Vsak foton šteje – CCD kamera G2-1600

0

Razvoj CCD astronomije sega daleč v zgodovino, v leto 1973, ko je ameriško podjetje Fairchild razvilo prve komercialne CCD kamere. S kamero, ki je imela vsega 100×100 slikovnih elementov so tako leta 1974 posneli prvo astronomsko fotografijo – Luno skozi 20 cm teleskop. Na področju amaterske astronomije se je CCD astronomija začela resneje razvijati v poznih 80. letih prejšnjega stoletja.

Neprestan tehnološki razvoj pa je tudi na področju CCD astronomije prinesel veliko novosti. V kamere so začeli vgrajevati vse večje in vse bolj občutljive CCD senzorje, izboljšalo se je hlajenje kamer (termično ali vodno hlajenje, kar omogoča ohlajevanje vse tja do 75°C pod temperaturo ambienta), počasno komunikacijo z računalnikom oz. nalaganje slike na sam računalnik pa so nadgradile hitre povezave, kot npr. USB 2.0 ali ethernet (mrežna).
Seveda za nas astronomske navdušence najbolj pomembno, CCD kamere so v teh časih cenovno dostopnejše, kot nekoč. Danes tako uporaba CCD kamere v amaterski astronomiji ni več nobena redkost.

ccd-kamera-filtri

Notranjost kamere z internim filtrskim kolesom za 5 filtrov z navojem 1.25″.

Če se odločamo za nakup nove kamere in se osredotočimo na modele, ki so povprečnemu astronomu tudi cenovno dostopni, hitro ugotovimo dvoje; 1. trg je dobesedno preplavljen s produkti različnih proizvajalcev, 2. ob pregledu osnovnih tehničnih karakteristik ugotovimo, da vsi ti različni proizvajalci v medsebojno podobnih modelih uporabljajo povsem enake CCD senzorje (navadno proizvajalcev KODAK, Marconi , Truesense, Sony, itd).
Kako naj se potem človek pri tej poplavi produktov pametno odloči?

Pri nakupi se navadno odločamo na podlagi; lastnih uporabniških izkušenj, mnenj različnih uporabnikov oz. referenc (internet nam je tukaj v veliko pomoč), na podlagi lastnih potreb ter seveda na podlagi cene. Ko sem se sam pred časom sam odločal za nakup nove CCD, sem si postavil izhodišča za mojo novo kamero:
1. relativno velik CCD senzor,
2. primerna za deep sky fotografijo,
3. primerna za fotometrijo (tu je zelo pomembna linearna občutljivost senzorja),
4. kontrolirano hlajenje (npr. nastavimo točno na -30°C, več o tem v nadaljevanju),
5. visoka občutljivost senzorja QE (ang. Quantum efficiency, več o tem v nadaljevanju),
6. robustno ohišje,
7. hiter prenos podatkov (posebej pomembno pri fotometriji)
8. dobra programska podpora (obvezno za program MaximDL),
9. pozitivne uporabniške izkušnje ostalih uporabnikov,
10. ter dobra cena.

Tako sem brez večjega oklevanja izbral CCD kamero češkega proizvajalca Moravian Instruments model G2-1600 s CCD senzorjem 1.6 MPx Kodak KAF-1603ME in internim filtrskim kolesom za 5 filtrov z navojem 1.25″. Zakaj kamera G2-1600? Odgovor je enostaven. Kamera  je zadostila vsem mojim zahtevam, pa še zastopnik je v Sloveniji.

Nakup CCD kamere v Spikini spletni trgovini.

QE-KAF-1603ME

Graf QE senzorja KAF-1603ME na različnih valovnih dolžinah.

Poglejmo nekaj lastnosti, ki jih ima kamera G2-1600 in bi jih veljalo izpostaviti.
Ker v CCD astronomiji vsak foton nekaj šteje, velja dobro premisliti, kako občutljivo kamero želimo imeti. Občutljivost CCD senzorja QE (ang. Quantum efficiency, slo. kvantni izkoristek, v nadaljevanju QE) je podana v procentih. QE je parameter, ki nam določa, kakšen delež vpadnih fotonov lahko zaznamo. Poglejmo primer: kamera z 80% QE na določeni valovni dolžini zazna 80 od 100 vpadnih fotonov. Za primerjavo, fotografski filmi so imeli QE manj kot 10%, DSLR kamere ga imajo navadno med 20 – 40% (odvisno od modela) medtem, ko imajo lahko nekatere CCD kamere QE lahko tudi več kot 90% na določenih valovnih dolžinah. Treba je tudi poudariti, da so kamere z večjim QE dražje, kot tiste, ki imajo QE npr. 60%.
Kontrolirano hlajenje CCD kamere. Še eden zelo pomemben faktor pri kameri, ki nam omogoča, da z izbiro želene čim nižje konstantne temperature (vse tja do 50°C pod temperaturo ambienta) skoraj izničimo termični šum. Ob tem, ko imamo kontrolirano konstantno temperaturo pa nam seveda določeno časovno obdobje ni potrebno snemati novih kalibracijskih slik, kot sta dark in bias. Po vsaki opazovalni noči moramo tako na novo posneti le flat.

M97-ccd-g21600

Meglica M97 (Sova), ena izmed prvih fotografij posnetih z novo kamero. Slika je posneta z 20 cm f3,7 + G2-1600 + R filter

Nekaj malega pozornosti velja nameniti tudi filtrom in kolesu za filtre. Večji CCD senzorji bodo od nas zahtevali nakup precej dragih 2″ filtrov ali ustrezne prilagoditve razdalj med filtrom in CCD senzorjem. Kamera G2-1600 ima to dobro rešeno z internim filtrskim kolesom in razdalja med filtrom in CCD senzorjem je tako res minimalna. S precej enostavnim izračunom preverimo ustreznost naših morebiti že obstoječih 1.25″ filtrov za naš sistem po formuli : s = r – l/f. Dobljen rezultat pomeni premer stožca vpadne svetlobe (s) na sam CCD senzor. Bistveno pri vsem skupaj je, da je d vedno manjši od s, torej stožec svetlobe mora vedno v celoti pokriti CCD senzor.

g2-1600-backfocus

Tehnična risba z označenimi razdaljami.

Za izračun potrebujemo podatke:
1. r = notranji premer 1.25″ filtra, navadno je ~ 28 mm
2. l = fizična razdalja od CCD senzorja do filtra v mm (pri G2-1600 je ~ 21 mm )
3. f = goriščno razmerje našega optičnega sistema
4. d = diagonala našega CCD senzorja (pri G2-1600 je 16.61 mm)

Za konec poglejmo še nekatere glavne tehnične karakteristike kamere:

Model: G2-1600
CCD senzor: KODAK, KAF-1603ME
Resolucija: 1536 × 1024
Velikost slikovnega elementa: 9 × 9 μm
Velikost CCD senzorja: 13.8 × 9.2 mm, diagonala 16.61 mm
Saturacija: ~100,000 e-
Zaslonka: mehanska
Teža celotnega ohišja: 1.1 kg
Povezava: USB 2.0, prenos slike v polni resoluciji na računalnik v ~ 2.1 sekunde
Hlajenje: Dvostopenjsko s Peltierjev elementom, max. 50 °C pod temperaturo ambienta oz. tipično 45 °C, programska kontrola natančnosti hlajenja na 0.1 °C, ohišje se dodatno hladi s 50 mm ventilatorjem
Napajanje: 12 V
Kolo za filtre: interno za pet 1.25″ filtrov ali šest 1″ filtrov (možen je nakup tudi zunanjega filtrskega kolesa za deset filtrov)

Ob nakupu kamere G2-1600 sem dobil CCD kamero z internim kolesom za pet filtrov, ustrezen 12 V napajalnik, PDF navodila ter vso potrebno programsko opremo ter gonilnike kar na USB ključku. Vse skupaj v aluminijastem kovčku. Naj dodam še, da ima podjetje Moravian Instruments za vse svoje kamere poleg gonilnikov (potrebni so za ostale astronomske programe, kot npr. MaximDL, itd) razvit tudi lasten program SIPS (Scientific Image Processing System). Program nam omogoča upravljanje kamere ter napredno obdelavo astronomskih slik. Za kamero je možno dokupiti tudi razne adapterje za različne navoje; M42, Nikon, Canon, itd.
In kako se kamera obnese v praksi? S kamero sem zelo zadovoljen. Za želeno ceno sem dobil optimalen produkt, ki zadosti vsem mojim potrebam po digitalni astronomiji.

Delite na

O avtorju

e-Spika

Mlajša digitalna sestra tiskane revije Spika. Tiskna revija Spika je z vami že od leta 1993, digitalna Spika pa od leta 2013.

Komentirajte