Moravian instruments
Vyhledávání
Hlavní menu
Hlavní stránka
Kontakt
Distributoři
Produkty
Galerie
Reference
Pozorování
Ceník
Download
Kamery
CCD & CMOS kamery
Software
Software


Hlavní stránkaProduktyCCD & CMOS kamery

CMOS kamery série C1
 Série CMOS kamer C1 byla navržena jako malé, lehké kamery pro snímání Měsíce a planet a také pro automatickou pointaci montáží dalekohledů. S použitím správné kalibrace snímků ale kamery C1 také poskytují překvapivě dobré výsledky při získávání zkušeností se snímáním objektů hlubokého nebe. Odezva použitých CMOS snímačů na světlo je lineární až téměř k bodu saturace, kamery C1 se tedy mohu uplatnit i ve vědeckých aplikacích, jako je např. výzkum proměnných hvězd.

Kamery C1 jsou vybaveny CMOS snímači Sony IMX se čtvercovými pixely velikosti 3.45 × 3.45 μm. Jednotlivé modely se liší pouze rozlišením:

Model CMOS senzor Rozlišení Velikost pixelu Plocha snímače
C1-1500 IMX273 1456 × 1088 pixelů 3,45 × 3,45 μm 5,02 × 3,75 mm
C1-3000 IMX252 2064 × 1544 pixelů 3,45 × 3,45 μm 7,12 × 5,33 mm
C1-5000 IMX250 2464 × 2056 pixelů 3,45 × 3,45 μm 8,50 × 7,09 mm

Kamery C1 jsou navrženy pro spolupráci s řídicím počítačem (PC). Na rozdíl od např. digitálních fotoaparátů, které pracují nezávisle na počítači, vědecké kamery obvykle vyžadují počítač pro řízení práce, stahování, zpracování a ukládání snímků atd. K ovládání kamery je zapotřebí počítač, který:

  1. Je kompatibilní se standardem PC a provozuje moderní 32 nebo 64 bitový operační systém Windows.

  2. Je kompatibilní se standardem PC a provozuje 32 nebo 64 bitový operační systém Linux.

    Poznámka:

    K dispozici jsou ovladače pro 32 bitové i 64 bitové systémy Linux, ale program pro ovládání kamer a zpracování snímků SIPS, dodávaný spolu s kamerami, vyžaduje operační systém Windows.

  3. Podporovány jsou také počítače Apple Macintosh s procesory x64.

    Poznámka:

    Na počítačích Mac jsou v současné době podporovány jen některé aplikace.

Kamery C1 používají ke spojení s řídicím PC rozhraní USB 3.0, pracujícím na rychlosti 5 Gbps. Jsou ale také kompatibilní s rozhraním a kabely USB 2.0.

Alternativně je možné použít rozhraní Gx Camera Ethernet Adapter. Tento adaptér dokáže připojit až 4 kamery série Cx (s CMOS snímači) nebo Gx (s CCD snímači) a 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.

Tip:

USB standard nedovoluje použití USB kabelů delších než asi 5 metrů a USB 3.0 kabely jsou ještě kratší, aby bylo možné dosáhnout velmi vysoké přenosové rychlosti. Na druhé straně komunikační protokol TCP/IP, použitý ke spojení s kamerou přes síť Ethernet, je směrovatelný, tedy vzdálenost mezi kamerou a řídicím počítačem může být prakticky neomezená.

Kamery C1 nepotřebují k práci žádný další zdroj energie, jsou napájeny přes USB rozhraní z řídicího počítače.

Poznamenejme, že kamera musí být připojena k nějakému optickému systému (např. k dalekohledu), aby mohla vracet snímky. Kamera dokáže exponovat dlouhou dobu, nezbytnou k zachycení velmi slabých objektů. Pokud má být kamera používána s dalekohledem, musí být celá sestava dalekohledu a montáže schopná plynule sledovat objekt po obloze během dlouhých expozic.

Elektronika kamery

Hlavní role elektroniky CMOS kamery, mimo inicializace a ovládání některých pomocných funkcí, je přenos dat z CMOS detektoru do řídicího PC ke zpracování a ukládání. Na rozdíl od kamer s CCD detektory, návrh kamery s CMOS čipy nedokáže ovlivnit řadu důležitých parametrů, jako např. dynamický rozsah (počet bitů na pixel).

Kamery C1 nabízejí dva čtecí módy:

  • Rychlý 8 bitový mód s rychlostí digitalizace více jak 100 MPx/s (5 MPx snímek z kamery C1-5000 je stažen za méně než 0.05 s). Počet byte přenášených z kamery do PC odpovídá počtu pixelů.

  • Mírně pomalejší (ale stále velice rychlý) 12 bitový mód s rychlostí digitalizace asi 80 MPx/s (5 MPx snímek z kamery C1-5000 je stažen za asi 0.06 s). Každý pixel zabírá 2 byte (1 word), pouze horní 4 bity každého slova jsou vždy nulové.

Časy stažení uvedené výše platí pro kamery připojené přes rozhraní USB 3.0.

Poznamenejme, že časy stahování snímků nevedou automaticky na odpovídající počet snímků za sekundu (FPS), protože stažený snímek je zpracován a zobrazen, což rovněž spotřebovává čas. Tento čas je zanedbatelný, pokud kamera potřebuje na stažení snímku sekundy nebo i desítky sekund. Ale v případě rychlé CMOS kamery je čas potřebný ke zpracování snímku v PC (např. výpočet směrodatné odchylky snímku apod.) významný a může být delší než skutečná doba stahování.

Kamery C1 dokáží provádět velmi rychlé expozice. Nejkratší expoziční čas je 125 μs (1/8000 sekundy). To je současně krok, v němž je expoziční čas vyjádřen. Tedy druhá nejkratší expozice 250 μs atd.

Časování dlouhých expozic je ovládáno z PC a neexistuje tedy limit pro délku expozice. Ve skutečnosti je ale délka expozice limitována saturací senzoru buď světlem nebo temným proudem (viz. následující podkapitola).

Odezva senzoru na světlo je velmi lineární. To znamená, že kamera může být použita také pro nenáročné výzkumné projekty, jako je např. fotometrie jasných proměnných hvězd apod.

Odezva kamery C1-3000 (IMX252) na světlo

Odezva kamery C1-3000 (IMX252) na světlo

Chlazení senzoru

Temný proud je vlastnost všech křemíkových obvodů. Je nazývaný „temný“, protože je generovaný bez ohledu na to, jestli na senzor dopadá světlo nebo ne. Temný proud, tekoucí do jednotlivých pixelů, se v obraze projeví jako šum. Čím je expozice delší, tím větší množství šumu je přítomno v každém snímku. Protože je generovaný náhodnými pohyby částic, exponenciálně závisí na teplotě (z tohoto důvodu se šum generovaný temným proudem také označuje jako „tepelný šum“). Pokud se teplota senzoru sníží typicky o 6 až 7 °C, temný proud klesne na polovinu.

Kamery C1 nejsou vybaveny termoelektrickým (Peltiérovým) chlazením, obsahují ale malý ventilátor, vyměňující vzduch v těle kamery. Navíc přímo na zadní straně senzoru je malý chladič (s výjimkou kamery C1-1500, jejíž senzor pro umístění chladiče příliš malý), který z něj odvádí co nejvíce tepla. Senzor kamer C1 tedy nemůže být chlazen po teplotu okolí, ale jeho teplota je udržována tak blízko okolní teplotě jak jen je to možné. Ve srovnání se zcela uzavřenými kamerami může být teplota snímače v kamerách C1 i o 10°C menší a výsledný temný proud je méně jak poloviční.

Vstup chladicího vzduchu je na levé straně kamery (snímek vlevo), zatímco výstupy jsou na protější straně (snímek vpravo)

Vstup chladicího vzduchu je na levé straně kamery (snímek vlevo), zatímco výstupy jsou na protější straně (snímek vpravo)

Funkce ventilátoru může být ovládána z řídicího počítače. Program SIPS přímo nabízí posuvník nastavující ventilátor v záložce „Cooling“ okna nástroje ovládání hlavní kamery. Ovladače kamery pro jiné programy nabízejí ovládání ventilátoru v dialogovém okně konfigurace ovladače.

S vypnutým ventilátorem teplota senzoru rychle vzroste nad 10 °C nad okolí. Po zapnutí ventilátoru teplota klesne o více jak 5 °C.

S vypnutým ventilátorem teplota senzoru rychle vzroste nad 10 °C nad okolí. Po zapnutí ventilátoru teplota klesne o více jak 5 °C.

„Autoguider“ konektor

Řada zejména masově vyráběných montáží hvězdářských dalekohledů není natolik precizní, aby udržela obraz hvězd perfektně kruhový během dlouhé expozice bez korekcí jejího chodu. Chlazené astronomické kamery a digitální zrcadlovky dovolují pořizovat perfektně ostré snímky s vysokým rozlišením, takže i malá nepravidelnost v chodu montáže se projeví deformací obrazu hvězd. Kamery C1 byly navrhovány speciálně pro automatické pointování montáží astronomických dalekohledů.

Kamery C1 nemají mechanickou závěrku ani jinou pohyblivou součást (s výjimkou magneticky levitujícího ventilátoru). Elektronická závěrka dovoluje velmi krátké expozice a rovněž bez problémů zvládne pořízení tisíců snímků během krátké doby, což je nezbytné pro kvalitní pointaci.

Kamery C1 pracují ve spolupráci s počítačem (PC). Korekce chodu montáže nejsou počítány ve vlastní kameře, ta jen odesílá snímky do řídicího počítače. Software pracující v PC poté spočítá rozdíl od požadovaného stavu a pošle korekce montáži dalekohledu. Výhodou použití PC k výpočtu korekcí je skutečnost, že současné počítače disponují výpočetním výkonem, který o mnoho řádů přesahuje výkon i toho nejlepšího procesoru zabudovaného v kameře. Algoritmy pointace pak mohou určit centroid hvězdy se sub-pixelovou přesností, mohou srovnávat více hvězd a tím omezit vliv seeingu apod.

Vypočítané korekce mohou být odeslány zpět montáži prostřednictvím komunikační linky mezi montáží a PC. Pokud ale řídicí jednotka montáže nepodporuje tuto funkci (příkazy „Pulse Guide“) lze použít tzv. „Autoguider“ portu. Stačí spojit kameru C1 s montáží 6 žilovým kabelem a řídit montáž prostřednictvím kamery.

Maximální proud, který může každý pin kamery C1 spínat, je 150 mA. Pokud montáž nepracuje s autoguider portem jako s logickými vstupy, ale spíná jimi přímo korekční motory, musí být mezi kameru C1 a montáž vřazen reléový oddělovač, který bezpečně zaručuje spínání motorů montáže.

Standardní 6 pinový Autoguider port je umístěn vedle USB3 portu na horní straně kamer C1

Standardní 6 pinový Autoguider port je umístěn vedle USB3 portu na horní straně kamer C1

Autoguider port odpovídá de-facto standardu zavedenému automatickým pointerem SBIG ST-4. Význam pinů v konektoru je následující:

1 R.A. + (Vpravo)
2 Dec + (Nahoru)
3 Dec – (Dolů)
4 R.A. – (Vlevo)
5 Common (Zem)
6 Nezapojeno

Mechanické specifikace

Hlava kamer C1 je navrhována aby byla malá a lehká aby ji bylo možné uchytit i k malým dalekohledům a hledáčkům. Kompaktní a robustní hlava měří jen 57 × 57 × 48 mm bez adaptéru pro objektivy standardu CS-mount. Včetně CS-mount adaptéru se hloubka kamery zvětší na 54,4 mm.

Vzdálenost k ohniskové rovině je u kamer C1 12,5 mm, jsou tedy kompatibilní s širokým výběrem CCTV objektivů standardu CS-mount. Pokud má být použit objektiv standardu C-mount (se vzdáleností ohniskové roviny 17,5 mm), lze použít jednoduchý 5 mm vysoký závitový mezikroužek.

Poznámka:

Kamery C1 lze přímo vybavit adaptérem standardu C-mount stejně jako adaptérem T-závit (M42 × 0,75) se vzdáleností ohniskové roviny 55 mm apod. Nicméně taková modifikace vyžaduje rozebrání kamery a kamera musí odeslána výrobci.

Hlava je frézována z kvalitní hliníkové slitiny a černě eloxována. Hlava samotná obsahuje konektor USB-B 3.0 a standardní 6 pinový „autoguider“ konektor.

Mechanická závěrka Ne
Nejkratší expoziční čas 0,000 125 s
Nejdelší expoziční čas Limitován pouze saturací senzoru
Rozměry hlavy kamery 57 mm × 57 mm × 54,4 mm (včetně adaptéru objektivu)
Vzdálenost ohniskové roviny 12,5 mm (kompatibilní s CS-mount)
Hmotnost hlavy kamery 215 g

Adaptér pro dalekohled/objektiv

Válcový adaptér z C-mount na 1.25”, kompatibilní se standardními 1.25” okuláry, je přiložen ke každé kameře. Kamera C1 může být tedy použita s prakticky libovolným astronomickým dalekohledem na místo okuláru.

Poznámka:

Pokud má být kamera C1 použita spolu s OAG pro chlazené kamery sérií Cx nebo Gx, ne nutné použít krátkou (10 mm) verzi tohoto adaptéru. Krátký adaptér, dodávaný spolu s každým OAG adaptérem, je plně kompatibilní s kamerami C1.

„Stativový“ a metrické závity

Spodní strana kamery C1 obsahuje standardní 0.25" (stativový) závit a 4 metrické M3 závitové otvory

Spodní strana kamery C1 obsahuje standardní 0,25" (stativový) závit a 4 metrické M3 závitové otvory

Pokud není kamera C1 uchycena k okulárovému výtahu dalekohledu prostřednictvím adaptéru pro CS objektivy, může být připevněna prostřednictvím šroubu na fotografických stativech (0.25 palce). Další možnost je použití 4 metrických závitových otvorů M3, také umístěných na spodní straně hlavy kamery.

Pozice čtyř M3 závitových otvorů na spodní straně hlavy kamery C1

Pozice čtyř M3 závitových otvorů na spodní straně hlavy kamery C1

Rozměry kamer C1

Rozměry čelní strany kamery C1 (vlevo) a rozměry boční strany, včetně vzdálenosti ohniskové roviny (vpravo)

Podpora software

Ovladače a programová podpora kamer Cx je stejně bohatá jako je tomu u CCD kamer série Gx.

Pro práci s kamerami C1 je ale nezbytné instalovat nejnovější verze všech programových balíků a ovladačů.

  • Pokud je kamera C1 připojena přímo k řídicímu PC pomocí USB kabelu, je nutné instalovat nový systémový ovladač CxCamera.sys (viz manuál „Installing and Using Drivers and Software“, dodávaný s každou kamerou). Tento ovladač je zahrnut v instalačním balíčku systémových ovladačů verze 2.0 a nebo vyšší.

  • Pokud je kamera C1 připojena přes jednotku Camera Ethernet Adapter, adaptér musí být vybaven firmware verze 34 nebo vyšší, aby správně pracoval s CMOS kamerami (postup aktualizace firmware v jednotce je popsán v manuálu „Ethernet Adapter User's Guide“).

    Tip:

    Pokud je k programu SIPS připojena kamera přes jednotku Camera Ethernet Adapter, SIPS zobrazí verzi firmware jednotky v oznamovací oblasti panelu Windows Action Center.

  • Balíčky ovladačů a knihoven pro Linux také musí být aktualizovány na poslední verzi. Více v sekci Download tohoto WWW serveru.

Program SIPS (Scientific Image Processing System) verze 3.12 nebo vyšší je nezbytný k ovládání kamer C1.

Upozornění:

Podpora pro CMOS kamery Cx byla postupně zařazována do jednotlivých verzí programu SIPS. Předchozí minoritní verze programu SIPS sice mohou rozpoznat kamery C1, vždy ale používejte v3.12 nebo pozdější pro správnou funkci s těmito kamerami.

Ovladače kamer C1 pro programy třetích stran také musí být aktualizovány na nejnovější verze aby pracovaly s kamerami C1. Minimální verze pro jednotlivé ovladače jsou:

  • ASCOM ovladače verze 4.4

  • Ovladače pro TheSkyX (všechny verze pro Windows, MacOS a Linux) verze 2.1

  • Astroart ovladače verze 3.1

První snímky s kamerou C1-3000

První prototyp kamery C1-3000 testoval známý astro-fotograf Martin Myslivec. Používal refraktor Borg 77ED na montáži EQ6 k pořízení řady expozic bez pointace. Ačkoliv si uvědomujeme, že Martin je zkušený astro-fotograf, kamera C1 se ukázala jako vhodná i pro snímání jasných objektů hlubokého vesmíru.

„První světlo“ kamery C1-3000: M31 Velká galaxie v Andromedě (vlevo), M42 Velká mlhovina v Orionu (uprostřed) a mlhovina kolem hvězd v otevřené hvězdokupě M45 Plejády (vpravo)

Snímek M31 Velké galaxie v Andromedě je součet 197 expozic dlouhých 20 s (celková expoziční doba asi 1 hodina a 5 minut). S výjimkou kalibrací dílčích snímků a mírného nelineárního „stretch“ nebyl snímek nijak dále zpracováván.

Snímek M42 Velké mlhoviny v Orionubyl zkombinován ze dvou sad expozic (HDR snímek). Slabá mlhovina dále od středu snímku byla snímána s použitím 100 expozic dlouhých 20 s (asi 33 minut celkového expozičního času). Velmi jasná centrální část mlhoviny byla fotografována expozicemi pouze 2 s dlouhými (opět jich bylo 100), což vede na asi 3 minuty celkového expozičního času. Velmi krátké expozice dovolily perfektně zaznamenat 4 centrální hvězdy (nazývané Trapéz), aniž by došlo k jejich přeexponování.

Snímek M45 Plejád je kombinace 218 expozic dlouhých 20 s (celková expoziční doba asi 1 hodina a 12 minut). Opět nebyl snímek nijak zpracováván kromě kalibrací a nelineárního „stretch“.

 
 | Hlavní stránka | Produkty | 
Moravské přístroje, a.s., Masarykova 1148, Zlín-Malenovice, 76302