Moravské přístroje, a. s., zdroj: https://www.gxccd.com/art?id=653&lang=405, vytištěno: 30.04.2025 18:24:20
Hlavní stránka▹Přehled produktů▹Astronomické kamery | 6.3.2025 |
---|
Kamery C1× používají stejných senzorů jako série C3 — poslední generaci APS a Full-Frame (24 × 36 mm) CMOS senzorů Sony IMX, nabízejících výjimečnou kvantovou účinnost díky zezadu osvětlenému čipu a velmi nízký temný proud. I přes relativně malé pixely, jejich kapacita přesahuje 50 ke- a vyrovnává se senzorům s mnohem většími pixely. V kombinaci s plnou 16 bitovou digitalizací, perfektně lineární odezvou na světlo a výjimečně nízkým čtecím šumem jsou tyto senzory vhodné pro estetickou astro-fotografii i pro astronomický výzkum. Současně je hlava kamer C1× navržena tak, aby byla rotačně symetrická s co nejmenším čelním průřezem. |
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:
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. 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. 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:
Kamera C1× s adaptérem M48, Nikon a Canon (vlevo), a s objektivem Canon EOS na bajonetovém adaptéru (vpravo) 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:
Malá S (Small) kolo pro:
Střední M (Medium) kolo pro:
Velké L (Large) kolo pro:
Poznámka: Filtrová kola pro D36 mm filtry mohou být kombinována pouze s kamerami C1× se senzory velikost APS. Kamery Full-Frame senzory (24 × 36 mm) nemohou tak malé filtry používat. Poznamenejme, že externí filtrová kola S a M mají velice podobné rozměry a pojmou stejný počet stejně velkých filtrů. Liší se pouze velikostí seřiditelných adaptérů. 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:
Systém kamer C1×Schema systému kamer C1× se seřiditelným adaptérem M56 × 1 Schema systému kamer C1× s malými S adaptéry Schema systému kamer C1× s velkými L adaptéry Komponenty systému kamer C× zahrnují:
CMOS senzory a elektronika kameryKamery 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. Poznámka: Tyto senzory nabízejí také menší dynamické rozlišení (12 a 14 bitů), kamery C3 ale tyto módy nepoužívají. Astronomické snímky se vždy zabírají 2 byte na pixel, takže snižování dynamického rozlišení na 14 nebo 12 bitů nepřináší žádnou výhodu kromě mírně rychlejšího stahování snímků. Ale chlazené astronomické kamery jsou určeny pro velmi dlouhé expozice a zlomek sekundy ušetřený na času stažení snímku je zanedbatelný ve srovnání s velkými výhodami plně 16-bitové digitalizace. Oba senzory IMX571 (použitý v C1×26000) i IMX455 (použitý v C1×61000) jsou dodávány ve dvou třídách:
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:
Kamery C1× se spotřebitelskými senzory:
Kamery C1× s průmyslovými senzory:
Elektronika kameryHlavní 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 senzoruOdezva 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 stahováníKamery 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.
Upozornění: Uvedené časy stažení platí pro kamery s firmware verze 2.3 a novější. Časy stažení se starším firmware jsou asi o 30% delší. Ovladač je někdy nucen přečíst větší část senzoru vzhledem k omezením kladeným senzorem na rozměry a pozice pod-rámců. Někdy může být dokonce nezbytné přečíst celý senzor. Tip: Doporučujeme kliknout na tlačítko Adjust Frame v záložce Frame nástroje pro ovládání kamery programu SIPS. Rozměry a pozice zvoleného rámce jsou pak upraveny tak, aby vyhovovaly limitům daným senzorem. Upravený pod-rámec je pak možno přečíst bez nutnosti stahovat větší část obrazu nebo dokonce celý snímek a poté jej ořezávat ve firmware. 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 kamerySenzory použité v kamerách C1× nabízí programovatelné zesílení 0 do 36 dB, což znamená násobení výstupního signálu 1× až 63×. Poznámka: Firmware kamer C3 dovoluje nastavovat pouze analogové zesílení, tedy skutečné zesílení signálu před jeho digitalizací. Použité senzory podporují také digitální zesílení, což je pouze číslicová operace, které nepřináší pro astronomickou kameru žádné výhody. Tento typ operací může být proveden později během zpracování obrazu v PC. 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 šumObecně 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:
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.
Poznámka: Upozorňujeme, že hodnoty uvedené výše nejsou zveřejněny výrobcem senzorů, ale určeny z nasnímaných obrazů s použitím programu SIPS. Výsledky se tedy mohou mírně lišit v závislosti na konkrétním senzoru a dalších faktorech (např. teplotě senzoru, osvětlení senzoru při měření apod.), ale také na programu použitém k určení těchto hodnot, protože měřicí metoda je založena na statistické analýze odezvy senzoru na světlo. BinningOvladač 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 hardwareKamery C1× implementují kromě plného rozlišení (binning 1 × 1) ve svém hardware také 2 × 2 binning. Upozornění: Binning v kameře je podporován od firmware kamery verze 3.3 a novějších. Windows SDK podporuje binning v kameře od veze 4.11 a programový balík SIPS počínaje verzí 3.33. 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:
Poznámka: I když je počet přenášených pixelů snímku v 2 × 2 binningu jen 1/4 v porovnání se snímkem v plném rozlišení, čas stažení není 4 krát menší. Sčítání nebo průměrování pixelůTradiční 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. Poznámka: CMOS senzory s méně jak 16-bitovou přesností při binningu často pouze sčítají pixely, aby tak využily dynamického rozlišení 16-bitového pixelu. Například kamera s 12-bitovým rozlišením může sečíst až 4 × 4 pixely a výsledek stále nemůže přesáhnout 16-bitový rozsah. 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:
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 fotometriiSaturované 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:
Pokud je kamera používána přes Moravian Camera Ethernet Adapter, firmware v adaptéru musí být verze 53 nebo novější. Ovládání expoziceNejkratší teoretický expoziční čas kamer C1× záleží na použitém senzoru:
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. Poznámka: Poznamenejme, že kvůli architektuře senzoru s rolující závěrkou, nejsou jednotlivé řádky exponovány ve stejný okamžik, bez ohledu jak krátká je doba expozice. Rozdíl mezi okamžikem začátku expozice prvního a posledního řádku 0,15 s pro kameru C1×26000 a 0,25 s pro kameru C1×61000. Pro maximální délku expozice neexistuje žádný limit. Ve skutečnosti je nejdelší expozice omezena saturací senzoru buď dopadajícím světlem nebo temným proudem (viz. následující podkapitola). Upozornění: Ke správnému fungování velmi krátkých expozičních časů ne nutné, aby kamera používala firmware verze 6.7 nebo novější. GPS časové značky expozicKamery 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:
Upozornění: Upozorňujeme, že precizní časování expozic pracuje od firmware verze 7.10 a vyšší. 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 expozicKamery 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. Poznámka: Vnější spouštějí expozic je podporováno speciální variantou funkce StartExposure, nazvanou StartExposureTrigger, která je k dispozici uživatelům SDK pro Windows stejně jako knihoven a ovladačů pro Linux a Mac. Nicméně program SIPS spouštění expozic vnějším vstupem nepodporuje. 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 zdrojRegulované 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. Vstup vzduchu chladicího ventilátoru kamer C1× je na spodní straně kamery (vlevo), výstup vzduchu pak na horní straně (vpravo) Efektivita chlazení závisí na okolních podmínkách a také na napájejí kamery. Pokud napájecí napětí klesne pod 12 V, maximální rozdíl teplot se také sníží.
Specifikace chlazení senzoru Poznámka: Maximální ochlazení senzoru lze dosáhnout při 100% výkonu chlazení. Ale teplota senzoru v takovém případě nemůže být regulována, elektronika nemá prostor k udržení teploty senzoru, pokud se okolní teplota zvýší. Typický rozdíl teplot může být dosažen s chlazením pracujícím na asi 90%, což ponechává dostatek prostoru pro regulaci. Ochrana proti přehřátíSoučástí 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. Poznámka: Ochrana proti přehřátí používá okamžitou hodnotu teploty uvnitř kamery, zatímco hodnota teploty kamery prezentovaná uživateli je průměrná teplota za určitý interval. Ochrana proti přehřátí tedy reaguje rychleji, i když hodnota prezentovaná uživateli ještě nedosáhne 50°C. 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. Poznámka: Tento cyklus zapínání a vypínání ochrany proti přehřátí může být zaměněn za poruchu chlazení, ale ve skutečnosti je jen nutné provozovat kameru v chladnějším prostředí nebo zvýšit požadovanou teplotu senzoru, aby se snížilo množství tepla generované Peltiérovými moduly. Ochrana proti přehřátí není téměř nikdy aktivována během pozorovacích nocí, i když je tropická noc s teplotami nad 25°C, protože interní teplota kamery nedosáhne limitu. Ale pokud je kamera testována v místnosti v horkém klimatu, ochrana proti přehřátí může být aktivována. Napájecí zdrojNapájení 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.
Specifikace napájecího zdroje Upozornění: Napájecí konektor na hlavě kamer má plus pól na středovém kolíku. Ačkoliv všechny moderní zdroje používají tuto konfiguraci, vždy se přesvědčte, že použité napájení má správnou polaritu. Poznámka: Spotřeba je měřena na vstupu (AC strana) dodávaného napájecího zdroje. Spotřeba kamery ze stejnosměrného 12 V napájení je tedy menší než je zde uváděno. 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. Kamera C1× měří napájecí napětí a poskytuje údaje ovládacímu software. Vstupní napětí je zobrazováno v záložce Chlazení nástroje Hlavní kamera programu SIPS. Tato vlastnost je užitečná zejména pokud je kamera napájena bateriemi. Mechanické specifikaceKompaktní 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.
Mechanické specifikace Poznámka: Vzdálenost ohniskové roviny je měřena od základny, na kterou jsou montovány nastavitelné adaptéry dalekohledů. Jednotlivé adaptéry pak zachovávají vzdálenost ohniskové roviny vyžadovanou daným standardem (např. závitový adaptér M48 má vzdálenost ohniskové roviny 55 mm). Uvedená vzdálenost ohniskové roviny již počítá s tloušťkou skla permanentně umístěného v dráze světla (např. optické okno kryjící chladnou komoru senzoru). Hlava kamery C1×Čelní pohled na hlavu kamery C1× se seřiditelným adaptérem s vnitřním závitem M56 × 1 a čtyřmi závity M3 Kamera C1× s externím filtrovým kolem velikosti XSExterní 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. Tip: Adaptéry M42, M48, Canon a Nikon, určené pro závit M56 × 1, nemohou být použity s externími filtrovými koly. Nicméně každé externí filtrové kolo je vybaveno základnou adaptérů pro kamery C2 a C3 a tak je možné použít všech adaptérů, určených pro tyto větší kamery, spolu s kamerou C1× a externím filtrovým kolem. Volitelné příslušenstvíKe kamerám C1× je nabízena celá řada příslušenství rozšiřujícího funkce kamery a pomáhajícího zabudovat kameru do celé pozorovací sestavy. Adaptéry dalekohledůKe 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:
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:
Malé adaptéry velikosti S:
Velké adaptéry velikosti L:
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 adapterAdaptér 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. Poznámka: Technicky je možné uchytit také C2-OAG se závitem M48 × 0,75 na externí filtrová kola velikosti XS a S, ale zrcátko C2-OAG je umístěno příliš blízko optické osy vzhledem k relativně malým senzorům použitým v kamerách C2. Zrcátko v C2-OAG by tedy částečně zastínilo velké senzory kamer C1×. 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 přijímačeVarianty 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. Upozornění: Pouze kamery C1× s příponou T jsou kompatibilní s GPS přijímači. Je tedy nezbytné zvolit model kompatibilní s GPS během objednání kamery. Uchycení kamery přímo na montážKamery C1× jsou ve spodní části hlavy kamery vybaveny standardním stativovým závitem 0.250-20UNC a také čtyřmi otvory s metrickými závity M4. Pozice závitových otvorů v dolní části hlavy kamery C1× (vlevo), 1,75" lišta standardu Vixen pro uchycení hlavy kamery k montáži 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 nástrojůKamery 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. Celý kontejner pohlcovače vlhkosti může být vysušen nebo může být jeho obsah po odšroubování perforovaného vnitřního víčka vysypán a vysušen zvlášť Poznámka: Z těchto důvodů není na kontejneru žádné těsnění, které by se mohlo při vyšší teplotě poškodit. Těsnění je umístěno na chladné komoře senzoru. 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:
Srovnání standardního kontejneru a kontejneru pro ruční manipulaci (vlevo), volitelná zátka a oba kontejnery (vpravo) Moravian Camera Ethernet AdapterZařízení 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 softwareVždy používejte poslední verze systémových ovladačů pro Windows i Linux. Starší verze ovladačů nemusí podporovat nové modely kamer, případně nové verze existujících řad. Pokud je kamera ovládána přes Moravian Camera Ethernet Adapter, vždy se ubezpečte, že firmware v jednotce je aktualizován na nejnovější verzi. Také vždy používejte polední verzi programu SIPS, starší verze nemusí nové kamery správně podporovat. Pokud používáte ovladače pro programy třetích stran (např. ASCOM nebo INDI), vždy ovladače aktualizujte na polední verzi, která je k dispozici. SIPSProgram 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. SIPS se soustřeďuje na astrometrické a fotometrické zpracování snímků, ale obsahuje i základní funkce pro zpracování astronomických fotografií Program SIPS je zdarma ke stažení z tohoto www serveru. Všechny funkce jsou podrobně popsány v uživatelské příručce, nainstalované s každou kopií programu. Automatická pointaceProgramový 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). Okno nástroje Guider programu SIPS 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 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. Parametry mezisnímkové pointace v záložce Pointace okna nástroje Kamera Pokročilá rekonstrukce barev z barevných kamerBarevné 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. Syrový obraz nahoře s barvami dopočítanými bi-lineární interpolací (vlevo) a stejný syrový snímek, ale zpracovaný víceprůchodovým algoritmem rekonstrukce barev (vpravo) 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. Ovladače pro programy třetích stranPravidelně aktualizovaný Sofware Development Kit pro Windows dovoluje ovládat všechny kamery z libovolných aplikací, stejně jako z prostředí Python apod. K dispozici jsou ovladače standardu ASCOM a také ovladače po programové systémy třetích stran (např. TheSkyX, AstroArt, atd.). Navštivte stránku download tohoto www serveru se seznamem všech ovladačů. Knihovny a ovladače standardu INDI pro 32 bitový i 64 bitový Linux pracující na procesorech x86 a ARM jsou rovněž k dispozici ke stažení. S kamerou jsou dodávány také ovladače pro program TheSkyX pracující pod systémem macOS. Dodávky a baleníKamery C1× jsou dodávány v pevných kufřících s pěnovou výplní obsahující:
Galerie snímkůUkázky snímků pořízených kamerami řady C3 a C1×.
|