Zatímco vědecké aplikace vyžadují CCD detektory s maximální kvantovou účinností, velice nízkým šumem, vysokou dynamikou a lineární odezvou na světlo, astrofotografové spíše oceňují CCD detektory s tzv. anti-blooming ochranou, dovolující snímat i širokoúhlé záběry s velmi jasnými hvězdami v zorném poli bez přetékání náboje do okolních pixelů a elektronickou závěrku pro pořizování krátkých expozicí Měsíce a planet. Někteří astrofotografové také preferují kamery s barevnými CCD detektory, schopné pořídit barevný snímek jedinou expozicí, aby se nemuseli zabývat dodatečným skládáním snímků v jednotlivých kanálech do výsledného barevného obrazu. Nové CCD kamery G2-2000 a G2-4000 mají všechny tyto vlastnosti.

Oba modely kamer, založené na CCD detektorech Kodak KAI, mají řadů důležitých vlastností shodných s kamerami G2-0402, G2-1600 a G2-3200 pro vědecké aplikace a úzkopásmové snímání založenými na čipech Kodak KAF:

• Kompaktní hlava kamery, malá a lehká aby mohla být připojena i k malým dalekohledům.

• Vysoce kvalitní, nízkošumová elektronika dovoluje snímat obrazy s vysokým poměrem signál/šum bez gradientů a jiných artefaktů.

• Efektivní a přesně regulované chlazení CCD čipu až o 50 °C pod okolní teplotu.

• Integrovaný vše obsahující návrh s USB a napájecím konektorem přímo na hlavě kamery.

• Integrovaná závěrka nenutí pozorovatele zakrývat tubus při pořizování temných snímků.

• Integrované filtrové kolo pro standardní filtry k pořizování (L)RGB nebo úzkopásmových obrazů.

• Napájecí zdroj s jediným napětím dovoluje práci z jediné 12V baterie nebo prostřednictvím síťového adaptéru.

• Rychlé stahování snímků přes High-speed USB rozhraní do počítače PC s „Plug and Play“ instalací ovladačů.

• Řada adaptérů pro všechny standardní okulárové výtahy dalekohledů, koma korektory, reduktory ohniska, fotografické objektivy atd.

• Robustní konstrukce pro každodenní použití.

• Bohatá programová podpora.

Další vlastnosti jsou důležité zejména pro astronomickou fotografii:

• „Anti-blooming“ ochrana zajišťuje kruhové tvary jasných hvězd v zorném poli bez rušivých přetoků náboje.

• Elektronická závěrka dovoluje velmi krátké expozice jasných objektů jako je Měsíc a planety.

• Rychlejší vyčítání podoblastí CCD čipu ve srovnání s kamerami založenými na CCD detektorech KAF.

• Varianty kamer s barevnými CCD čipy s Bayerovou maskou dovolujícími pořízení barevného snímku jedinou expozicí a kvalitní víceprůchodová rekonstrukce barev obslužným programem.

Série kamer G2 CCD s detektory Kodak KAI zahrnuje čtyři modely:

Kamery G2CCD jsou navrženy pro spolupráci s osobním počítačem (PC). Na rozdíl od např. digitálních fotoaparátů, které pracují nezávisle na počítači, vědecké chlazené kamery obvykle počítač potřebují k řízení práce, stahování snímků, jejich zpracování a uchování apod. Pro práci s kamerami G2CCD je zapotřebí počítač, který:

1. Je kompatibilní se standardem PC.

2. Používá moderní 32 bitový operační systém Windows.

   Poznámka:

   USB ovladač kamer G2CCD je navržen pro Windows 2000 a vyšší verze tohoto systému (např. Windows XP). Starší 16/32 bitové systémy, jako např. Windows 95/98 a Windows Me, nejsou ovladačem podporovány. G2CCD nemohou s těmito systémy správně pracovat.

3. Poskytuje alespoň jeden USB port.

   Poznámka:

   Současné série kamer G2CCD je navržena pro práci s rozhraním USB 2.0 high-speed (480 Mbps). Ačkoliv jsou kamery plně zpětně kompatibilní s USB 1.1 full-speed (12 Mbps) rozhraním, čas stažení obrazu je při použití USB 1.1 spojení poněkud delší.

Technické specifikace kamer G2CCD

CCD čip

Kamery G2-2000 a G2-4000 používají nízkošumové „Interline Transfer“ CCD detektory Kodak KAI. Pokročilé výrobní postupy umožňující vyrobit transparentní elektrody a mikročočky na povrchu čipu zajišťují absolutní kvantovou účinnost až 55%. Temný proud těchto čipů je velice nízký, takže výsledný poměr signál/šum je velice příznivý.

Model G2-2000 a G2-2000C

Model G2-2000 používá 2 MPx CCD detektor Kodak KAI-2020.

Model G2-4000 a G2-4000C

Model G2-4000 používá 4 MPx CCD detektor Kodak KAI-4022.

Elektronika kamery

16 bitový A/D převodník s korelovaným dvojitým vzorkováním zajišťuje vysoký dynamický rozsah a čtecí šum limitovaný pouze samotným CCD čipem. Rychlé USB rozhraní dokáže přečíst snímek během několika sekund.

Maximální délka USB kabelu je 5 m. Tato délka může být rozšířena až na 10 m použitím USB rozbočovače (USB hub) nebo aktivního USB kabelu. Aktivní prodlužovací prvky dovolují vzdálit USB zařízení až na 100 m.

Čas stažení obrazu závisí na CCD čipu použitém v daném modelu kamery. Také čtecí šum kamery závisí na použitém čipu a na čtecím módu.

• Ve standardním čtecím módu je systémový čtecí šum asi 1 e^- nad čtecím šumem CCD čipu.

• Čtecí mód LN (Low-noise) je poněkud pomalejší (asi 1,2×), ale zajišťuje systémový čtecí šum menší nebo roven čtecímu šumu daného čipu specifikovaného výrobcem.

Model G2-2000

Model G2-4000

Poznámky:

1. Binning může být kombinován nezávisle v obou osách

2. Časy stažení jsou platné pro USB 2.0 rozhraní a závisí na použitém PC. Časy uvedené zde jsou změřeny na počítači vybavené 1,5 GHz procesorem Pentium M.

   Časy stahování mohou být poněkud delší, pokud je použito rozhraní USB 1.1.

Chlazení čipu

Regulované dvoustupňové termoelektrické chlazení s nuceným oběhem vzduchu zajišťuje pokles teploty čipu až o 50 °C pod okolní teplotu a přesnost regulace 0,1 °C. Zmrazení CCD čipu minimalizuje jeho tepelný šum a dovoluje exponovat dlouhou dobu.

Poznámky:

1. Nedoporučuje se chladit čip až na maximální možný rozdíl teplot, protože kamera pak nemusí být schopna zajistit jeho stabilní teplotu, pokud se teplota okolí zvýší. Obvykle je praktické nastavit zchlazení čipu využívající asi 90% chladicího výkonu. To poskytuje dostatek rezervního výkonu k udržení CCD čipu na konstantní teplotě i pokud okolní teplota vzroste o několik stupňů Celsia.

2. Pro kamery G2CCD je k dispozici kapalinový tepelný výměník. V případě zájmu kontaktujte výrobce.

3. Účinnost chlazení závisí na okolních podmínkách také na napájecím zdroji. Pokud napájecí napětí poklesne pod 12 V, maximální rozdíl teplot se sníží.

4. Jeden 50 mm ventilátor používají kamery G2 počínaje revizí 3, starší revize kamer obsahovaly dva 40 mm ventilátory.

Napájecí zdroj

Napájení 12 V DC dovoluje kameře pracovat z jakéhokoliv (i nestabilizovaného) zdroje včetně baterií, síťových adaptérů apod. S kamerou je dodáván univerzální 100–240 V AC/50–60 Hz, adaptér o výkonu 60 W. Ačkoliv spotřeba kamery nepřesahuje 30 W, dvojnásobná rezerva 60 W zdroje zajišťuje kvalitní napájení bez rušení a šumů.

Poznámky:

1. Spotřeba kamery je měřena na napájecí straně (230 V/50 Hz) 12 V zdroje.

2. Kamera obsahuje vlastní zdroje, takže může být napájena z nestabilizovaného zdroje 12 V DC. Vstupní napětí může být mezi 10 a 14 V. Nicméně některé parametry (např. efektivita chlazení) se zhoršují jakmile napájecí napětí poklesne pod 11 V.

3. G2CCD kamera měří napájecí napětí a poskytuje údaje ovládacímu software. Vstupní napětí je zobrazováno v záložce Chlazení nástroje CCD kamera programu SIPS. Tato vlastnost je užitečná zejména pokud je kamera napájena bateriemi.

Mechanické specifikace

Kompaktní a robustní hlava kamery měří 114 × 114 × 77 mm. Plášť je vyroben z masivního duralu CNC obráběním a černě eloxován. Hlava samotná obsahuje USB-B konektor a 12 V DC napájecí konektor, žádné další části (separátní krabice s CPU, USB adaptér apod.), vyjma síťového adaptéru, nejsou zapotřebí. Integrovaná mechanická závěrka dovoluje vyčítání bez rozmazání dopadajícím světlem stejně jako automatické pořizování temných snímků, nezbytné pro automatické robotizované dalekohledy. Integrované filtrové kolo má 5 pozic pro standardní 1,25" filtry se závitem na objímce. Je také k dispozici varianta s 6 pozicemi pro 1" filtry (bez objímek).

K dispozici je také mírně tenčí hlava kamery bez interního filtrového kola. Její rozměry jsou 114 × 114 × 65 mm. Tato varianta dovoluje připojení externího filtrového kola s 10 nebo 12 pozicemi pro filtry D36 mm nebo D31 mm.

Poznámky:

1. Minimální expozice 100 ms je možná u kamer G2 revize 3 a vyšší. Nejkratší expoziční čas starších revizí byl 175 ms.

Podpora software

Výkonný program pro řízení kamery a manipulaci se snímky SIPS (Scientific Image Processing System) je dodáván spolu s kamerou. SIPS dovoluje řídit expozici, chlazení, filtrové kolo, pořizuje automatické sekvence, provádí kompletní kalibraci apod. Obsahuje také pokročilé nástroje jako např. automatickou registraci a skládání dílčích snímků se sub-pixelovou přesností, blikání snímků, obrazové filtry, profily a řadu dalších nástrojů.

K dispozici jsou ovladače pro software třetích stran (např. MaxIm DL, AstroArt, apod.). Pro zjištění dostupnosti ovladače kamery pro daný software prosím navštivte sekci download na www stránkách výrobce.

Automatická pointace

Programový systém SIPS dovoluje automatickou pointaci montáže dalekohledu s použitím samostatné pointační kamery. Správně a spolehlivě pracující automatická pointace využívající výhod výpočetního výkonu počítačů PC (např. výpočet centroidu pointační hvězdy z mnoha pixelů dovolující dosažení sub-pixelové přesnosti) není úplně triviální úkol. Tomu odpovídá i množství parametrů, které je nutno programu zadat (nebo nechat automaticky určit). Právě množství parametrů vedlo k rozdělení záložky „Guiding“ v programu SIPS na dvě samostatné záložky. První je nazvána „Guiding setup“ a shrnuje parametry nezbytné pro nastavení automatické pointace.

Druhá záložka „Guiding“ pak dovoluje automatickou pointaci zapínat a vypínat, kalibrovat parametry pointace a přepočítávat je po změně deklinace dalekohledu bez nutnosti nové kalibrace. Nová kalibrace také odpadá po přeložení německé montáže.

Tato záložka také zobrazuje časové průběhy zjištěných odchylek pointační hvězdy v obou osách od referenční polohy. Délka vlastního průběhu i rozsah grafů jsou volně nastavitelné, takže jejich zobrazení lze přizpůsobit nepřesnostem a délce periodické chyby dané montáže.

Kompletní záznam o kalibraci, zjištěných odchylkách, provedených korekcích apod. je také zobrazován v této záložce. Záznam lze kdykoliv uložit do textového souboru.

Pokročilá rekonstrukce barev z barevných kamer

Barevné CCD snímače mají červené, zelené a modré filtry aplikovány přímo na jednotlivé pixely.

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.

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.

Bilineární interpolace poskytuje výrazně lepší výsledky než prosté rozšíření chybějících barev do okolních pixelů a přitom je dostatečně rychlá. Pokud je ale rozlišení optiky blízké velikosti jednotlivých pixelů, u jemných detailů vznikají barevné artefakty, jak ukazuje obrázek nahoře.

Víceprůchodová metoda je výrazně pomalejší ve srovnání s jednoprůchodovou bilineární interpolací, její výsledky jsou ale zejména v detailech výrazně lepší. Tato metoda dovoluje využít rozlišení barevných kamer skutečně na maximum.

SIPS nabízí volbu metody interpolace Bayerovy masky v nástrojích „Image Transform“ i „New Image Transform“. Pro rychlé náhledy nebo v případě, že nejmenší zobrazený detail svými rozměry hodně převyšuje velikost jednoho pixelu (ať již vlivem optiky či atmosféry), je rychlá bilineární interpolace dostačující. Pro nejlepší výsledky je ale vhodné použít víceprůchodovou metodu.

Dodávky a balení

Kamery G2CCD jsou dodávány v pevných kufřících s pěnovou výplní obsahující:

• Hlavu kamery s uživatelem zvoleným adaptérem. Standardně je dodáván 2" adaptér. Pokud je kamera objednána spolu s filtrovým kolem a případně s filtry, kolo je zamontováno v hlavě a osazeno zvolenými filtry.

• Napájecí zdroj 100-240 V AC/12 V DC s 1.8 m výstupním kabelem.

• 5 m dlouhý USB A-B kabel pro připojení kamery k počítači.

• CD-ROM nebo USB Flash Drive s ovladači kamery, instalací programu SIPS, elektronickou dokumentací a PDF verzí manuálu kamery.

• Tištěnou kopii manuálu kamery.

Galerie snímků

Ukázky snímků pořízených kamerami řady G2 s čipy KAI.

Snímky jsou publikovány se svolením jednotlivých autorů.