerozezná a je nutno obnovit seznam připojených kamer. Zvolte záložku „Camera“ a klikněte na tlačítko „Scan Cameras“. Připojená kamera se zobrazí ve stromu kamer. Vyberte ji (klikněte na její jméno myší – celý řádek se zvýrazní) a poté klikněte na tlačítko „Select Camera“.

Pokud se vaše kamera nezobrazí ve stromu připojených kamer, prověřte následující body:

1. Zkontrolujte USB kabel – ubezpečte se, že oba konce jsou pevně zasunuty v konektorech počítače (nebo USB rozbočovače) a v hlavě kamery.

2. Prověřte napájení kamery – zdroj musí být zapojen do sítě (zelená LED na zdroji svítí) a výstupní kabel zdroje je zapojen do konektoru na hlavě kamery.

3. Zkontrolujte, že systémový ovladač kamery je správně nainstalován (postup je uveden v kapitole „Instalace ovladače kamery“).

38

Kamera a dalekohledCCD kamera potřebuje nějaký optický systém, aby mohla zachycovat skutečné obrazy. K jakému dalekohledu nebo objektivu lze kameru připojit závisí na použitém adaptéru. Okulárový adaptér 2" dovoluje připojit kameru k většině astronomických dalekohledů.

V případě kamer G3-11000 a G3-16000 s CCD detektorem o rozměru 24×36 mm může zejména u světelných optických soustav způsobovat standardní 2" adaptér vinětaci (částečné zastínění okrajů detektoru) Adaptéry pro T-závit (M42×0.75) nebo adaptéry M42×1 způsobují u tohoto čipu ještě výraznější vinětaci. U kamer G3 může být použit závitový adaptér se závitem 2,156-24UN, určený pro korektor komy TeleVue Paracorr PSB-1100 (průměr závitu je asi 55 mm). Standardní adaptéry pro objektivy Canon EOS nebo Nikon nezpůsobují vinětaci ani s velkým CCD čipem.

Obr. 11: Kamera série G3 připojená k okulárovému výtahu dalekohledu

Fotografický objektiv nebo malý refraktor jsou nejlepší optické systémy pro první experimenty s kamerou. Pokud pro první testy použijete větší dalekohled

39

v místnosti, ubezpečte se, že dalekohled dokáže zaostřit na relativně blízké předměty.

S experimentováním je lépe začít v noci, protože velice citlivé CCD čipy je snadné za denního světla saturovat. Nejkratší expozice kamer G3 nebo G4 je 0,2 s, což je příliš mnoho na běžné osvětlení.

Následující kapitoly jsou jen letmým popisem ovládání kamery v prostředí programu SIPS (Scientific Image Processing System), dodávaným spolu s kamerou. V uživatelské příručce programu SIPS lze nalézt podrobný popis funkcí tohoto programu.

Řízení teplotyAktivní chlazení čipu je jednou ze základních vlastností vědeckých CCD kamer (manuál programu SIPS vysvětluje, proč je chlazení důležité k redukci tepelného šumu). Po připojení kamery k napájení se rozběhnou dva ventilátory na zadní straně hlavy kamery. Tyto ventilátory odvádějí teplo z horké strany Peltiérových termoelektrických článků, které svou druhou chladnou stranou ochlazují CCD čip. Ventilátory pracují nepřetržitě, protože jsou rovněž využívány k chlazení napájecích zdrojů kamery apod.

Termoelektrické chlazení může být řízeno ze záložky „Cooling“ nástroje „CCD Camera“ programu SIPS.

40

Ačkoliv je v této záložce zobrazeno několik grafů a hodnot, pouze dvě hodnoty mohou být nastavovány uživatelem. První je hodnota požadované teploty CCD čipu „Set Temperature“. Druhá hodnota „Max. dT“ definuje maximální rychlost, se kterou se teplota může měnit. Pokud je požadovaná teplota CCD čipu větší nebo rovna skutečné teplotě, chlazení je vypnuto. Indikátor využití chlazení „Cooling utilization“ má hodnotu 0% a kamera spotřebovává minimum energie.

Nastavením požadované teploty CCD čipu začne jeho chlazení. Kamera nezapne chlazení okamžitě na 100%, ale pouze začne snižovat požadovanou teplotu přednastavenou maximální rychlostí. Okamžitá požadovaná teplota je v grafu zobrazována modrozelenou barvou. Okamžitá teplota čipu je zobrazována červeně. Zobrazováno je také využití chlazení – zvyšuje se od 0% k větším hodnotám.

V grafu je žlutou barvou zobrazena také interní teplota kamery. Tato vnitřní teplota rovněž mírně vzroste, když chlazení pracuje na vyšší výkon. Vzduch zahřátý horkou stranou termoelektrických chladičů mírně vyhřeje i vnitřní části kamery.

41

Obr. 12: Záložka chlazení nástroje „CCD Camera“

Jak rychle může být čip chlazen? Může být čip poškozen, pokud je zchlazen příliš rychle? Naneštěstí maximální rychlost chlazení není pro CCD čipy Truesense Imaging definována (alespoň autor s ní není obeznámen). Všeobecně ale platí, že pomalá změna teploty méně zatěžuje elektronické komponenty, než skokové změny. Přednastavená maximální rychlost chlazení v programu SIPS je 3 °C za minutu. Obvykle nebývá problém zapnout kameru dříve a poskytnout jí čas na pomalé vychlazení. Pokud ale je zapotřebí rychlé ochlazení, je nutno změnit hodnotu „Max. dT“.

Při pomalém chlazení je rovněž snadnější dosáhnout vyššího tepelného rozdílu. Zapnutí chlazení okamžitě na 100% vyprodukuje velké množství tepla a zvláště u vzduchem chlazených kamer jejich celková teplota stoupne více, než je nezbytně nutné. Výsledkem je vyšší absolutní teplota čipu, protože horká strana chladiče je rovněž teplejší. Ustálení teploty na teplotu blízkou okolí pak zabere spoustu času.

Jaká je optimální teplota CCD čipu? Odpověď je jednoduchá – čím méně tím lépe. Minimální teplota je ale limitována konstrukcí kamery a jejím příkonem. Kamery G3 a G4 jsou vybaveny dvoustupňovým chladičem, který dokáže ochladit CCD čip až o 45 °C pod teplotu okolí se vzduchovým chlazením. Nedoporučujeme ale využívat maximální možný výkon chlazení. Okolní podmínky se mění a kamera nemusí být schopna teplotu regulovat, pokud se okolní vzduch ohřeje. Nastavte teplotu čipu tak, aby chlazení vyžadovalo přibližně 90% chladicího výkonu. Zbylých 10% poskytuje dostatek prostoru k vyrovnání okolních změn.

Napájecí napětí kamery je také zobrazeno v záložce „Cooling“. Zvláště pokud je kamera napájena z 12 V baterie je tato informace velice užitečný indikátor potřeby vyměnit baterii. Poznamenejme, že práce s méně intenzivním chlazením výrazně prodlouží životnost baterií.

První snímkyVlastní snímání obrazů je řízeno ze záložky „Exposure“ nástroje „CCD Camera“ programu SIPS.

42

Obr. 13: Záložka „Exposure“ nástroje „CCD Camera“

Před pořízením prvního snímku je nezbytné nastavit několik parametrů. Nejprve je nutné zvolit typ snímku – z výběrového boxu „Exposure“ vyberte „Light“. Poté je nutno zadat expoziční čas „Time“. Pokud experimentujete s kamerou v temné místnosti s s malým refraktorem, zvolte expozici 1 sekunda. Nezapomeňte prohlédnout volby expozice v pravé části záložky „Exposure“. Zaškrtněte volby „Open new Light image window“ a „Overwrite image in selected window“, ostatní volby ponechte nezaškrtnuté (neplánujeme přeci ukládat první pokusné snímky na disk).

Poté klikněte na tlačítko „Start Exposure“. Kamera otevře závěrku, provede 1 s dlouhou expozici a závěrku uzavře. Poté snímek přenese do počítače. Snímek je zobrazen v nově otevřeném okně. Pokud to je první snímek, zřejmě bude vzdálen dobře zaostřenému obrazu. Upravte zaostření dalekohledu a zkuste novou expozici.

Povšimněte si, že volby ovlivňující zpracování nového obrazu na pravé straně této záložky se mění s každým typem expozice. SIPS si volby pamatuje

43

separátně pro každý typ snímků. Tak je možné definovat zvláštní adresář pro normální snímky, jiný pro temné snímky, další pro plochá pole apod.

Vždy se ubezpečte, že volby zpracování snímků jsou před zahájením expozice správně nastaveny.

Pokud zvolíte „Dark“ z výběrového řádku „Exposure“ (volby zpracování snímku na pravé straně se změní – ubezpečte se, že jsou dobře nastaveny), snímek bude exponován bez otevření závěrky. Obraz reprezentuje tepelný šum, generovaný samotným CCD čipem, kombinovaný se čtecím šumem kamery. Temné snímky jsou odečítány od normálních snímků během kalibrace, aby byl tepelný šum ze snímku pokud možno odstraněn.

Jas a kontrast – jasová škála snímkůDynamický rozsah kamer G3 a G4 zabírá 65 536 úrovní. Pouze snímek perfektně osvětlené a ideálně exponované scény by ale obsahoval pixely s tímto dynamickým rozsahem. Obvykle užitečný signál vyplňuje jen zlomek tohoto rozsahu. Například pozadí obrazu (má být černé) má hodnoty kolem 500 jednotek a nejjasnější partie (mají být bílé) např. 10 000 jednotek. Pokud černé a bílé přiřadíme plný dynamický rozsah (0 až 65 535), obraz s rozsahem od 500 do 10 000 jednotek bude zobrazen v jen temných šedích. Proto musí být rozsah jasů před zobrazením „natažen“.

Otevřete okno nástroje „Histogram and Stretch“ .

Illustration 14: Nástroj „Histogram and Stretch“

Přesný význam grafu histogramu je vysvětlen v uživatelské příručce programu SIPS. Nyní pouze zkuste manipulovat s hodnotami „Low“ a „High“, ať již v

44

editačních řádcích nebo myší pomocí posuvných lišt. Pozorujte jak se vzhled obrazu mění při změně těchto hodnot.

Nejlepší hodnoty pro „Low“ a „High“ jsou následující: „Low“ hodnota by měla odpovídat požadované úrovni černé. Všechny pixely s hodnotou nižší než „Low“ budou zobrazeny černě. Hodnota „High“ reprezentuje v obraze bílou a všechny pixely s hodnotou vyšší nebo rovnou „High“ budou zobrazeny bíle.

Podobné úpravy bývají obvykle nazývány úpravy jasu a kontrastu.

● Jas je měněn, pokud se pohybují oba limity „Low“ i „High“ současně nahoru a dolů. Vyzkoušejte tento pohyb pomocí nejnižší posuvné lišty.

● Kontrast je měněn, když se mění vzdálenost „Low“ a „High“ hodnot. Zkuste jejich vzájemnou vzdálenost zmenšit a zvětšit.

Astronomové potřebují přesnou kontrolu hodnot „Low“ a „High“ a termíny jas a kontrast tedy nejsou v programu SIPS používány.

KalibracePokud provádíte krátké expozice jasných objektů, poměr signál/šum je velice vysoký. Artefakty způsobené vlastním CCD čipem (horké/chladné pixely nebo tepelný šum) obraz prakticky neovlivňují. Všechny efekty nerovnoměrně osvětleného pole, tepelného šumu apod. výrazně degradují snímky, pokud jsou exponovány slabé objekty po dobu mnoha minut.

Z těchto důvodů by měl být každý CCD snímek kalibrován. Kalibrace se skládá ze dvou kroků:

1. Odečtení temného snímku (dark frame)

2. Aplikace tzv. plochého pole (flat field)

Kalibraci obrázků podporuje nástroj „Calibration“ programu SIPS .

45

Obr. 15: Nástroj Kalibrace programu SIPS

Syrový snímek přečtený z kamery obsahuje nejen požadovanou informaci (obraz snímaného objektu), ale také tepelný šum CCD čipu a artefakty způsobené nerovnoměrně osvětleným obrazovým polem (vinětací), stíny prachových částic na filtrech apod.

46

Obr. 16: Syrový obrázek přečtený z kamery

Temný snímek je exponován se stejnou expoziční dobou a stejnou teplotou CCD čipu. Protože horké pixely jsou vždy méně stabilní než normální pixely, je velmi vhodné exponovat více temných snímků (alespoň 5) a vytvořit jeden temný snímek jako jejich průměr nebo lépe medián.

Obr. 17: Temný snímek odpovídající snímku nahoře

Obr. 18: Syrový snímek s odečteným temným snímkem

Odečtení temného snímku odstranilo většinu tepelného šumu, ale nerovnoměrně jasné obrazové pole je stále zřejmé. Pozadí ve středu snímku je výrazně jasnější než u jeho okrajů.

47

Obr. 19: Ploché pole reprezentuje reakci soustavy dalekohled-kamera na rovnoměrně osvětlené pozadí

Obr. 20: Plně kalibrovaný snímek s odečteným temným snímkem a aplikovaným plochým polem

Kalibrace CCD obrazů je plně popsána v uživatelské příručce programu SIPS. Podívejte se do kapitol „Introduction to CCD Imaging“ a „Calibrate Tool“ na popis kalibrací v teorii a v praxi.

Barevné snímky s monochromní kamerou s filtryBarevné snímky jsou jednoznačně přitažlivější než černobílé. Z barevných snímků lze rovněž získat více informací než z černobílých – např. lze snadno rozlišit, která část mlhoviny je emisní (červená) a která reflexní (modrá) apod. Astronomické kamery jsou ale jen výjimečně vybaveny barevnými CCD čipy z řady dobrých důvodů. Rozdíly mezi monochromními a barevnými čipy jsou diskutovány v uživatelské příručce programu SIPS – nahlédněte do kapitoly „Introduction to CCD Imaging“.

I když jsou kamery G3 vybaveny monochromními CCD čipy, rozhodně mohou pořizovat barevné snímky, alespoň pokud je interní filtrové kolo vybaveno RGB filtry. Na místo snímání jediného barevného snímku je ale nutno pořídit tři samostatné snímky pro červenou, zelenou a modrou barvu a tyto snímky zkombinovat do výsledného barevného snímku. Tento postup není vhodný pro rychle se pohybující objekty, ale objekty na obloze se obvykle nepohybují tak rychle.

Pořízení tří barevných snímků a jejich následná kombinace je rozhodně obtížnější, než pořízení jediného barevného obrázku. Použití monochromního

48

čipu ale přináší v astronomii řadu natolik významných výhod, že rozhodně vyváží vyšší pracnost při expozici a zpracování.

● Barevné CCD čipy mají na sobě aplikovánu jednu pevnou množinu filtrů bez možnosti jejich výměny nebo i úplného odstranění. Monochromní čip může snímat obrazy přes úzkopásmové filtry, např. Hα, OIII, apod.

● Barevné CCD čipy mají menší kvantovou účinnost ve srovnání s monochromními. Omezení citlivosti z 80% na asi 30%, způsobené barevnými filtry, v řadě aplikací jen plýtvá světlem.

● Interpolace informace z okolních pixelů, nutně prováděná při zpracování obrazu z barevného snímače, zavádí do obrazu chyby a znemožňuje precizní měření polohy (astrometrii) a jasnosti (fotometrii).

● Barevné CCD čipy neumožňují čtení binnovaných snímků.

● Barevné CCD nedovolují tzv. driftovou skenovací integraci (Drift Scan Interation, někdy označovanou Time Delay Integration).

Další podstatná výhoda monochromních čipů je možnost kombinovat obraz ze tří barevných snímků a jednoho jasového snímku. Jasový snímek je pořízen bez filtrů a využívá tedy plnou citlivost monochromního čipu. Tato technika je nazývána LRGB snímání.

Vložení barevného filtru do cesty světelného paprsku významně omezí množství světla dopadajícího na čip. Na druhé straně lidské oko je mnohem méně citlivé na změnu barev než na změnu jasu. Z těchto důvodů může být CCD čip při snímání barev vyčítán v binningu 2×2 nebo 3×3, čímž se výrazně zvýší jeho citlivost. Jasový snímek je pak může být snímán bez binningu, takže výsledné rozlišení obrazu neutrpí.

Poznamenejme, že v některých situacích je snímání přes barevné filtry téměř nemožné. Například pokud snímáme rychle se měnící scény, jako je třeba zákryt planety Měsícem, rychle se pohybující kometa atd. Pak není čas pořídit separátní snímky přes filtry, protože scéna se mezi jednotlivými expozicemi mění. Není tedy možné složit červený, zelený a modrý snímek do výsledného barevného snímku. Použití kamery s barevným CCD snímačem je v takových případě nezbytné.

49

Barevné snímky mohou být vytvářeny nástrojem „(L)RGB Add Tool“ . Tento nástroj je podrobně popsán v uživatelské příručce programu SIPS.

Obr. 21: Nástroj „(L)RGB Image Add“ programu SIPS...

50

Illustration 22: ...a výsledný barevný obraz

Jestliže exponujeme jednotlivé barvy a také jasový snímek, zřejmě bude každý v jiném binningu a s jinými expozičními časy. Správná kalibrace snímků pak začne být poměrně komplexní proces. Je zapotřebí pořídit temný snímek pro každý expoziční čas a pro každý použitý binning. Rovněž je zapotřebí „flat field“ pro každou barvu i pro jasový snímek. I „flat field“ snímky potřebují temné snímky pro svou vlastní kalibraci – to vše je cena za krásné snímky noční oblohy.

51

Barevné snímky s barevnou kamerouBarevné CCD snímače mají červené, zelené a modré filtry aplikovány přímo na jednotlivé pixely. Kamery G3 mohou být vybaveny těmito snímači, jméno kamery je pak následováno písmenem “C” (z anglického slova „Color“).

Každý pixel registruje světlo pouze určité barvy (červené, zelené nebo modré). Barevný snímek ale obsahuje informaci o všech barvách v každém pixelu. Je tedy nezbytné dopočítat ostatní barvy z hodnot okolních pixelů.

Pokrytí pixelů touto barevnou maskou a následné dopočítávání chybějících barev bylo vynalezeno panem Bayerem, pracujícím u firmy Kodak. Proto se tato barevná maska nazývá Bayerova maska a proces dopočítávání chybějících barev se označuje jako debayerizace.

Existuje řada způsobů jako dopočítat chybějící barvy jednotlivých pixelů – od jednoduchého rozšíření barev do okolních pixelů (tato metoda vede k obrázkům s viditelnými barevnými chybami) přes přesnější metody bilineární nebo bikubické interpolace okolních pixelů až po sofistikované víceprůchodové metody grupování pixelů apod.

52

Obr 23: Schéma CCD snímače s barevnými filtry

Samotné kamery G3 debayerizaci neprovádějí. Syrový snímek je vždy předán do řídicího počítače a zpracován programy běžícími na PC. Je také možné debayerizaci zcela vynechat a uložit přímo syrový snímek k pozdějšímu zpracování jiným programem.

SIPS obsahuje bilineární filtr pro debayerizaci. Je možné filtr použít bezprostředně při stažení snímků z kamery (pak je přímo zobrazen a případně uložen barevný snímek, syrový monochromní snímek není vůbec zobrazen) nebo aplikovat filtr kdykoliv později.

Debayerizace snímku může být provedena z nástroje „Image Transform“ (otevírá se kliknutím na tlačítko v nástrojové liště nebo volbou „Image Transform“ z menu „Tools“). Volba „Debayer new images“ dovoluje bezprostřední debayerizaci přečtených z CCD kamery. Tlačítko provede debayerizaci momentálně vybraného obrazu.

Bayerova maska zobrazená na schematickém obrázku začíná modrým pixelem. Neexistují ale obecná pravidla, stanovující barvu prvního pixelu – v principu může maska začínat zeleným pixelem z modro-zeleného řádku, ale také zeleným pixelem ze zeleno-červeného řádku nebo červeným pixelem.

Neexistuje způsob, jak určit organizaci barevné masky za samotného surového snímku. Proto nástroj „Image Transform“ obsahuje dvě volby nazvané „Bayer X odd“ a „Bayer Y odd“. Kombinace těchto voleb dovoluje zvolit jednu ze čtyř možností organizace Bayerovy masky na konkrétním CCD čipu.

Stav voleb „Bayer X odd“ a „Bayer Y odd“ je vždy nastaven v závislosti na aktuálně připojené CCD kameře podle informací poskytnutých jejím ovladačem. Jejich ruční nastavení je nezbytné jen pokud je syrový snímek načten z disku a je nutné jej zpracovat bez připojené kamery.

Špatný stav těchto voleb má za následek chybné dopočítání barev. Správné nastavení může být snadno zjištěno metodou pokus-omyl. Ale debayerizace zničí původní surový snímek takže je nezbytné jej vždy před zahájením pokusů uložit.

Je také nutné mít na paměti, že nastavení voleb „Bayer X odd“ a „Bayer Y odd“ se musí změnit, pokud jsou s obrazem prováděny jakékoliv geometrické transformace (např. zrcadlení nebo rotace). Některé transformace (např. soft-binning nebo zvětšení) není možné na syrovém snímku vůbec provádět. Je vždy lepší obraz nejprve debayerizovat a poté transformovat.

53

Také sčítání (skládání) syrových snímků zcela zničí barevnou informaci. Algoritmus registrace snímků posouvá obraz o pixely nebo zlomky pixelů bez ohledu na to, zda-li jsou pixely červené, zelené nebo modré. Obrazy musí být nejprve debayerizovány a až poté skládány.

Vyvážení barevCitlivost CCD čipu na červenou, zelenou a modrou barvu je rozdílná. To znamená, že expozice rovnoměrně osvětleného bílého povrchu nevytvoří v pixelech pokrytých barevnými filtry stejný signál. Obvykle pixely s modrým filtrem nashromáždí méně světla (CCD má menší kvantovou účinnost pro modrou barvu) než pixely se zeleným nebo červeným filtrem. Výsledkem je více či méně nažloutlý obraz (žlutá je kombinace zelené a červené barvy).

Výše popsaný efekt je nutné kompenzovat vyvážením bílé barvy. Vyvážení bílé barvy lze provést zjasněním méně intenzivní barvy (nebo ztmavením více intenzivní barvy), aby bylo dosaženo barevně neutrálního zobrazení bílé barvy nebo šedých tónů. Obvykle je jedna barva považována za referenční (např. zelená) a další barvy (červená a modrá) jsou zesvětleny nebo ztmaveny aby jejich zastoupení v obrazu odpovídalo zelené barvě.

Automatické vyvážení bílé barvy může být relativně snadné u normálních snímků, u kterých jsou všechny barvy v obraze zastoupeny rovnoměrně. Ale automatické vyvážené je téměř nemožné u snímků objektů hlubokého vesmíru. Například uvažme obraz emisní mlhoviny, u něhož zcela dominuje temně červená barva emisí vodíku (H-alfa) – jakýkoliv pokus zjasnit zelenou a modrou složku aby výsledný obraz byl barevně neutrální vede k naprosto chybnému zobrazení barev. Astronomické snímky jsou prakticky vždy barevně vyvažovány manuálně.

Jak již bylo popsáno v kapitole „Jas a kontrast – jasová škála snímků“, obraz může být vizuálně zjasněn změnou limitů rozsahu jasů. Program SIPS nabízí nástroj „Histogram and Stretch“, který dovoluje měnit křivku jasů individuálně pro červenou, zelenou a modrou barvu.

54

Obr. 24: Nástroj „Histogram and Stretch“ ukazuje histogram pro jednotlivé barvy

55

Některá pravidla pro úspěšné fotografování

Pokročilé CCD kamery způsobily revoluci v amatérské astronomii. S pomocí CCD kamer začali amatéři fotografovat objekty hlubokého vesmíru lépe, než to dokázaly profesionální observatoře s velkými dalekohledy s mnohametrovými zrcadly na filmový materiál. Zatímco CCD technologie dovoluje pořizovat nádherné snímky oblohy, rozhodně to není nic jednoduchého a přímočarého, jak se může někdy zdát. Je nezbytné získat zkušenosti, naučit se techniky zpracování obrazu, strávit mnoho nocí ovládnutím technologie.

Ačkoliv CCD kamera může přeměnit většinu dopadajícího světla na informaci, není to zázračné zařízení. Je třeba mít na mysli, že fyzikální zákony stále zůstávají v platnosti.

● CCD kamera nedělá nic jiného, než konverzi obrazu na CCD čipu, vytvořeného dalekohledem nebo objektivem, na informaci. Kvalitní dalekohled a kvalitní „fotografická“ montáž jsou proto naprostou nezbytností pro úspěšné fotografování oblohy. Pokud montáž nedokáže udržet dalekohled na snímaném objektu nebo dalekohled nedokáže vykreslit perfektně ostrý obraz, výsledný snímek je vždy poškozený a rozmazaný.

● Expozice by měly být automaticky pointovány s použitím pointační CCD kamery nebo alespoň webové kamery či podobného zařízení. Nepravidelnosti ve vedení montáže způsobené periodickou chybou, nepřesným ustavením nebo jinými mechanickými příčinami (často okem nepostřehnutelnými) způsobují protažení obrazů hvězd. Expoziční doby pro každou barvu bývají desítky minut nebo hodiny, pokud jsou snímány skutečně slabé objekty.

CCD kamery série G1 jsou navrhovány speciálně jako pointační kamery. Kamery G1 jsou vybaveny „autoguider“ konektorem, který dovoluje přímé připojení kamery k montáži. 16 bitová digitalizace a velmi citlivé CCD čipy Sony ICX poskytují dostatek citlivosti a dynamický rozsah, výrazně překonávající jakoukoliv televizní nebo

56

webovou kameru. Programový systém SIPS podporuje současné snímání a vedení montáže dvěma kamerami a obsahuje několik pokročilých pointačních algoritmů.

● Správné zaostření je vždy zcela klíčové. Téměř nepostřehnutelné posuny okulárového výtahu ovlivňují průměry zobrazených hvězd. Zaostření, zejména u velmi světelných dalekohledů, je základní podmínka pro získání ostrých snímků. Elektrické ostření je pro fotografování velkou výhodou, protože dovoluje ostření bez rozechvění dalekohledu lidskou rukou a s přesností přesahující možnosti člověka.

Je ale dobré mít na mysli, že průměr obrazu hvězd není dán jen kvalitou ostření, ale ovlivňuje jej také tzv. „seeing“, tedy neklid vzduchu. Během nocí s neklidným vzduchem (špatný seeing) bude průměr hvězd větší než v nocích s klidným vzduchem (dobrý seeing), bez ohledu na to, jak dobře zaostříte.

● Zvládněte kalibrace snímků (tvorba kalibračních snímků, odečtení temných snímků, aplikace snímku plochého pole) a pečlivě kalibrujte všechny snímky. Různé artefakty (tepelný šum, horké pixely, gradienty, vinětace dalekohledu, prachová zrna na filtrech…) degradují obraz a správně kalibrovaný snímek vždy vypadá lépe. Pořiďte patřičné kalibrační snímky pro všechny filtry a všechna rozlišení s nimiž pracujete.

● Pokud je cílem získání co nejhezčího obrazu, další zpracování mimo základních kalibrací může vzhled snímku výrazně vylepšit. Nelineární škálování jasu (nazývané v některých programech pro práci s obrazem „křivky“), speciální filtry (odstranění horkých/studených pixelů, odstranění šumu) a další obrazové filtry (např. dekonvoluce) podstatně vylepší obraz.

Varování:

Nikdy neprovádějte taková vylepšování snímků, pokud je chcete použít na astrometrické nebo fotometrické měření. Vždy je dobré uchovat originál a úpravy provádět jen na kopii. Vědecká informace může být šumovými filtry, dekonvolucí apod. vážně poškozena. Pokud např. obrázek galaxie zachycuje také nově objevenou supernovu, fotometrická redukce je velmi důležitá.

57

● Přísloví „každý astronomický snímek obsahuje trochu vědy“ je pro CCD snímky obzvláště pravdivé. Pečlivě své snímky prohlédněte, porovnejte je se staršími snímky stejného objektu nebo stejného pole. Vždy existuje možnost, že objevíte novou proměnnou hvězdu, novou planetku, novu nebo supernovu.

● Buďte trpěliví. Ačkoliv řada inzerátů prohlašuje „vyfotografujte obrázky jako jsou tyto vaši první noc pod hvězdami“, pravděpodobně mají na mysli vaši první úspěšnou noc. V noci se může zatáhnout nebo se zvedne mlha, Měsíc v úplňku může přesvítit všechny hvězdy nebo seeing může být extrémně špatný... Řada věcí se může pokazit, ale smůla nikdy netrvá věčně. Začněte s jasnými objekty (kulové hvězdokupy, planetární mlhoviny) a zvládněte techniku. Poté pokračuje na slabších a obtížnějších objektech.

Pokud jsou pro vás CCD kamery naprostou novinkou a pojmy jako „temný snímek“, „čtecí šum“ a „binnig“ jsou vám neznámé, prohlédněte si kapitolu „Introduction to CCD Imaging“ v dokumentaci programu SIPS. Tato kapitola vysvětluje základní principy práce CCD snímačů a jejich použití v astronomii, zabývá se barevnými fotografiemi, temným proudem CCD čipů a čtecím šumem, rozlišením CCD kamer, vztahem velikosti pixelů a ohniskové vzdálenosti dalekohledů, vysvětluje základy kalibrace CCD snímků atd.

58

Údržba kamery

Kamera G3 CCD je precizní optický a mechanický přístroj a podle toho je potřeba s ní zacházet. Kamera musí být chráněna před vlhkostí a prachem. Vždy, když kamera není na dalekohledu, zakryjte adaptér přiloženou krytkou a vložte ji do ochranného sáčku.

Výměna pohlcovače vlhkostiChladicí systém kamer G3 a G4 je navrhován tak, aby byl odolný vůči zbytkové vlhkosti uvnitř komory CCD čipu. Jakmile teplota klesá, měděný chladicí prst překročí bod mrznutí dříve než vlastní CCD čip, takže vodní páry uvnitř komory CCD čipu vymrznou na studeném prstu. Ačkoliv tento mechanismus pracuje v řadě případů spolehlivě, existují určité limity, zvláště pokud je vlhkost uvnitř komory CCD čipu vysoká a CCD čip je chlazen na velmi nízké teploty.

Z těchto důvodů je uvnitř hlavy CCD kamery umístěna malá válcová nádoba s pohlcovačem vlhkosti (silikagel), přichycená na komoru CCD čipu.

Varování:

Pokud je v komoře CCD čipu dlouhodobě vysoká hladina vlhkosti, může to způsobit nefunkčnost a případně i poškození CCD čipu. I pokud při chlazení CCD čipu hluboko pod bod mrazu nevzniká na detektoru námraza, neznamená to, že v komoře není vlhkost. Je nezbytné udržovat komoru CCD čipu vysušenou pravidelnou obměnou silikagelu. Frekvence obměny závisí na používání kamery. Pokud je kamera používána pravidelně, je nutné komoru vysušovat vždy po několika měsících.

Vlhký silikagel je možné vysušit např. vypečením v troubě (nikoliv mikrovlnné!). Silikagel vysoušíme při teplotě v rozmezí od 150 do 160 °C po dobu alespoň jedné hodiny. Teplota ale nesmí překročit 170 °C, jinak může dojít k poškození silikagelu a jeho schopnost absorbovat vlhkost se sníží.

Silikagel použitý v kamerách G3 a G4 mění barvu podle množství absorbované vody – suchý silikagel má jasně žluto-oranžovou barvu, vlhký je zcela čirý.

59

Kontejner se silikagelem je dostupný na zadní straně hlavy kamery.

Víčko je možné vyšroubovat např. pomocí mince. Poté je možné vlhký silikagel vysypat a naplnit nádobu vysušeným silikagelem.

Komoru pro silikagel je možné ponechat otevřenou bez strachu ze znečištění (zaprášení) chladné komoru CCD čipu. Mezi komorou pro silikagel a komorou CCD čipu je velmi jemné síto z nerezové oceli pro běžné částice prachu neprostupné. Naopak ponechání kamery s otevřeným zásobníkem pro silikagel v místnosti s nízkou relativní vlhkostí po dobu několika hodin pomůže vysušení chladné komory CCD čipu a prodlouží životnost nově naplněného silikagelu.

Komoru pro silikagel v kamerách G3 je možno naplnit horkým silikagelem a ihned zašroubovat, poškození částí komory vysokou teplotou čerstvě vypečeného vysoušeče vlhkosti nehrozí.

Výměna filtrůPři výměně filtrů nebo celého filtrového kola kamer G3 je nezbytné otevřít hlavu kamery. Hlavu lze otevřít po povolení osmi šroubů, které drží pláště kamery u sebe.

60

Obr. 25: Kontejner se silikagelem je pod šroubovacím víčkem s drážkou, nalevo od ventilátorů

Varování:

Clonková závěrka rotuje o 180° mezi jednotlivými snímky. Kryt kamery lze sejmout jen pokud je závěrka uzavřena. Pokud např. odpojíme napájení kamery během expozice a závěrka zůstane otevřena, při snímání krytu kamery může dojít k jejímu poškození.

Po vytažení šroubů opatrně otočte kameru adaptérem dalekohledu vzhůru. Jemně sundejte přední kryt hlavy kamery. Povšimněte si dvou kabelů napájení motoru filtrového kola a optické závory, spojujících přední kryt s elektronikou kamery. Pro výměnu filtrů není nezbytné tyto kabely odpojovat, ale pokud tak učiníte, nezapomeňte je opět zapojit do správných konektorů a ve správné orientaci!

Každá pozice ve filtrovém kole je definována indexovým otvorem. Otvor určující první pozici je předcházen ještě jedním otvorem. Pořadí filtrů ilustruje následující obrázek.:

61

Obr 26: Filtry mohou být měněny po otevření hlavy kamery

Výměna celého filtrového kolaCelé filtrové kolo může být vyměněno najednou. Přední část krytu kamery musí být odmontována stejným způsobem, jako při výměně jednotlivých filtrů.

Filtrové kolo může být vyměněno po odšroubování šroubu v jeho ose. Při výměně kola je nutno dbát, aby se nepoškodila optická závora tvaru podkovy, která je součástí předního víka kamery.

Výměna adaptéru dalekohleduNa předním krytu hlavy kamery jsou čtyři závity ve vrcholech čtverce o straně 44 mm. Adaptér dalekohledu je přichycen čtyřmi šrouby M3 v těchto závitech. Adaptér může být vyměněn po povolení těchto čtyř šroubů.

62

Obr 27: Pozice filtrů ve filtrovém kole kamer G3

Pojistka napájecího zdrojeNapájecí zdroj uvnitř kamery je chráněn proti zapojení napájení s opačnou polaritou a také proti připojení příliš vysokého napětí (nad 15 V) pomocí pojistky. Pokud dojde k přepálení pojistky (v takovém případě se ventilátory na zadní straně kamery po přivedení napájení neroztočí), vraťte kameru k opravě svému dodavateli.

63