Kamery G0 a G1 jsou velmi kompaktní, lehké a snadno použitelné. Uživatel je pouze zasune do okulárového výtahu dalekohledu, připojí USB kabel a kamera je připravena k práci.

Citlivost je velice důležitá vlastnost všech CCD kamer, včetně kamer určených k vedení montáží. Pointační kamera musí poskytovat obraz referenční hvězdy (hvězd) s dostatečným poměrem signál/šum v poměrně krátkém čase, aby bylo možno zajistit perfektní pointaci. Nezbytnost akumulovat světlo mnoho desítek sekund nebo minut je pro kvalitní pointační systém často neakceptovatelná. Z tohoto důvodu používají kamery G1 citlivé CCD čipy Sony ICX.

• Sony EXview HAD CCD mají kvantovou účinnost nad 50% a velmi nízký čtecí šum.

• Kamery digitalizují pixely s 16 bitovým rozlišením a naplno využívají dynamiky CCD čipu.

• Silná anti-blooming ochrana udržuje obrazy i jasných hvězd kruhové, bez přetoků způsobených rozléváním náboje.

• Kamery poskytují velice rychlé čtení — pixely jsou digitalizovány rychlostí 8 MPx/s v módu rychlého čtení.

• Kamery se vyznačují velice nízkým čtecím šumem.

Obě řady kamer G0 a G1 obsahují obdobnou elektroniku, shodné CCD čipy a nabízejí obdobnou funkčnost. Liší se převážně mechanickým provedením a také chlazením.

• Kamery G0 nabízí válcové tělo, oproti řadě G1 menší a kompaktnější, což může být důležité např. v kombinaci s Off-Axis Guider apod.

• Kamery G1 jsou mírně větší a těžší, pomocí ventilátoru ale dokáží udržet teplotu CCD snímače o řadu stupňů nižší a tím i více jak dvojnásobně snížit temný proud. Navíc nabízí standardní CS závit a také další alternativy připojení optiky (Canon EOS a Nikon adaptéry, T-závit apod.).

Kamery G0 a G1 nepotřebují externí napájecí zdroj, jsou napájeny kompletně z řídicího počítače prostřednictvím USB kabelu. Vzhledem k omezeným možnostem napájení přes USB tyto kamery neobsahují na energii náročné Peltierovy články. Řada G1 ale obsahuje malý ventilátor, který pomáhá udržet teplotu CCD čipu blízko teplotě okolí a tím výrazně snižuje temný proud.

• Kamery jsou napájeny z USB sběrnice (k provozu stačí zapojit jediný kabel).

• Absence Peltierova chladiče nedovoluje snížit teplotu CCD čipu pod teplotu okolí, ale zabudovaný ventilátor kamer G1 udržuje čip velmi blízko okolní teplotě.

Ačkoliv moderní montáže astronomických dalekohledů podporují pointaci prostřednictvím komunikační linky z řídicího počítače, kamery G0 a G1 jsou vybaveny standardním 6-pinovým konektorem pro „autoguider“ vstup montáže. Ovládací počítač tedy může pointovat montáž i pokud nemá přímé napojení na její elektroniku.

• Kamery jsou vybaveny standardním „autoguider“ konektorem.

  

  USB a Autoguider konektory kamer G0 a G1

  Poznámka:

  Maximální proud, který může protékat Autoguider konektorem, nesmí přesáhnout 150 mA. Pokud montáž nepracuje s pointačními signály jako s „logickými hodnotami“, ale přímo jimi spíná pointační motory, je nezbytné vložit mezi kameru a montáž tzv. „reléový blok“, který zajistí spínání potřebných proudů vyžadovaných montáží.

• Ovládací software SIPS (Scientific Image Processing System) podporuje automatické pointování přes rozhraní pointační kamery stejně jako přes rozhraní mezi dalekohledem z řídicím počítačem.

Autoguider konektor na kamerách G0 a G1 odpovídá standardnímu zapojení zavedenému kamerami ST-4:

CCD kamery série G0 a G1 jsou určeny k pointování montáží i k CCD fotografování, mohou být ale použity i ke snímání astronomických nebo mikroskopických snímků. Kamery řady G1 mohou být připojeny k libovolnému dalekohledu nebo k objektivu vybavenému standardním C nebo CS-závitem, případně dalšími standardy.

• Ovládací software SIPS dovoluje zvolit která z připojených kamer bude zobrazovací a která bude pointační.

  

  Okno CCD Camera programu SIPS dovoluje zvolit, která z připojených kamer bude zobrazovací a která pointační

Série CCD kamer G0 zahrnuje následující modely. Písmeno C na konci značí použití CCD čipu s barevnou maskou. Díky tomu jsou schopny pořizovat barevné expozice v jediném snímku.

Série CCD kamer G1 zahrnuje následující modely. Písmeno C na konci značí použití CCD čipu s barevnou maskou. Díky tomu jsou schopny pořizovat barevné expozice v jediném snímku.

Zatímco monochromní CCD čip zachycuje všemi pixely všechny vlnové délky na které je citlivý, barevný CCD snímač má na jednotlivých pixelech červené, zelené a modré filtry, uspořádané do tzv. Bayerovy masky. Monochromní čip je tedy podstatně citlivější, pro pořízení barevného snímku ale musíme použít více expozic přes barevné filtry. Barevný snímač naproti tomu omezuje světlo dopadající na jednotlivé pixely, dovoluje ale rekonstruovat barevný obraz z jediného snímku, i když ne v plném rozlišení.

Ačkoliv maximální citlivosti dosahují tzv. Full Frame (FF) čipy, jsou použitelné pouze ve spojení s mechanickou závěrkou. Tzv. Interline Transfer (IT) čipy jsou naproti tomu vybaveny tzv. elektronickou závěrkou dovolující i velmi krátké expozice. Z těchto důvodů používají kamery G1 IT čipy. I IT čipy se ale liší způsoby vyčítání — zatímco čipy s progresivním čtením přečtou všechny pixely najednou, CCD čipy s prokládaným čtením rozdělují při čtení snímek na dva půlsnímky, obsahující vždy jen liché nebo jen sudé řádky výsledného obrazu.

Další informace o CCD čipech naleznete v článku Úvod do techniky CCD čipů na našem WWW serveru.

CCD kamery G0 a G1 jsou navrženy pro spolupráci s osobním počítačem (PC). Pointační algoritmy jsou vykonávány na PC, nikoliv v kameře samotné. Pro práci s kamerami je zapotřebí počítač, který:

1. Je kompatibilní se standardem PC.

2. Používá moderní 32 bitový nebo 64 bitový operační systém Windows.

   Poznámka:

   K dispozici jsou i ovladače těchto kamer pro operační systém Linux. V případě zájmu o tyto ovladače kontaktujte prosím výrobce.

3. Poskytuje alespoň jeden USB port.

   Poznámka:

   Současné série kamer G0 a G1 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 výrazně delší.

Technické specifikace kamer G0 a G1 CCD

CCD čip

Kamery G0 a G1 používají citlivé čipy Sony EXview HAD s nízkým šumem. Firma Sony nezveřejňuje absolutní kvantovou účinnost svých CCD, ale odhadovaná účinnost přesahuje 50 %. Temný proud a vyčítací šum těchto CCD čipů je velice nízký.

Model G0-0300 a G1-0300

Model G0-0300 a G1-0300 používá VGA (640 × 480 pixelů) CCD čip Sony ICX424AL s progresivním čtením.

Model G0-0300C a G1-0300C

Model G0-0300C a G1-0300C používá VGA (640 × 480 pixelů) CCD čip Sony ICX424AQ s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX424AL.

Model G1-0301

Model G1-0301 používá VGA (640 × 480 pixelů) CCD čip Sony ICX414AL s progresivním čtením.

Model G1-0301C

Model G1-0301C používá VGA (640 × 480 pixelů) CCD čip Sony ICX414AQ s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX414AL.

Model G0-0800 a G1-0800

Model G0-0800 a G1-0800 používá XGA (1024 × 768 pixelů) CCD čip Sony ICX204AL s progresivním čtením.

Model G0-0800C a G1-0800C

Model G0-0800 a G1-0800C používá XGA (1024 × 768 pixelů) CCD čip Sony ICX204AK s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX204AL.

Model G1-1200

Model G1-1400 používá HD (1280 × 960 pixelů) CCD čip Sony ICX445ALA s progresivním čtením.

Model G1-1200C

Model G1-1200C používá HD (1280 × 960 pixelů) CCD čip Sony ICX445AQA s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX445ALA.

Model G1-1400

Model G1-1400 používá SXGA (1280 × 1024 pixelů) CCD čip Sony ICX285AL s progresivním čtením.

Model G1-1400C

Model G1-1400C používá SXGA (1280 × 1024 pixelů) CCD čip Sony ICX285AQ s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX285AL.

Model G0-2000 a G1-2000

Model G0-2000 a G1-2000 používá UXGA (1600 × 1200 pixelů) CCD čip Sony ICX274AL s progresivním čtením.

Model G0-2000C a G1-2000C

Model G0-2000C a G1-2000C používá UXGA CCD (1600 × 1200 pixelů) čip Sony ICX274AQ s RGBG Bayerovou barevnou maskou. Ostatní parametry čipů zůstávají shodné se Sony ICX274AL.

Elektronika kamery

16 bitový analogově/digitální převodník s korelovaným dvojitým vzorkováním zajišťuje vysoký dynamický rozsah, ve skutečnosti přesahující kapacitu pixelů CCD. Rychlé USB rozhraní dokáže přečíst obraz za zlomek sekundy.

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.

Poznámky:

1. Ovládací software SIPS dovoluje použití tzv. programového binningu, pokud jsou požadovány snímky s nižším rozlišením.

2. Časy stažení jsou platné pro USB 2.0 rozhraní a závisí na použitém PC. Časy stahování mohou být výrazně delší, pokud je použito rozhraní USB 1.1.

3. Některé základní charakteristiky elektroniky CCD kamery, jako např. systémové zesílení nebo vyčítací šum nemohou být určeny bez znalosti některých vlastností CCD čipu (např. citlivost výstupního uzlu), které ale firma Sony nezveřejňuje.

Chlazení čipu

Série kamer G0 a G1 CCD nepoužívá Peltiérových článků k aktivnímu chlazení čipu, takže čip nemůže být chlazen pod okolní teplotu.

Pracující elektronika (včetně samotného CCD čipu) produkuje poměrně značné množství tepla, které zvýší vnitřní teplotu kamery o mnoho stupňů nad okolní teplotu. Protože tepelný šum CCD čipů se typicky zdvojnásobuje s každými 5 až 7 °C, může být tepelný šum kamery po chvíli práce kamery i více jak dvojnásobný.

Proto obsahují kamery G1 malý ventilátor, který odvádí produkované teplo z těla kamery a udržuje čip tak blízko teplotě okolí jak jen to je možné. Běh ventilátoru může být řízen z ovládacího software.

Kamery G0 i G1 obsahují zabudovaný teplotní senzor, který měří teplotu CCD čipu. Tato vlastnost dovoluje monitorování teploty CCD a např. umožňuje zajistit, aby použitý temný snímek byl pořízen za podobné teploty, jako je teplota čipu při pořizování ostrých snímků apod.

Napájení kamery

Kamery G0 a G1 jsou napájeny prostřednictvím USB kabelu z řídicího počítače. Žádný další napájecí zdroj není zapotřebí.

Proudový limit pro USB zařízení je 500 mA z 5V zdroje. Spotřeba kamer G0 a G1 se liší podle pracovního režimu a shrnuje ji následující tabulka. V každém případě ale kamery nedosahují limitu 500 mA definovaného normou USB.

Poznámky:

1. Pokud je kamera připojena přes USB rozbočovač (USB hub), proud, který je k dispozici pro jednotlivá USB zařízení, může být pouze 100 mA. V takovém případě je proto nutné vždy používat USB rozbočovače s vlastním napájením.

2. Poznamenejme, že tzv. „aktivní prodlužovací USB kabely“ jsou ve skutečnosti standardní USB rozbočovače s jediným USB konektorem na vzdálené straně kabelu. Takový hub spotřebovává část energie a nemusí proto s kamerou G1 pracovat.

3. Některé USB kabely mají velmi tenké napájecí žíly s relativně vysokým odporem. Pokud USB zařízení spotřebovává několik stovek miliampérů, úbytek napětí na takovém kabelu může být i kolem jednoho voltu. Ačkoliv kamera G1 by měla i s takovým napětím pracovat, některé funkce mohou být nepříznivě ovlivněny. Vždy je třeba použít co možná nejkratší USB kabel s napájecími žílami s nízkým odporem.

Mechanické specifikace kamer G0

Válcová hlava kamery má průměr 40 mm a délku 85 mm, z toho 18 mm je 1,25" (průměr 31,7 mm) adaptér a 67 mm vlastní tělo kamery. Hlava je CNC obráběna z kvalitního duralu a černě eloxována.

Kamery G0 používají tzv. „Interline Transfer“ CCD čipy, takže nejsou vybaveny mechanickou závěrkou. Před pořizováním temného snímku je tedy nutno mechanicky zakrýt použitý dalekohled.

Poznámky:

1. Adaptér pro okulárové výtahy 1,25" je nedílnou součástí těla kamery a nemůže být odšroubován případně nahrazen jiným adaptérem.

Mechanické specifikace kamer G1

Kompaktní a robustní hlava kamery měří pouze 83 × 76 × 26 mm. Hlava je CNC obráběna z kvalitního duralu a černě eloxována.

Hlava obsahuje závit standardu CS nebo C dovolujícího přišroubovat různé CS nebo C objektivy. Do C-závitu může být rovněž zašroubován 1,25" nos dovolující připojení kamery k okulárovému výtahu pro standardní 1,25" okuláry.

Kamery G1 používají tzv. „Interline Transfer“ CCD čipy, takže nejsou vybaveny mechanickou závěrkou. Před pořizováním temného snímku je tedy nutno mechanicky zakrýt použitý dalekohled.

Poznámky:

1. Rozměry hlavy nezahrnují adaptér pro CS závit. Tento adaptér je 6,4 mm vysoký, takže hloubka kamery včetně adaptéru je 32,4 mm.

Automatická pointace

Kamery G0 a G1 samozřejmě mohou pořizovat snímky objektů v astronomii, mikroskopii nebo v dalších aplikacích snímání za nízkých úrovní osvětlení, jejich primární zaměření je ale zajištění automatické pointace (guiding) montáží astronomických dalekohledů pro vědecké CCD kamery řady G2, G3 a G4, případně pro jiné kamery nebo digitální fotoaparáty.

Kamera G0 nebo G1 tak pracují jako „vzdálená pointační hlava“ pro jakoukoliv CCD kameru, včetně kamer série Gx. Skutečnost že pointery nejsou připojeny k hlavě kamer Gx nějakým speciálním kabelem, ale přímo k USB portu počítače přináší řady výhod:

• Pointační kamera může pracovat s jakoukoliv kamerou nebo DSLR, nikoliv jen s jediným typem hlavní kamery, pro niž by byla určena, jako je tomu u jiných typů kamer.

• Nepoužívají se žádné speciální a nestandardní konektory a kabely spojující hlavní kameru se vzdálenou pointační hlavou. Standardní USB kabel tuto funkci zcela zastoupí.

• Prakticky neexistuje limit vzdálenosti mezi pointační a zobrazovací kamerou. Pointační kamera může být umístěna na jakýkoliv dalekohled nebo mimoosé zrcadlo.

• I pokud pointační kamera sdílí s hlavní kamerou jeden dalekohled prostřednictvím mimoosého zrcadla, světlo napájející pointační kameru je odkloněno ještě dříve než projde filtry. To zajišťuje dostatek světla pro pointování dokonce i když hlavní kamera exponuje přes některý velmi „tmavý“ filtr, jako např. modrý, UV nebo Hα.

Na druhé straně prostý USB rozbočovač (USB hub) vytvoří z páru samostatných kamer jedno integrované řešení.

Pointační kamery G0 a G1 jsou napojeny přímo do USB portu řídicího počítače nebo do USB rozbočovače (USB hub), není zapotřebí žádný „CPU box“ nebo podobné zařízení. Pointační algoritmy jsou prováděny řídicím PC. Protože procesor typického PC je o mnoho řádů výkonnější než jakýkoliv procesor zabudovaný přímo v CCD kameře, algoritmy vyhodnocující odchylky mohou být velice propracované. Takové algoritmy implementuje i řídicí software SIPS.

SIPS používá pro pointaci dvou algoritmů:

• Pointování na jedinou hvězdu. PC počítá centroid nejjasnější hvězdy na obraze pořízeném pointační kamerou. Pozice hvězdy je určena s přesností zlomků pixelu, takže pointace je velmi přesná i pokud je použit dalekohled s relativně krátkou ohniskovou vzdáleností.

• Pointování astrometrickou redukcí. PC provádí v zásadě stejné výpočty jako při sesazování řady expozic se sub-pixelovou přesností nebo při astrometrické redukci snímku. Řada trojúhelníků je vytvořena z nejjasnějších hvězd a ty jsou sesazeny s trojúhelníky na referenčním snímku.

  Ačkoliv srovnávání trojúhelníků vyžaduje minimálně tři hvězdy detekované na pointačním snímku a je tedy vhodné spíše pro dalekohledy s kratším ohniskem nebo pro na hvězdy bohatá zorná pole, posun obrazu je vyhodnocován z více hvězd a je tedy méně citlivý na náhodné odchylky jako je např. seeing apod.

Podpora automatické pointace v programu SIPS dovoluje ovládání montáže dalekohledu přes Autoguider konektor kamer G0 nebo G1. Zapojení tohoto konektoru je de-facto standard a je kompatibilní s celou řadou montáží. SIPS ale může ovládat montáž prostřednictvím ovladače dalekohledu (např. přes protokol Meade LX-200 nebo Celestron Nexstar) a žádný kabel spojující montáž s kamerou není zapotřebí. Ale specializované zařízení, jako je pointační kamera, je obvykle schopné ovládat montáž s lepší přesností ve srovnání s aplikací pracující na PC, jejíž možnosti časového rozlišení událostí jsou obvykle podstatně horší.

Galerie snímků

Ukázky snímků pořízených kamerami řady G0 a G1.

Snímky jsou publikovány se svolením jednotlivých autorů.