Kamery G3 mohou obsahovat Full-Frame CCD detektory OnSemi KAF i Interline Transfer detektory OnSemi KAI.

• CCD čipy OnSemi KAF bez ABG (Anti-Blooming Gate) s lineární odezvou na světlo jsou vhodné pro vědecké aplikace. Plošně velké CCD detektory vyhovují dlouhým ohniskovým vzdálenostem velkých dalekohledů. Velké pixely pak zajišťují vysokou dynamiku obrazu.

• CCD čipy OnSemi KAF s ABG mohou být použity pro vědecké aplikace a také pro astrofotografii. Anti-blooming zajišťuje kruhové tvary i velmi jasných hvězd, kterým se zejména u širokoúhlých snímků nelze vyhnout.

• Pro astrofotografii mohou být použity čipy OnSemi KAI s ABG a elektronickou závěrkou. Anti-blooming zajišťuje kruhové tvary i velmi jasných hvězd, zatímco „Full-Frame“ architektura zajišťuje uniformní pole bez artefaktů.

Bez ohledu na to, jestli jsou vašim cílem spolehlivá a reprodukovatelná vědecká data nebo krásné snímky objektů hlubokého vesmíru, kamery G3 vám poskytnou obojí.

Systém kamer G3

Kamera G3 může být snadno kombinována s řadou prvků celého systému. Různé konfigurace vyhovují rozdílným požadavkům podle aplikace, dalekohledu, filtrů, pointaci atd. Kamera je vyráběna ve dvou variantách:

• Kamera s interním filtrovým kolem s 5 pozicemi pro 2" filtry nebo D50 mm filtry bez objímek.

• Kamera s řídicím portem pro externí filtrové kolo. Tento model dovoluje připojení externího filtrového kola se 7 pozicemi pro 2" filtry nebo D50 mm filtry bez objímek.

Hlava kamery a početné příslušenství vytváří zobrazovací systém, schopný přizpůsobení řadě aplikací.

1. Hlava kamery G3 s interním filtrovým kolem

2. Hlava kamery G3, dovolující použití externího filtrového kola

3. Externí filtrové kolo velikosti „S“ (7 pozic)

4. Externí filtrové kolo velikosti „L“ (9 nebo 7 pozic)

5. Pointační kamera G0

6. Pointační kamera G1

7. OAG adaptér se závitem M68 × 1

8. Vložka kompenzující vzdálenost k senzoru IFW a EFW kamer

9. 1,75” Lichoběžníková liška „rybina“ pro kamery G3

10. Gx Camera Ethernet Adapter (x86 CPU)

11. Gx Camera Ethernet Adapter (ARM CPU)

    Poznámka:

    Camera Ethernet Adapter dovoluje připojení až 4 kamer Gx libovolného typu na jedné straně a 1 Gbps Ethernet rozhraní na druhé straně. Tento adaptér umožňuje připojení kamer Gx směrovatelným protokolem TCP/IP na prakticky neomezenou vzdálenost.

12. Interní filtrové kolo s 5 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry

13. Externí filtrové kolo „S“ se 7 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry

14. Externí filtrové kolo „L“ s 9 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry

15. Externí filtrové kolo „L“ se 7 pozicemi pro 50 × 50 mm filtry

16. Válcový 2 palcový adaptér

17. Adaptér T-závit (M42 × 0,75)

18. Adaptér Canon EOS bajonet pro objektivy kompatibilní s Canon

19. Adaptér Nikon bajonet pro objektivy kompatibilní s Nikon

Kamery G3 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 G3 je zapotřebí počítač, který:

• Je kompatibilní se standardem PC.

• Pracuje s moderním 32 bitovým nebo 64 bitovým operačním systémem Windows.

  Poznámka:

  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.

  Poznámka:

  Kamery G3 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.

• Alternativně je možné použít rozhraní Gx Camera Ethernet Adapter. Tento adaptér dokáže připojit až 4 kamery série Gx (tedy nejen G3, ale i G2 a G4 stejně jako pointační G0 a G1) 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.

Modely kamer G3

Série kamer G3 zahrnuje modely:

Technické specifikace kamer G3CCD

CCD čip

Kamery G3 používají Full Frame CCD čipy OnSemi KAF nebo Interline Transfer CCD čipy OnSemi KAI a ABG a elektronickou závěrkou. Pokročilé výrobní postupy umožňující vyrobit transparentní elektrody a mikročočky na povrchu čipu zajišťují vysokou kvantovou účinnost. Temný proud těchto čipů j velice malý ve srovnání s jinými čipy pro profesionální vědecké aplikace — výsledný poměr signál/šum je tedy velice příznivý.

Model G3-1000

Model G3-1000 používá 1 MPx CCD OnSemi KAF-1001E.

Model G3-6300

Model G3-6300 používá 6 MPx CCD OnSemi KAF-6303E.

Model G3-16200

Model G3-16200 používá 16 MPx CCD OnSemi KAF-16200 formátu APS-H.

Model G3-11000

Model G3-11000 používá 11 MPx CCD OnSemi KAI-11002 formátu fotografického „full frame“ 24 × 36 mm.

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.

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.

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 G3-1000

Model G3-6300

Model G3-16200

Model G3-11000

Poznámky:

1. Binning může být kombinován nezávisle v obou osách.

2. Čtecí šum LN vyčítání závisí na vlastním CCD čipu. Jestliže kupříkladu čtecí šum daného čipu je 11,5 e^- RMS, rovněž systémový čtecí šum je 11,5 e^- RMS.

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

Chlazení čipu

Regulované termoelektrické chlazení dokáže ochladit CCD čip v závislosti na typu kamery o 45 až 50 °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.

Kamery řady G3 jsou vyráběny ve dvou variantách, lišících se úrovní chlazení:

• Kamery se standardním chlazením, dosahující rozdílu teplot asi 45 °C pod okolní teplotu.

• Kamery s zvýšeným chlazením, dosahující regulovaného rozdílu teplot až 50 °C pod okolím. Tato varianta kamer je ve srovnání se standardními kamerami mírně hlubší díky zvětšenému chladiči, mírně těžší a díky použitým výkonnějším ventilátorům i mírně hlučnější.

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

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.

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 12 V.

3. G3 CCD 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 154 × 154 × 65 mm. Varianta kamery se zabudovaným filtrovým kolem je hlubší a měří 77,5 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. Volitelné integrované filtrové kolo má 5 pozic pro standardní 2" filtry se závitem M48 × 0,75 na objímce nebo pro filtry bez objímek až do průměru 50,8 mm.

Bez ohledu na to, jestli má kamera standardní nebo posílené chlazení nebo jestli je vybavena interním filtrovým kolem nebo ne, čelní rozměry jsou vždy shodné. Také montážní závity pro adaptéry dalekohledů jsou stejné, takže obě varianty jsou kompatibilní se stejnou sadou adaptérů pro optický systém.

Jediný rozdílný rozměr je tloušťka kamery. Posílené chlazení vyžaduje prodloužení zadní části kamery.

Varianty s a bez interního filtrového kola mají navíc rozdílnou tloušťku čelního pláště kamery. To již ovlivňuje vzdálenost ohniskové roviny (Back Focal Distance), ale k dispozici jsou mechanické vložky, kompenzující tyto rozdíly (viz diagram v podkapitole „Systém kamer G3“ nahoře).

Volitelné příslušenství

Hlava kamery může být kombinována s rozličným příslušenstvím podle požadavků cílové aplikace (použitý optický systém, potřebné filtry, automatická pointace atd.).

Adaptéry dalekohledů

Ke kamerám G3 je nabízena řada adaptérů pro dalekohledy nebo fotografické objektivy. Uživatel může zvolit jakýkoliv jiný adaptér podle potřeby a další adaptéry mohou být také objednány separátně.

Je možné volit mezi následujícími adaptéry objektivů nebo dalekohledů:

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.

Externí filtrová kola

Pokud není v hlavě kamery zabudováno filtrové kolo, veškerá elektronika i firmware, určený k jeho ovládání, zůstává nevyužit. Tyto komponent mohou být jen s drobnými úpravami použity k ovládání externího filtrového kola. Přední plášť kamery může být v tomto případě nižší, místo pro interní filtrové kolo je pak nadbytečné.

Externí filtrová kola jsou detailně popsána zde.

„Off-Axis Guider“ adaptér

G3 off-axis guider adapter (OAG) je navržen aby dovolil připojení pointační kamery s 1,25" okulárovým adaptérem, i když samotný adaptér musí být poněkud kratší aby bylo možné kameru zaostřit. Kamery G0 jsou navrženy aby je bylo možné s G3 OAG zaostřit a speciální (kratší) verze 1,25" adaptéru pro C-mount je k dispozici pro kamery G1. Jakákoliv kamera s CS-mount závitem (zkrácená verze standardu C-mount) může tento adaptér použít k připojení ke G3 OAG.

Na straně dalekohledu je G3 OAG vybaven závitem M68 × 1. Vzdálenost ohniskové roviny od čela závitu je 61,5 mm.

„Off-Axis Guider“ adaptéry jsou detailně popsány zde.

Pointační kamery

Kamery G0 a G1 jsou zcela nezávislá zařízení s vlastním USB připojením k řídicímu PC. Jsou zde zmíněny jen aby nebyla opomenuta významná část celého systému.

Kamery G0 a G1 mohou být použity na G3 OAG, na samostatném pointačním dalekohledu nebo pro jakékoliv další zobrazovací aplikace, jako např. snímání Měsíce a planet apod. Obě kamery G0 i G1 mohou sdílet „Gx Camera Ethernet Adapter“ s až 3 dalšími kamerami Gx a být tak ovládány přes počítačovou síť.

Kamery G0 a G1 jsou detailně popsány zde.

Uchycení kamery přímo na montáž

Kamery G3 jsou vybaveny dvěma standardními stativovým závity 0.250-20UNC v horní části hlavy kamery. Volitelně je možné k těmto závitům uchytit lichoběžníkovou lištu (tzv. „rybinu“) o rozměru 1,75 palce (standard Vixen). Pomocí této lišty lze přímo tělo kamery, např. s připojeným fotografickým objektivem, uchytit přímo k řadě astronomických montáží navrhovaných pro tento standard.

Náhradní kontejnery pohlcovače vlhkosti

Kamery G3 jdou dodávány s kontejnerem pro silikagel, pohlcující vlhkost v chladné komoře CCD, dovolujícím vyšroubování a vysušení silikagelu ponechaného v kontejneru v troubě (viz návod na použití kamery).

Standardně je s kamerou dodáván kontejner, který nepřesahuje profil hlavy kamery. Je vybaven štěrbinou pro nástroj (nebo např. minci), dovolující povolení a opětovné utažení kontejneru. Kontejnery pro kamery s posíleným chlazením jsou prodlouženy vzhledem k větší hloubce těchto variant kamer.

Samostatně je možné objednat náhradní kontejner, který usnadní výměnu vysoušeče. Je možné vysušit náhradní kontejner a jej jen vyměnit v kameře. K náhradním kontejnerům je dodávána i utěsněná zátka.

Náhradní kontejner je dodáván i ve variantě dovolující povolené a utažení bez použití nástroje. Tento kontejner je ale delší a přesahuje profil kamery. Pokud není volné místo za kamerou kritické, tento kontejner může výměnu vysoušeče ještě usnadnit.

Barevné varianty kamer

Hlava kamery je k dispozici v několika barevných variantách střední stěny. Aktuální nabídka je k dispozici na WWW stránkách výrobce.

Gx Camera Ethernet Adapter

Zařízení „Gx Camera Ethernet Adapter“ dovoluje připojení až 4 kamer Gx libovolného typu na jedné straně a 1 Gbps Ethernet rozhraní a druhé straně. Tento adaptér tak dovolují ovládání připojených kamer Gx s použitím směrovatelného protokolu TCP/IP na prakticky neomezenou vzdálenost.

Jednotky „Gx Camera Ethernet Adapter“ jsou detailně popsány zde.

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.

Program SIPS je zdarma ke stažení z tohoto www serveru.

K dispozici jsou také ovladače standardu ASCOM a také ovladače programové systémy třetích stran (např. TheSkyX, MaxIm DL, AstroArt, atd.). Navštivte stránku download tohoto www serveru se seznamem všech ovladačů.

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).

Nástroj „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. Okno 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. Také je zobrazován kompletní záznam o kalibraci, zjištěných odchylkách, provedených korekcích apod. Záznam lze kdykoliv uložit do textového souboru.

Alternativou klasické pointace je mezisnímková pointace, navržená pro moderní montáže, které jsou natolik přesné, že udrží chod se sub-pixelovou přesností po dobu jediné expozice a viditelné nepravidelnosti se objeví až za dobu přesahující několik expozic. Mezisnímková pointace pak provádí jemné opravy polohy montáže mezi jednotlivými expozicemi, což zamezuje „cestování“ snímaných objektů po ploše detektoru během doby pozorování. Tato metoda pointace používá hlavní kameru, nevyužívá další pointační kameru a přirozeně nepotřebuje ani OAG nebo samostatný pointační dalekohled.

Pokročilá rekonstrukce barev z barevných kamer

Barevné CCD snímače mají červené, zelené a modré filtry (Bayerova maska) 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 dole vlevo.

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 G3 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.

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

• Tištěnou kopii manuálu kamery.

Galerie snímků

Ukázky snímků pořízených kamerami řady G3.

Snímky jsou publikovány se svolením jednotlivých autorů.