本帖最后由 国三蝶 于 2021-3-5 18:47 编辑
第一节深空摄影基本设备组成
风光摄影中,我们有必须的“三大件”,即用于成像的镜头、用于记录图像数据的相机机身,以及稳定相机和镜头的脚架。在深空摄影中,同样有类似的“三大件”。风光摄影中的镜头对应在深空摄影中,通常为望远镜或长焦镜头。风光摄影中的相机机身,对应在深空摄影中,通常为一台经过BCF改机的单反或无反相机以及带有制冷设备的CCD或CMOS相机。风光摄影中的三脚架,对应在深空摄影中,即为一台带有自动跟踪功能的赤道仪。
在此需要对几个名词进行解释:
1.BCF改机:即为将单反或无反相机传感器前的IR-cut红外截止滤镜拆除并替换为BCF滤镜。相机进行BCF改机后,对于宇宙中极为丰富的H-α氢发射线的透过量相比于原机有极大的提升。若要使用单反或无反相机进行深空摄影,必须进行BCF改机。BCF改机后的相机在日常拍摄时会有明显的偏色,可以通过自定义白平衡解决。方法不在此赘述,有兴趣的读者可自行查询。
2.CCD相机:即为由CCD传感器(电荷耦合器件图像传感器,Charge Coupled Device)作为影像传感器的相机。CCD传感器是最早用于深空摄影领域的数码影像传感器,并出现了许多经典的传感器型号,例如KAF-8300和KAF-16803等。CCD传感器具有高线性度、低暗电流的优点,然而制造废率较高,读出噪音也较高。
图2-1 SBIG STX-16803 制冷CCD天文相机
3.CMOS相机:即为由CMOS传感器(互补金属氧化物半导体,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)作为影像传感器的相机。CMOS传感器早期并不受待见,但近些年由于背照式芯片、堆栈式芯片的出现,CMOS传感器的性能已经直逼甚至超越传统的民用CCD传感器。CMOS传感器具有低读出噪声、低成本、读出速度快等优点,但暗电流较高。
图2-2 ZWO ASI6200MM-Pro 制冷CMOS天文相机
4.赤道仪:众所周知,地球每天都在绕自转轴进行速度约每小时15°的自转。然而天上的星星是不会转动的,这就导致我们在地球上看来日月星辰仿佛都在进行着东升西落的运动。我们称这种运动为天体的“周日视运动”。在进行深空摄影时,往往会用到单张5分钟以上的长曝光。若不能克服周日视运动的影响,拍摄出的图像中星点便会变成像我们常见的星轨图片一般。赤道仪(Equatorial Mount,EQ Mount)就是为了克服周日视运动对长时间曝光拍摄所造成的影响而制造的仪器。其工作原理为绕一根平行于地球自转轴的旋转轴进行速度与地球自转速度相等但方向相反的旋转。从而抵消地球自转。
图2-3 信达HEQ5型德式赤道仪
图2-4 艾顿CEM60型中式赤道仪
然而,只有在赤道仪旋转轴严格平行于地球自转轴且旋转速度完全等于地球自转速度时,才能保证跟踪完全准确。但是很显然这是不可能的。因此,我们需要进行自动导星(Auto Guiding)来修正赤道仪跟踪的误差。
自动导星是一个复杂的操作,在拍摄实操一章中我们会进行详细介绍。在此只介绍自动导星所必需的器材。
通常我们对短焦距(<500mm)的望远镜导星时,会使用一支放置在主望远镜外的小望远镜拍摄图像,再由小望远镜后安放的导星相机(通常可为行星相机)检测跟踪的误差。
若采用导星镜导星方案,则所需的器材为:一支焦距为主望远镜1/3~1/4的导星镜,和一个导星相机。
图2-5 导星镜与导星相机(红色)的组合
当我们使用较长焦距(>700mm)的望远镜进行拍摄时,常用的导星镜(50-193,50-220,60-300等)已经难以满足精度要求了。主要原因有两点,一是非同步形变,即由于导星镜和主望远镜的连接不是绝对稳定,所造成的导星镜相对于主望远镜的细小位移;二是若导星镜焦距过短,可能难以检测到赤道仪跟踪的误差并加以修正。那么该怎么办呢?答案是使用偏轴导星装置(Off Axias Guiding,OAG导星)。OAG导星装置的原理是在主相机传感器成像范围之外放置一个小直角棱镜,从而折射一部分的光到达导星相机。若采用OAG导星方案,则所需的器材为:一个OAG偏轴导星器,一个导星相机。
图2-6 QHY生产的OAG偏轴导星器
另外,为了控制赤道仪、相机、导星,我们还需要一台电脑。一般而言,台式电脑、笔记本电脑、工控电脑都是可以进行拍摄的。ZWO和QHY还各有ASIAIR和司天监盒子,可以通过手机来控制拍摄,大大简化了拍摄流程。
图2-7 ZWO ASIAIR PRO
除了赤道仪、主望远镜、主相机、导星系统、控制系统之外,还有许多有用的器材,例如可以进行自动对焦,并且大大减轻手动对焦时带来的震动的电动调焦器;单色相机拍摄LRGBHSO不同通道的图像时所需要用到的电动滤镜轮等。由于非必需,所以在本节不作详细介绍,有兴趣的读者可自行了解。
赤道仪、主望远镜和主相机作为一套深空摄影设备的主要构成,类型比较多、参数比较复杂。因此在下面进行详细的说明。
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