Řada kamer C1× kombinuje velké APS a „Full-Frame“ senzory, používané v kamerách C3, s kompaktním tělem kamer C1+. Čelní průřez kamer C1× je stejný jako u kamer C1+, jen hlava C1× je mírně delší, aby se dovnitř vešla komplexnější elektronika a výkonnější chlazení (odsud pochází označení celé série — C1 eXtended). Podobně jako řada C1+ i kamery C1× neobsahují mechanickou závěrku.

Použití velkých senzorů až do rozměru 24 × 36 mm si také vyžádalo změnu adaptéru pro dalekohled nebo objektiv, adaptéry se závity M42/M48 × 0,75, používané u kamer C1+, jsou příliš malé pro tak velké senzory. Adaptér kamer C1× je tak vybaven novým závitem o rozměru M56 × 1. Čelní plocha tohoto adaptéru také obsahuje čtyři závitové otvory M3, což je stejné rozhraní, jaké používají kamery C3 a kamery C1× tak jsou kompatibilní s externími filtrovými koly a řadou dalších doplňků pro sérii kamer C3.

Bohatá programová podpora a ovladače dovolují použití kamer C+× bez nutnosti investovat do dalších programů. S kamerami zdarma dodávaný program SIPS dovoluje řídit nejen kameru a filtrové kolo, ale kompletní pozorovací sestavu až po synchronizaci kopule s montáží. Nicméně, ovladače ASCOM (pro Windows) a INDI (pro Linux) a také nativní Linux knihovny, rovněž zdarma ke stažení, dovolují integraci kamer C1× s širokou paletou programů třetích stran.

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. Používá x86 nebo ARM procesor 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 C+× 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 Moravian 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.

Rychlost stahování je přirozeně podstatně menší, pokud je kamera připojena přes Ethernet adaptér, zvláště v porovnání s přímým připojením přes USB 3.

Kamery C1× potřebují k práci 12 V DC zdroj energie. Síťový adaptér poskytující vhodné napájení je dodáván s každou kamerou. Kamery C1× obsahují výkoné chlazení CMOS senzoru a také dovolují ovládat filtrové kolo, jejich nároky na energii jsou tedy vyšší než poskytuje USB připojení. Na druhé straně separátní zdroj eliminuje problémy s poklesem napětí na dlouhých USB kabelech, případně s životností baterií v přenosných počítačích atd.

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.

Přehled kamer C1×

Tělo kamer C1× je navrženo, aby bylo tak malé a kompaktní, jak jen může chlazená kamera s velkými senzory být, a současně aby bylo robustní a odolné.

Kamery C1× jsou vybaveny nastavitelným adaptérem pro dalekohled nebo objektiv a také závitovými otvory např. pro uchycení na stativ nebo montáž. Jsou také kompatibilní s externími filtrovými koly pro větší kamery C2 a C3 — hlava kamery C1× obsahuje konektor pro ovládání kola. Pokud je použito externí filtrové kolo, nastavovací mechanismus na hlavě kamery není dostupný a na místo toho se využívá nastavovací mechanismus na filtrovém kole. S externími koly jsou kamera C1× dále kompatibilní s celou řadou další adaptérů pro různé standardy a také adaptéry pro mimo-osou pointaci atd.

Hlava kamery C1× je navržena aby ji bylo možné snadno zkombinovat s řadou příslušenství, splňující nejrůznější požadavky při pozorování. Vzdálenost ohniskové roviny (BFD — Back Focal Distance) od základny adaptérů na hlavě kamery je 16,5 mm. Tato základna pro další adaptéry, vybavená závitem M56 × 1, může být přímo použita k uchycení kamery k dalekohledu.

Závit M56 × 1 na základně adaptérů je používán k uchycení adaptérů pro další standardy:

• Závitový adaptér M42 × 0,75 (T-závit) s 55 mm BFD.

• Závitový adaptér M48 × 0,75 s 55 mm BFD.

• Adaptér pro objektivy s bajonetem Canon EOS.

• Adaptér pro objektivy s bajonetem Nikon.

Základna adaptérů je vybavena čtyřmi závitovými otvory M3 ve vzdálenosti 44 mm. Protože BFD základny adaptérů je 16,5 mm — stejně jako je tomu u kamer C2 a C3 — je možné ke kameře C1× připojit externí filtrová kola. K dispozici jsou čtyři velikosti filtrových kole, lišící se velikostí i počtem filtrů:

Extra malé „XS“ (eXtra Small) kolo pro:

• 7 filtrů D36 mm bez objímek

Malá „S“ (Small) kolo pro:

• 5 čtvercových filtrů 50 × 50 mm

• 7 filtrů D50 mm bez objímek nebo ve 2” závitových objímkách

• 10 filtrů D36 mm bez objímek

Střední „M“ (Medium) kolo pro:

• 5 čtvercových filtrů 50 × 50 mm

• 7 filtrů D50 mm bez objímek nebo ve 2” závitových objímkách

• 10 filtrů D36 mm bez objímek

Velké „L“ (Large) kolo pro:

• 7 čtvercových filtrů 50 × 50 mm

• 9 filtrů D50 mm bez objímek nebo ve 2” závitových objímkách

Pokud je připojeno externí filtrové kolo, mechanismus seřizování kolmosti optické osy na kameře není dostupný. Na místo toho je využíván alternativní mechanismus nastavování kolmosti optické osy, vyrobený na čelním plášti filtrových kol pro adaptéry kompatibilní s kamerami C3. Pokud je tedy používáno filtrové kolo, nelze použít adaptéry určené pro závit M56 × 1, a je nutno používat adaptéry pro kamery C3.

Existují dvě velikosti seřiditelných adaptérů dalekohledu v závislosti na velikosti filtrového kola:

• Extra malá „XS“ a malá „S“ filtrová kola používají malé „S“ adaptéry, kompatibilní s kamerami C2. V této velikosti existují např. adaptéry pro závity M48 × 0,75 a M42 × 0,75, Canon EOS a Nikon bajonet, okulárový 2” adaptér apod.

• Střední „M“ a velká „L“ filtrová kola používají velké „L“ adaptéry, kompatibilní s kamerami C4, určené pro adaptéry o velkém průměru, například závitový adaptér M68 × 1 nebo G3-OAG, který je také vybaven závitem M68 × 1.

Systém kamer C1×

Komponenty systému kamer C× zahrnují:

1. Kamera C1× se seřiditelným adaptérem M56 × 1

2. Volitelný modul GPS přijímače

3. Pointační kamera C0

4. Pointační kamera C1

   Poznámka:

   Kamery C0 a C1 jsou zcela nezávislá zařízení s vlastním USB rozhraním pro připojení k řídicímu PC. Mohou být použity buď s mimo-osým pointačním adaptérem C3 OAG nebo na samostatném pointačním dalekohledu.

   Kamery C0 a C1 mohou sdílet stejnou jednotku Moravian Camera Ethernet Adapter s až 3 dalšími kamerami série Cx a tak mohou být zpřístupněny přes TPCP/IP síť.

5. Moravian Camera Ethernet Adapter (x86 CPU)

6. Moravian Camera Ethernet Adapter (ARM CPU)

   Poznámka:

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

7. Off-Axis Guider adaptér pro základny velikosti „S“ se závitem M48 × 0,75 a vzdáleností ohniska 55 mm

8. Off-Axis Guider adaptér pro základny velikosti „L“ se závitem M68 × 1 a vzdáleností ohniska 61,5 mm

9. Krátký závitový adaptér M42 × 0,75 (T-závit) s 21,5 mm BFD

10. Dlouhý závitový adaptér M42 × 0,75 (T-závit) s 55 mm BFD

11. Krátký závitový adaptér M48 × 0,75 s 21,5 mm BFD

12. Dlouhý závitový adaptér M48 × 0,75 s 55 mm BFD

13. Závitový adaptér M42 × 0,75 (T-závit) nebo M48 × 0,75 velikosti „S“ se vzdáleností ohniska 55 mm

14. Závitový adaptér M68 × 1 velikosti „L“ se vzdáleností ohniska 47,5 mm

15. Bajonetový adaptér objektivů Canon EOS pro závit M56

16. Bajonetový adaptér objektivů Canon EOS velikosti „S“

17. Bajonetový adaptér objektivů Canon EOS velikosti „L“

18. Bajonetový adaptér objektivů Nikon pro závit M56

19. Bajonetový adaptér objektivů Nikon velikosti „S“

20. Externí filtrové kolo velikosti „XS“ (7 pozic)

21. Filtrové kolo se 7 pozicemi pro D36 mm filtry pro pláště velikosti „XS“

22. Externí filtrové kolo velikosti „S“ (5, 7 nebo 10 pozic)

23. Filtrové kolo s 10 pozicemi pro D36 mm filtry pro pláště velikosti „S“

24. Filtrové kolo se 7 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry pro pláště velikosti „S“

25. Filtrové kolo s 5 pozicemi pro 50 × 50 mm filtry pro pláště velikosti „S“

26. Externí filtrové kolo velikosti „M“ (5, 7 nebo 10 pozic)

27. Filtrové kolo s 10 pozicemi pro D36 mm filtry pro pláště velikosti „M“

28. Filtrové kolo se 7 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry pro pláště velikosti „M“

29. Filtrové kolo s 5 pozicemi pro 50 × 50 mm filtry pro pláště velikosti „M“

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

31. Filtrové kolo s 9 pozicemi pro 2”/D50 mm filtry pro pláště velikosti „L“

32. Filtrové kolo se 7 pozicemi pro 50 × 50 mm filtry pro pláště velikosti „L“

CMOS senzory a elektronika kamery

Kamery C1× jsou vybaveny zezadu osvětlovanými CMOS senzory Sony IMX s rolující závěrkou a pixely velkými 3,76 × 3,76 μm. Přes relativně malé rozměry pixelu, jejich plná kapacita přesahuje 50 ke-, což je více než kapacita pixelů typická i pro CMOS senzory s mnohem většími pixely a dokonce převyšuje i kapacitu srovnatelně velkých pixelů CCD snímačů.

Použité Sony senzory obsahují plně 16-bitový ADC (analogově/digitální převodník). 16-bitová digitalizace zajišťuje dostatečně velké rozlišení k pokrytí celého výjimečně velkého dynamického rozsahu senzoru.

Oba senzory IMX571 (použitý v C1×26000) i IMX455 (použitý v C1×61000) jsou dodávány ve dvou třídách:

• Spotřebitelská třída. Výrobce senzorů (Sony Semiconductor Solutions Corporation) omezuje použití těchto senzorů na „konzumní“ (ne-profesionální) fotografické kamery s maximálním dobou běhu 300 hodin za rok.

• Průmyslové třída, určená pro použití v profesionálních produktech s intenzivním nebo i nepřetržitým provozem 24/7.

Všechny charakteristiky senzorů (rozlišení, dynamický rozsah, …) jsou stejné, senzory se odlišují jen cílovou aplikací a dobou provozu. C1× je technicky „fotografická kamera“, pouze specializovaná na astronomii. Je-li také „spotřebitelská“ nebo „profesionální“ už záleží na uživateli. Kamery používané k příležitostnému snímání (když počasí dovolí) jen výjimečně překročí 300 hodin pozorování za rok. Kamery permanentně instalované na hvězdárnách, využívající každou jasnou noc k pozorování a případně umístěné v místech s velkým počtem jasných nocí překročí limit 300 hodin za rok během pár měsíců. Proto jsou kamery C1× nabízeny ve dvou variantách:

• C1×26000 a C1×61000 se „spotřebitelskými“ senzory, určenými k provozu max. 300 hodin ročně.

• C1×26000 PRO a C1×61000 PRO s průmyslovou třídou senzorů.

Kamery C1× se spotřebitelskými senzory:

Kamery C1× s průmyslovými senzory:

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).

Linearita senzoru

Odezva senzorů, použitých v kamerách C1×, na světlo je velmi lineární. To znamená, že kamera může být použita i pro náročné výzkumné projekty, jako je např. fotometrie jasných proměnných hvězd apod.

Rychlost stahování

Kamery C1× jsou vybaveny pamětí RAM, schopnou pojmout několik snímků v plném rozlišení. Stahování snímku do řídicího počítače je tak zcela nezávislé na procesu digitalizace, protože stahování pouze přenáší již digitalizovaný obraz z paměti kamery.

Čas potřebný ke stažení celého snímku závisí na použitém čtecím módu a také zda je použito rychlé rozhraní USB3 nebo pomalejší USB2:

Pokud je čten pouze výřez snímku, čas digitalizace a stažení klesá. Rychlost ale není přímo úměrná počtu pixelů vzhledem k určité fixní režii, nezávislé na velikosti čtené oblasti.

Rychlost stahování snímků přes Moravian Camera Ethernet Adapter závisí jestli je použit 100 Mbps nebo 1 Gbps Ethernet, jestli je kamera k zařízení Ethernet Adapter připojena přes USB 2 nebo USB 3 a také je ovlivňována vytížením Ethernet linky atd. Při použití přímé 1 Gbps Ethernet linky a USB 3 je doba stažení snímku z kamery C1×61000 asi 2,5 s.

Zisk kamery

Senzory použité v kamerách C1× nabízí programovatelné zesílení 0 do 36 dB, což znamená násobení výstupního signálu 1× až 63×.

Ovladač kamery akceptuje zesílení v rozsahu 0 až 4030, což odpovídá přímo hodnotám registrů senzoru. Toto číslo ale nereprezentuje zesílení ani v dB ani nevyjadřuje přímo násobek. Nicméně ovladač kamery nabízí funkci, která toto číslo převede současně na zesílení v dB a také na násobek zesílení. Některé vybrané hodnoty jsou v následující tabulce:

Převodový poměr a čtecí šum

Obecně řada vlastností senzoru závisí na zesílení. Použité senzory také obsahují dvě digitalizační cesty. Jedna cesta nabízí velice nízký čtecí šum, ale nedokáže využít plný dynamický rozsah pixelů. Další digitalizační cesta je schopná zužitkovat plnou kapacitu pixelu, ale za cenu mírně vyššího čtecího šumu. Zlomový bod nastává při zesílené 3× (asi 10 dB), kde kapacita pixelu klesne z více jak 50 ke- na ~17 ke-. Čtecí šum poté klesne z ~3,2 e- RMS na ~1,5 e- RMS.

Dynamický rozsah senzoru, definovaný jako poměr mezi plnou kapacitou pixelu a čtecím šumem, je největší při použití zesílení 0, i když je čtecí šum mírně větší:

• Při zesílení 0 je dynamický rozsah 52 800 / 3,51 = 15 043×

• Při zesílení 2750 je dynamický rozsah 16 900 / 1,46 = 11 575×

Také stojí za zmínku, že v reálných situacích není spodní hladina šumu vždy definována čtecím šumem. Pokud kamera není používána s velmi úzkým úzko-pásmovým filtrem (s FWHM jen několik nm) a pod velmi tmavou oblohou, dominantní zdroj šumu bývá jas oblohy. Pokud šum způsobený jasem oblohy přesáhne asi 4 e- RMS, extrémně nízký čtecí šum, spojený s použitím zesílení 2750 a více, není využit a dynamický rozsah je zbytečně omezen omezenou kapacitou pixelu.

Jaké zesílení je tedy nejlépe použít? To záleží na konkrétní aplikaci.

• Zesílení nastavené na 2750 může být použito při snímání přes úzko-pásmové filtry s přiměřeně krátkými expozicemi, aby šum generovaný jasem oblohy nepřesáhl čtecí šum. To je typické pro estetickou astro-fotografii, kde menší kapacity pixelu neomezuje kvalitu výsledných snímků.

  Ale i bez úzko-pásmových filtrů dovoluje extrémně nízký čtecí šum sčítat větší množství kratších expozic, aniž by šum pozadí výsledných snímků neúměrně rostl díky akumulaci vysokého čtecího šumu jednotlivých snímků.

• Zesílení 0 nabízí nejvyšší dynamický rozsah senzoru, což bývá důležité zejména ve výzkumných aplikacích. Pásma propustnosti filtrů používaných ve fotometrii jsou relativně široká a dominantním zdrojem šumu je jas oblohy.

  Ale také při snímání přes RGB filtry při pořizování estetických astro-fotografií může vyšší dynamický rozsah dovolovat použití delších expozic, aniž by docházelo k saturaci jasných částí snímaných galaxií nebo mlhovin, což zabraňuje jejich dalším zpracování.

Binning

Ovladač kamery a uživatelské aplikace nabízejí velké množství kombinací módů binningu až do 4 × 4 pixelů, stejně jako asymetrické módy binningu 1 × 2, 1 × 3, 1 × 4, 2 × 4 atd. Aby byla umožněna taková flexibilita, binning je prováděn v ovladači kamery (programový binning) a nespoléhá na omezené možnosti hardware senzoru.

Nevýhoda programového binningu je stejný čas stažení snímku jako je tomu u plného rozlišení v módu 1 × 1. Pro typické použitá v astronomii, malý zlomek sekundy navíc k času stažení je irelevantní, ale pro aplikace citlivé na dobu stažení může být 2 × 2 binning v hardware kamery užitečný.

Binning v hardware

Kamery C1× implementují kromě plného rozlišení (binning 1 × 1) ve svém hardware také 2 × 2 binning.

Binning v kameře může být zapnut parametrem HWBinning v konfiguračním souboru 'cXusb.ini', který je umístěn ve stejném adresáři jako je samotná DLL ovladače 'cXusb.dll'.

[driver]
HWBinning = true

Pokud je parametr HWBinning nastaven na true, používá se binning v hardware kamery. Tento mód přináší rychlejší stahování, ale také zavádí několik omezení:

1. Maximální binning je omeze na 2 × 2, vyšší módy binningu nejsou k dispozici.

2. Asymetrické módy binningu (1 × 2, 2 × 1, ...) nejsou podporovány.

Sčítání nebo průměrování pixelů

Tradiční význam anglického „pixel binning“ znamená sčítání sousedních pixelů. To pochází od CCD senzorů, kde byl náboj v jednotlivých pixelech doslova sléván dohromady v horizontálním registru nebo ve výstupním uzlu snímače.

Pro CMOS senzory s plně 16-bitovým převodem by takové sčítání hodnot pixelů znamenalo omezení dynamického rozsahu; např. pouze 1/4 maximální kapacity v každém z 2 × 2 sčítaných pixelů by vedlo na saturování výsledného pixelu. CCD do určité míry eliminovány tento problém zvětšováním nábojové kapacity horizontálního registru a výstupního uzlu a také snižováním zisku kamery, pokud byl použit binning. Ale u CMOS senzorů tato opatření nepřipadají do úvahy.

Teoreticky je výsledný poměr signál/šum (S/N) binnovaného pixelu stejný bez ohledu na to, jestli jsou pixely sčítány nebo průměrovány. Uvažme příklad binningu 2 × 2:

• Pokud sečteme 4 pixely, signál se zvětší 4× a šum se zvětší 2× — tři aditivní operace zvětší šum √((√2)^2×(√2)^2 ). Výsledný S/N je 2× větší, ale pouze pokud součet všech pixelů nepřeteče kapacity výsledného pixelu.

• Pokud zprůměrujeme 4 pixely, signál zůstane stejný, ale šum se zmenší na 1/2, protože i šum je průměrován √((√2)^2×(√2)^2 )/4. Výsledný S/N je opět 2× větší, ale pouze pokud šum neklesne pod teoretické minimum 1 bitu dynamického rozlišení.

Protože čtecí šum kamery C1× při maximálním dynamickém rozlišení (zisk 0) je asi 3,5 ADU, i po snížení na polovinu při 2 × 2 binningu stále zůstává nad 1-bitovou hranicí a současně binnované pixely nebudou saturovat. Pro vyšší módy binningu už můře šum dosáhnout dolního limitu, ale průměrování pixelů stále chrání před saturací, což je mnohem významnější než případné snížená poměru S/N.

Pokud vezmeme v úvahu, že šum pozadí snímku je jen výjimečně určen čtecím šumem, protože šum způsobený jasem oblohy je typicky mnohem větší, je průměrování pixelů při binningu pro 16-bitovou kameru nepochybně lepší způsob binnování. Z tohoto důvodu u kamer C1× programový binning (v ovladači) i hardware binning (v kameře) standardně průměruje pixely na místo aby je pouze sčítal.

Nicméně, programový i hardware binning může být přepnut na sčítání pixelů parametrem BinningSum v konfiguračním souboru ovladače 'cXusb.ini':

[driver]
BinningSum = true

Poznamenejme, že existuje ještě jedna možnost binnování pixelů — v aplikačním programu. V tomto případě není binning prováděn ani v hardware kamery, ani v jejím ovladači. Snímek s plným rozlišením je stažen a až aplikační program provede programový binning. Programový balík SIPS pixely při binningu sčítá a nikoliv průměruje, ale současně při tom převádí snímky z 16-bitového na 32-bitové rozlišení. To znamená, že S/N binnovaných snímků vždy roste, pixely nikdy nesaturují a současně čtecí šum nemůže dosáhnout dolního limitu. Nevýhodou tohoto způsobu je dvojnásobná délka výsledných snímků.

Binning ve fotometrii

Saturované pixely v obrazu jasných hvězd nepředstavují problém pro estetickou astro-fotografii, ale fotometrické měření je zcela neplatné pokud libovolný pixel v ploše měřeného objektu dosáhl maximální hodnoty, protože pak není možné učit kolik světelného toku bylo ztraceno. Programy zpracovávající fotometrii (např. nástroj Fotometrie programu SIPS) by měly saturované pixely detekovat a dané fotometrické měření označit za neplatné, aby se do světelné křivky nezaváděly chybné body.

Ale během binnování (ať už sčítáním nebo průměrováním) je informace o tom, že nějaký pixel dosáhl saturační úrovně, ztracena (s výjimkou kdy všechny binnované pixely jsou saturovány). Použití binningu ve výzkumných aplikacích (fotometrie a astrometrie) tedy může vést k chybám, způsobeným ztraceným světelným tokem u saturovaných pixelů, který ale není detekován programy provádějícími zpracování.

Z tohoto důvodu je chování programového i hardware binningu u kamer C1× konfigurovatelné dalším parametrem BinningSaturate konfiguračního souboru ovladače 'cXusb.ini':

[driver]
BinningSaturate = true

Pokud je parametr BinningSaturate nastaven na true, výsledný binnovaný pixel je saturován, pokud je saturován libovolný zdrojový pixel. Pro estetickou astro-fotografii může tento parametr zůstat na hodnotě false, což může vést k mírně lepšímu prokreslení jasných hvězd. Ale u vědeckých aplikací by tento parametr vždy měl být true.

Oba parametry BinningSum a BinningSaturate mají efekt jen pokud je v kameře firmware verze 5.5 a vyšší. Předchozí verze firmware používaly průměrování pixelů, ale saturace pixelů nebyla brána do úvahy (jako by byl parametr BinningSaturate nastaven na false), pokud byl použit hardware binning (v kameře).

Dřívější verze ovladačů kamery, provádějící programový binning, také průměrovaly pixely, ale saturované pixely zpracovávaly jako by byl parametr BinningSaturate nastaven na true.

Oba výše zmíněné parametry vyžadují programy/ovladače alespoň těchto verzí:

• SIPS verze 3.33

• Moravian Camera SDK verze 4.11

• ASCOM ovladače verze 5.13

• Linux INDI ovladače verze 1.9-2

• Linux knihovny verze 0.7.1

• macOS knihovny verze 0.6.1

• TheSkyX Windows/Linux/macOS verze 3.4

• AstroArt ovladače verze 4.3

Pokud je kamera používána přes Moravian Camera Ethernet Adapter, firmware v adaptéru musí být verze 53 nebo novější.

Ovládání expozice

Nejkratší teoretický expoziční čas kamer C1× záleží na použitém senzoru:

• Nejkratší teoretická expozice kamer C1×26000 je 139 μs

• Nejkratší teoretická expozice kamer C1×61000 je 156 μs

Nicméně takto krátké expozice nemají moc praktických uplatnění, zvláště pak v astronomii. Firmware kamer zaokrouhluje expoziční čas na násobek 100 μs intervalů, tedy ve skutečnosti je nejkratší expoziční čas obou kamer 200 μs.

Pro maximální délku expozice neexistuje žádný limit. Ve skutečnosti je nejdelší expozice omezena saturací senzoru buď dopadajícím světlem nebo temným proudem (viz. následující podkapitola).

GPS časové značky expozic

Kamery C1× ve verzi „T“ mohou být vybaveny modulem GPS přijímače (Viz kapitola Volitelné příslušenství). Primární účel GPS přijímače je poskytovat vysoce přesný čas počátků expozic, což je vyžadováno aplikacemi zjišťování polohy rychle se pohybujících objektů (planetky, umělé družice, kosmické smetí na orbitě kolem Země, …).

GPS modul potřebuje zachytit signály alespoň 5 GPS družic, aby mohl poskytovat přesné časové údaje. Geografická poloha je k dispozici už od 3 zachycených satelitů, ale zejména přesnost nadmořské výšky je malá pokud nejsou zachyceny alespoň 4 družice.

SDK kamery nabízí funkce, které uživatelům dovolují přečíst přesný okamžik expozice a také geografickou polohu. Nástroj pro obsluhu hlavní kamery v programu SIPS obsahuje záložku „GPS“, která ukazuje status GPS přijímače.

Určení přesného času začátku expozice není vzhledem k rolující elektronické závěrce použitých senzorů úplně jednoduché. Ovladač kamery provede většinu výpočtů interně a vrátí okamžik začátku expozice prvního řádku obrazu. Uživatelé ale musí dále provést několik korekcí:

• Jednotlivé řádky jsou exponovány postupně. Časový rozdíl mezi dvěma následujícími řádky se liší podle typu senzoru:

  • Jeden řádek C1×26000 trvá 34,667 μs

  • Jeden řádek C1×61000 trvá 39,028 μs

• Pokud je snímek binován, jeden řádek výsledného snímku vznikne složením více řádků originálního snímku s různými okamžiky začátku expozice. Rozdíl v okamžicích expozice řádků výsledného snímku odpovídá času jednoho řádku, vynásobeného svislou velikostí binningu (počtem kombinovaných řádků).

• Pokud je čten pouze podrámec, je nutné vzít do úvahy fakt, že senzor má řadu omezení na fyzickou velikost podrámce. Pokud požadovaný podrámec nevyhovuje omezením daným senzorem, ovladač kamera podrámec zvětší tak, by obsahoval celý požadovaný podrámec a současně vyhovoval omezením senzoru. Poté podrámec ještě ořízne programově. Okamžik startu expozice pak odpovídá prvnímu řádku skutečně čteného podrámce, nikoliv času prvního řádku výsledného obrazu, který mohl být programově oříznut.

  Například souřadnice y podrámce nesmí být menší než 25 řádků. Pokud je požadován podrámec začínající na řádku menším než 25, je přečten celý snímek a až poté je programově oříznut. Poznamenejme, že SDK kamer nabízí funkci AdjustSubFrame, která vrátí nejmenší podrámec, obsahující požadovaný podrámec a vyhovující omezením čipu. Pokud je čten upravený podrámec, k žádnému programovému ořezávání nedochází čas expozice snímku odpovídá prvnímu řádku obrazu. Program SIPS nabízí tlačítko „Adjust Frame“, které stejným způsobem upraví zvolený podrámec.

Vždy používejte poslední ovladače kamery (ASCOM nebo DLL knihovny z SDK ve Windows, INDI nebo knihovny v Linuxu atd.), které jsou k dispozici ke stažení. Stejně tak aktualizujte firmware v Moravian Camera Ethernet Adapter, pokud je kamera připojená přes Ethernet.

Vstup spouště expozic

Kamery C1× označené příponou „T“ (Tedy kamery současně kompatibilní s GPS přijímačem) jsou vybaveny vstupem pro vnější ovládání začátků expozic.

Vstup spouště expozic dovoluje externím zařízením určit přesný okamžik začátků expozic.

Vstup pro spouštění expozic je k dispozici na zadní straně pláště kamery C1×.

Vstup spouště používá konektor RJ9 (4P4C) se čtyřmi piny. Piny 1 a 2 jsou propojeny a mají funkci kladného pólu, piny 3 a 4 jsou spojeny s negativním pólem. Spoušť je aktivována, pokud vnější zařízená propojí (zkratuje) piny 1 nebo 2 s pinem 3 nebo 4. Vstup spouště je galvanicky izolován od celého zbytku kamery, tedy od země napájení a USB atd.

Maximální proud, spotřebovávaný zkratovaným vstupem spouštěče expozic, nepřesahuje 1 mA.

Chlazení a napájecí zdroj

Regulované termoelektrické chlazení je schopné ochladit CMOS senzor asi o 35 °C pod okolní teplotu, v závislosti na typu kamery. Horká strana Peltiérova článku je chlazena ventilátorem. Teplota senzoru je regulována s přesností +/-0,1 °C. Vysoký rozdíl teplot a přesná regulace zajišťují velmi nízký temný proud pro dlouhé expoziční časy a současně dovoluje správkou kalibraci snímků.

Efektivita chlazení závisí na okolních podmínkách a také na napájejí kamery. Pokud napájecí napětí klesne pod 12 V, maximální rozdíl teplot se také sníží.

Ochrana proti přehřátí

Součástí firmware kamer C1× je ochrana proti přehřátí. Tato ochrana je navržena tak, aby teplota horké strany Peltiérových termoelektrických modulů nepřesáhla asi 50°C — chlazení senzoru je v takovém případě vypnuto aby Peltiérovy moduly přestaly generovat na své horké straně teplo.

Aktivace ochrany proti přehřátí způsobí snížení chladicího výkonu, pokles vnitřní teploty kamery a zvýšení teploty senzoru. Jakmile teplota v kameře klesne pod daný limit, chlazení je opět zapojeno. Pokud je teplota okolí stále vysoká, vnitřní teplota kamery opět vzroste a ochrana proti přehřátí se opět aktivuje.

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.

Mechanické specifikace

Kompaktní a robustní hlava kamery měří pouze 78 × 78 × 108 mm. Hlava je vyrobena z kvalitního duralu CNC obráběním a černě eloxována. Hlava obsahuje USB-B konektor, konektor pro ovládání externího filtrového kola napájecí konektor 12 V DC.

Přední strana kamery C1× není určena přímo pro uchycení adaptéru pro dalekohled nebo objektiv. Na místo něj je vyrobena pro seřiditelnou základnu, na kterou jsou teprve montovány vlastní adaptéry pro dalekohled.

Hlava kamery C1×

Kamera C1× s externím filtrovým kolem velikosti „XS“

Externí filtrová kola velikosti „S“, „M“ a „L“ mají větší průměr (viz. Externí filtrová kola), vzdálenosti čelní roviny od senzoru jsou ale u všech externích kol identické.

Volitelné příslušenství

Ke kamerám C1× je nabízena celá řada příslušenství rozšiřujícího funkce kamery a pomáhajícího zabudovat kameru do celé pozorovací sestavy.

Adaptéry dalekohledů

Ke kamerám C1× 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.

Existují dva způsoby spojení mezi seřiditelnou základnou adaptérů na hlavě kamer C1× a konečným adaptérem:

• Vnitřní závit M56 × 1 s 16,5 mm BFD. Adaptéry pro objektivy Canon EOS a Nikon a standardní závitové adaptéry M42 × 0,75 (T-závit) a M48 × 0,75 s 55 mm BFD používají toto spojení s kamerou.

  Poznámka:

  Závit M56 × 1 samozřejmě může být použit přímo jako adaptér dalekohledu, pokud používají optický systém také nabízí tento závit.

• Čtyři závitové otvory M3 vzdálené 44 mm. Vzdálenost čelní plochy základny adaptérů k senzoru je 16,5 mm, což BFD čelní plochy těla kamer C2 a C3 bez filtrového kola. To dělá kamery C1× kompatibilní s širokou nabídkou příslušenství, určenou pro kamery C2 a C3, včetně externích filtrových kol, adaptérů pro mimo-osou pointaci atd.

Pokud je k základně adaptérů uchyceno externí filtrové kolo, adaptéry pro dalekohledy a objektivy se montují na toto kolo. V takovém případě je možné použít jakýkoliv adaptér, určený pro kamery C2 nebo C3.

Existují dvě velikosti základy seřiditelných adaptérů na externích filtrových kole v závislosti na velikosti kola samotného:

• Extra malá „XS“ malá „S“ filtrová kola jsou určena pro malé „S“ adaptéry (také používané u kamer C2)

• Střední „M“ a velká „L“ filtrová kola jsou určena pro velké „L“ adaptéry (také používané u kamer C4)

Malé adaptéry velikosti „S“:

• 2 palcový okulárový adaptér — adaptér pro okulárový výtah s průměrem 2 palce.

• T-závit krátký — adaptér s vnitřním závitem M42 × 0,75 mm.

• T-závit s 55 mm BFD — adaptér s vnitřním závitem M42 × 0,75 mm, zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 55 mm.

• M48 × 0,75 krátký — adaptér s vnitřním závitem M48 × 0,75 mm.

• M48 × 0,75 s 55 mm BFD — adaptér s vnitřním závitem M48 × 0,75 mm, zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 55 mm.

• Bajonet Canon EOS — standardní adaptér pro bajonet objektivů Canon EOS (velikost „S“), zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 44 mm.

• Bajonet Nikon F — standardní adaptér pro bajonet objektivů Nikon (velikost „S“), zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 46,5 mm.

Velké adaptéry velikosti „L“:

• M68 × 1 — adaptér s vnitřním závitem M68 × 1 a vzdáleností ohniskové roviny 47,5 mm.

• Bajonet Canon EOS — standardní adaptér pro bajonet objektivů Canon EOS (velikost „L“), zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 44 mm.

• Bajonet Nikon F — standardní adaptér pro bajonet objektivů Nikon (velikost „L“), zachovávající vzdálenost ohniskové roviny 46,5 mm.

Všechny adaptéry dalekohledů a objektivů kamer C1× mohou být velmi mírně nakláněny. Tato vlastnost byla zavedena, aby umožnila kompenzaci možných nepřesností v seřízení kolmosti senzoru na optickou osu dalekohledu.

Adaptéry dalekohledů jsou přichyceny pomocí tří tažných šroubů. Protože je sklon adaptérů nastavitelný, další tři tlačné šrouby (červíky) jsou zapotřebí k zafixování nastavené polohy adaptéru po povolení tažných šroubů během seřizování.

Vzhledem k tomu, že manipulace s tažnými i tlačnými šrouby najednou je velmi nepohodlná, naklápěcí mechanismus adaptérů je vybaven prstencovou pružinou, která tlačí adaptér od těla kamery. To znamená, že tlačné červíky je možné uvolnit a pracovat pouze s tažnými šrouby, o odtlačení adaptéru se stará zmíněná pružina. Pružina je navržena tak, aby dokázala odtlačit kameru od adaptéru, uchyceného k dalekohledu, bez ohledu na orientaci kamery.

Až poté, co je adaptér seřízen, je vhodné jemně dotáhnout tlačné červíky k zafixování adaptéru v dané poloze. To zajišťuje dlouhodobou stabilitu seřízení.

Pokud je použito externí filtrové kolo, pak seřizovací šrouby na těle kamery nejsou dosažitelné a nepoužívají se k nastavení kolmosti senzoru. Na místo toho je využívána seřiditelná základna adaptérů na filtrovém kole.

Off-Axis Guider adapter

Adaptér pro mimo-osou pointaci (Off-Axis Guider — OAG) může být použit s kamerami C1× pouze pokud je použito externí filtrové kolo velikosti „M“ nebo „L“. Pak je C3-OAG se závitem M68 × 1 uchycen na toto externí filtrové kolo.

OAG adaptér obsahuje rovinné zrcátko, skloněné o 45° k optické ose. Toto zrcátko odráží část přicházejícího světla do portu pro pointační kameru. Zrcátko je umístěno dostatečně daleko od optické osy, aby neclonilo hlavnímu senzoru kamery. Optická soustava tedy musí být schopna vytvořit dostatečně velké zorné pole, aby i na odrazné zrcátko dopadalo dostatek světla.

C3-OAG je vybaven vnitřním závitem M68 × 1 pro uchycení k dalekohledu. Vzdálenost ohniskové roviny je 61,5 mm.

Port pro pointační kameru je kompatibilní s kamerami C0 a C1. Je nezbytné nahradit standardní adaptér CS/1,25” zkrácenou, 10 mm dlouhou variantou. Protože kamery C1 vyhovují standardu CS-mount, (BFD 12,5 mm), jakákoliv kamera odpovídající tomuto standardu s 10 mm dlouhým 1,25” adaptérem by měla správně pracovat a C3-OAG.

Modul GPS přijímače

Varianty kamer C1× „označených příponou T“ (z anglického „Trigger Input“) mohou být vybaveny volitelným modulem přijímače GPS signálu, který dovoluje velmi přesné určování okamžiků expozic. Údaje o geografické poloze jsou pak také k dipozici ovládacím programům prostřednictvím specifických příkazů.

Použitý GPS přijímač je kompatibilní se všemi satelitním navigačními systémy GPS, GLONASS, Galileo a BeiDou.

Modul GPS přijímače může být uchycen na boční stranu hlavy kamery C1×. Pokud není GPS modul použitý, port pro jeho připojení zakrývá černá krytka.

Uchycení kamery přímo na montáž

Kamery C1× jsou ve spodní části hlavy kamery vybaveny standardním „stativovým“ závitem 0.250-20UNC a také čtyřmi otvory s metrickými závity M4.

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.

Kontejner pohlcovače vlhkosti vyměnitelný bez nástrojů

Kamery C1× používají stejný kontejner pro silikagel jako větší kamery C3 a C4 s posíleným chlazením. Celý kontejner je možné odšroubovat, takže je možné vyměnit silikagel bez nutnosti sejmout kameru z dalekohledu.

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.

Návrh dovoluje použití několika volitelných variant:

• Hermetická zátka se závitem, dovolující zatěsnění vysušeného silikagelu pokud není kontejner bezprostředně zašroubován do kamery.

• Alternativní (poněkud delší) kontejner pro silikagel, navržená tak, aby jej bylo možno odšroubovat (stejně jako zašroubovat a dotáhnout) bez použití nástrojů.

Moravian Camera Ethernet Adapter

Zařízení Moravian Camera Ethernet Adapter dovoluje připojení až 4 kamer Cx libovolného typu na jedné straně a 1 Gbps Ethernet rozhraní na druhé straně. Tento adaptér tak dokáže zpřístupnit připojení kamery Cx s použitím směrovatelného protokolu TCP/IP na prakticky neomezenou vzdálenost.

Zařízení Moravian Camera Ethernet Adapter je detailně popsáno zde.

Podpora software

Program SIPS (Scientific Image Processing System), dodávaný spolu s kamerou, dovoluje kompletní ovládání kamer (expozice, chlazení, výběr filtrů atd.). Také podporuje automatické sekvence snímání přes různé filtry, s rozdílným binningem apod. S plnou podporou ASCOM standardu může SIPS ovládat celou hvězdárnu. Konkrétně montáže dalekohledů, ale také další zařízení (motorová ostření, kopule nebo odsuvné střechy, GPS přijímače apod.).

SIPS zahrnuje nástroje pro automatickou pointaci, včetně tzv. „dithering“ (řízené vzájemné posuny mezi jednotlivými snímky). Jsou podporovány oba způsoby ovládání montáže — přes rozhraní „autoguider“ port (kabel s 6 vodiči) a také „Pulse-Guide API“ programové rozhraní ovladače montáže. Pro velmi kvalitní montáže, schopné sledoval pole bez nutnosti pointace po dobu jedné expozice, podporuje SIPS mezi-snímkovou pointaci pouze na základě porovnávání snímků z hlavní zobrazovací kamery.

Schopnosti programu SIPS nekončí u ovládání kamery a hvězdárny. SIPS obsahuje řadu nástrojů pro kalibraci snímků, práci s 16 a 32 bitovými FITS soubory, zpracování celých množin snímků (např. medián množiny apod.), transformace snímků, export snímků do běžných formátů atd.

Protože prví „S“ ve zkratce SIPS znamená „Scientific“ (vědecký), program podporuje astronomickou redukci snímků a také fotometrické zpracování celých řad.

Program SIPS je zdarma ke stažení z tohoto www serveru. Všechny funkce jsou podrobně popsány v uživatelské příručce, nainstalované s každou kopií programu.

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.

K dispozici jsou také INDI ovladače pro 32 bitový i 64 bitový Linux pracující na procesorech x86 a ARM. S kamerou jsou dodávány také ovladače pro program TheSkyX pracující pod systémem macOS.

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 „Guider“ 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 mezi-snímková 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 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 C1× jsou dodávány v pevných kufřících s pěnovou výplní obsahující:

• Hlavu kamery s uživatelem zvoleným adaptérem. 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.

• 2 m dlouhý USB 3.0 A-B kabel pro připojení kamery k počítači.

• 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 C3 a C1×.