   深空摄影的正式开始主要包含两个阶段：图像的拍摄与素材的处理，也称为前期拍摄与后期处理。对于一张优秀的深空摄影作品来说，二者不可或缺。前期拍摄决定了图像素材的质量，从而决定了后期处理所能发挥的上限。熟练的摄星者能够在最短的时间内调整好器材，并且针对需求设计拍摄方法，最终在有限的时间内尽可能地延长曝光时间，并获得高质量的图像文件。 前期拍摄包括：拍摄地的选择、器材架设、相机参数设置等方面，其中任何一个环节出问题都可能导致所有的努力付诸东流。外出的机会往往十分宝贵，我们最好在外出之前做好充分的准备与规划，让自己能乘兴而来，满载而归。 1 选择拍摄地点 天空背景的亮度越高，我们就越难拍到暗弱的深空天体，因此拍摄地要尽量远离城市。一般来说距离城市边缘50千米，光污染条件就能基本满足需求，对小规模的城市而言这个距离还可以缩短不少。我个人的最低标准是夏季银河肉眼可见。 光污染条件可以参考网上的光害地图，它会用热力图的形式显示各地的光污染情况。不过光害地图的数据也并非完全可信，因为它显示的只是计算结果，空气状况对光污染造成影响的因素并没有加以考虑；并且它的更新速度比较慢，光污染的变化情况可能来不及显示。不过有一点是不变的——离城市越远，光污染越轻。除了城市光污染之外，我们还需要考虑天然光污染——月光的影响。常规的深空摄影要在月亮处于地平线以下的时候进行，农历二十五到初五这段时间内，夜间无月的时间相对较长，是一个月中最适合进行深空摄影的时段。 2 器材架设 假设现在我们已经到达了拍摄地，可以开始架设器材了。一般来说，太阳尚未落山时，环境明亮，架设器材较为方便；而晚上装器材，摸黑操作，效率会低很多，浪费拍摄时间。所以建议大家在太阳落山前一两个小时就把设备从车上拿下来开始架设，尽量节省宝贵的晴夜时间。 白天架设器材又会遇见另一个问题——看不见北极星，支架不知道朝哪儿摆。因为赤道仪的极轴水平方位调整螺丝有行程限制，如果支架的朝向太偏，就无法对极轴。如果事先不把支架尽量对北，等到所有器材都架好之后发现无法对极轴，再挪动支架就会非常麻烦。现行的支架顶端一般都有一个或一组小圆柱用于调整赤道仪的极轴水平方位（可以参考赤道仪的说明书），我们根据这些圆柱来确定三脚架的大致指向。  图1 艾顿CEM60三脚架示意图。中间的小凸起为中央固定柱，两边的是方位调节螺柱。对极轴时，两个螺丝顶推两边的方位调节螺柱从而实现方位角的调整。因此，两个方位调节螺柱连线的中垂线（箭头）应该指向正北方（南半球就是指向正南方）。 支架摆好之后，就可以把赤道仪本体安装到支架上并紧固。注意安装赤道仪时尽量不要对赤经轴与赤纬轴施力，防止损伤内部结构。在此之后，先安装重锤，再安装主镜系统，具体操作参考赤道仪配套的说明书。所有器材都安装上并且接好电线之后，就可以开始调节平衡了。 3 平衡调整 由于赤道仪电机的扭矩有限，不能直接驱动沉重的设备，需要让赤经、赤纬轴两端的力矩平衡，来减轻电机的负担。平衡调整的好坏直接影响到赤道仪的性能发挥，必须予以重视。 先进行赤纬轴的平衡调整：松开赤道仪的赤经锁紧螺丝，转动赤道仪让重锤杆与地面平行，然后锁紧赤经。再松开赤纬锁紧螺丝，通过前后移动鸠尾板、镜筒或者平衡配重的方式，让镜筒能在水平保持静止。此后，保持镜筒水平，锁紧赤纬，松开赤经，调整重锤的位置从而使重锤杆能水平静止。调整完成后，将赤道仪转回零位（望远镜指向正北，重锤处于最低点），锁紧两轴螺丝。  图2 左为赤经平衡的调整方式，右为赤纬平衡的调整方式。图片来源于艾顿GEM45中文说明书。需要注意的是，上述所有需要旋转赤道仪的操作都是通过松开对应轴的锁紧螺丝，用手转动来实现的，绝不能用赤道仪内部的电机驱动。另外，需要让相机大致处于焦点位置，因为调焦筒的长短会对平衡产生不小的影响。 4 极轴校对  图3 极轴镜分划板一例。红点即为北极星所应该在的位置，距离北极点 39.34 角分，角位置为10 时 57.5 分。经过初始化之后的极轴镜分划板看上去大概是如图3所示的状态，中心为北极点，外面有三个同心圆，从里到外第二个圆的半径是40角分，这是北极星与北极点大致的角距离。之后我们可以通过查电子星图、天文APP或者是根据赤道仪手柄指示，确定北极星位置。一般来说会给两个数据，如图3右下角，一个是与北极点之间的精确距离，另一个是北极星在表盘上的角位置。由于岁差等因素的影响，北极星与北极点间的距离在缓慢变化，但基本都在40角分左右；而北极星的角位置则由于周日视运动在不断变化。我们根据这两个数据，操作赤道仪的水平方位角与俯仰角的调节机构，使北极星位于分划板上的指定位置。 5 对焦  图4 单线鱼骨对焦板 除了通过肉眼判断星点大小之外，还可以使用鱼骨对焦板来辅助对焦。将鱼骨对焦板覆盖在望远镜前端，再驱动望远镜指向一颗亮星，会发现星光经过对焦板的光栅之后形成了三条细长的亮线，如图。当合焦时，三条亮线会交于一点；失焦时，中间那条亮线会向两侧移动。鱼骨对焦板可以自己用硬纸板自制，光栅图形的生成可以访问astrojargon.net/MaskGen.aspx。  图5 经过单线鱼骨对焦板之后的星点图像。摄影：苏晨。 6 Goto校准 具有自动寻星（Goto）功能的赤道仪在进行准确Goto之前都必须要做校准，即需要告诉赤道仪目前它所指向的位置。最常用的两个校准方法是一星校准与解析同步，在校准之前，需要设置好零位。 一星校准不需要电脑辅助，适用于数码相机或视场较大的系统。具体操作很简单，就是根据赤道仪手柄指示，驱动望远镜指向一颗亮星并放入视场中央，然后按确认就行了。注意，在一星校准时，不能让望远镜处于比重锤更低的位置，系统很可能会因此产生误判。这种失误常常发生在校准星接近中天或刚过中天时，因此做一星校准时最好选择远离中天的亮星。解析同步是将赤道仪与相机连上电脑，指向任意天区并拍摄一张图像，TheSkyX等软件可以将图像与星图匹配，计算出图像中央的赤经赤纬值，这个过程就是解析。之后将软件解析的结果传给赤道仪，赤道仪据此建立指向模型，这个过程就是同步。相比一星校准，解析同步不需要人工驱动赤道仪指向一个特定的目标（这对于小视场的系统来说是个非常难办的事情），因此如果相机和赤道仪都能连接电脑操作的话，解析同步会是更好的选择。 7 相机参数设置 01 如果你使用的是数码单反： 首先需要关闭高感降噪、长曝光降噪、自动亮度优化、高光色调优先等一系列机内处理，关闭LiveView模式、打开反光镜预升，关闭图像自动旋转，图像格式设为全尺寸的Raw，ISO设置为800，拍摄模式采用B门模式并用快门线或者遥控器操控快门。 02 如果是使用镜头拍摄： 需要关闭镜头的自动对焦与防抖，光圈设为最大可用光圈并保持不变。 天文相机（CCD）的参数设置，主要是Gain与Offset的设置。大部分厂商都会在出厂前将它们设置好，不开放这两个值的调整。如果可以调，Offset应设置为能让偏置帧均值处于500~1000的值，增益则保持出厂预设不变即可。一旦设置好后，这两个值就不要再做改变，因为改变之后需要重新拍摄校准帧，并且调整它们并不能对画质带来实质上的改变。另外，像素合并模式（bin）选择Bin1x1，读出模式选择低速读出。 8 导星 现在常用的导星软件不少，例如MaxImDL、PHDGuiding2、NINA等软件都能执行导星，具体的操作因软件而异，这里就不再详述具体操作，只介绍一下导星的原理与一些普适性的问题。 首先，所有的导星软件都需要执行导星校准，因为软件一开始并不知道赤道仪的驱动速度与相机的旋转角度。良好校准是导星成功的前提，导星校准完以后大家可以查看校准数据，如果赤经赤纬两根线大致垂直并且长短大致相等，说明这次校准没有太大问题。  图6 校准数据一例，可见赤经、赤纬与图像的横、纵轴并不重合。导星的曝光时间不宜太短，因为大气时刻处于扰动之中，让星点不停地抖动，如果导星曝光时间很短，软件检测到这些抖动以后会让赤道仪去修正，弄巧成拙。当然导星的曝光时间也不能太长，因为跟踪误差有可能在修正之前就积累到不可挽回的地步。常用的导星曝光时间为1-5秒，我个人常用的曝光时间为3秒，如果视宁度很差就延长到5秒，视宁度较好就缩短到2秒。 9 曝光计划 当导星开始之后，我们的整套系统就正式进入拍摄状态，可以开始曝光了。根据叠加原理，我们可以把很长的曝光时间分割成较短的单张图像，拍摄多张，在后期处理时将它们叠加起来。一般来说，5-15分钟的单张曝光时间比较适宜，单张曝光时间如果太短，会引起读出噪声与量化噪声的严重积累，最终图像的信噪比会不太理想；如果太长，偶然的干扰就会导致非常严重的后果，比如你正在拍摄单张曝光30分钟的图像，一不小心碰了一下三脚架，那么一下子就浪费了30分钟！ 拍摄多久才能让画质比较理想？一个比较简单的方法是参考别人的作品，根据别人所使用的器材与曝光时间做为参考。比如某人拍摄的M106画质不错，使用的是焦比F5的望远镜，总曝光时间为10小时，那使用F7的望远镜，要获得相同的信噪比就需要曝光10x(7/5)2=19.6小时，即：需要达到相同的信噪比，曝光时间反比于焦比的平方。这样的计算并没有考虑到拍摄地环境、相机量子效率等其他因素的影响，只适用于光污染不严重（波特尔4级或光害地图蓝区）、拍摄的天体不太暗的情况。 10 校准帧的拍摄  偏置帧 CCD/CMOS在工作时需要一个基准电压（偏置电压），于是在最终图像中就会有一个与天体信号无关的值加在里面，这被称作偏置效应。偏置效应对图像会有一定程度的污染，可以通过拍摄偏置帧并在后期处理时做偏置校准的方式加以扣除。拍摄方法是，在遮光条件下，用相机允许的最短曝光时间、与亮场相同的参数（ISO等），拍摄50~100张。需要注意的是，经过一次开关机之后偏置的情况会发生变化，拍摄亮场与偏置之间，最好不要开关相机。 暗场 CCD/CMOS在曝光过程中，热能也会刺激半导体产生电子。和偏置效应一样，这会导致最终图像中有一个与天体信号无关的值加在里面，可以通过暗场校准加以扣除。暗场的拍摄方法是，在遮光条件下，采用与亮场（实际拍摄的天体图像）相同的参数设置、曝光时间与温度，拍摄20张以上。数码单反没有温控功能，因此很难拍摄到准确的暗场。可以在拍摄亮场时记录温度，然后在温度与亮场温度相同的空调房或者冰箱里拍摄暗场。 平场 由于光学系统存在周边减光效应、镜片上可能沾有灰尘等原因，CCD/CMOS的各个像素对光的灵敏度会有微小的不同，最终导致图像中出现渐晕、“甜甜圈”等现象。这被称作平场效应，可以通过平场校准去除。拍摄平场的方法是，采用与亮场相同的参数与光学情况（光圈、焦点、遮光罩、滤镜等须保持不变），对准均匀光源（日落后还没完全暗下来的天空、专用的发光平场板等），拍摄30~50张。单张曝光时间以过曝值的1/3左右为准，数码单反的用户可以打开色阶预览功能，让色阶处于中间，而天文相机的用户可以测量一下图像的均值，在2~3万为宜（假设过曝值为16bit对应的65535）。  图7 平场图像一例。  上面介绍了前期拍摄各个环节的操作方法，将它们串起来， 就是前期拍摄的常见流程了： 1 天黑之前到达拍摄地，组装器材。 2 调整平衡。 3 用远处景物粗略对焦、给导星设备对焦。 4 日落之后，拍摄平场。 5 能看见北极星之后，对极轴。 6 对赤道仪的Goto进行校准。 7 拍摄偏置。 8 昏影结束后，对焦，校准导星，开始拍摄亮场。 9 一夜的拍摄结束后，收拾器材。 以上流程没有加入暗场的拍摄，因为暗场不需要当场拍摄，可以回家补拍，保证拍摄温度和亮场差不多就行。 前期拍摄是需要大量经验积累的，几乎没有人能够在第一次拍摄时就顺利获得大量优质素材。跟着有经验的同好一起出去拍摄是入门的最好方式，多拍、多练是增加自己水平的重要手段。本文并不能手把手地教大家如何拍摄，只能根据笔者多年拍摄的经验与教训，给大家提供一些整体上的指导，希望有所帮助。 -END- 责任编辑 苏晨  本文原载于《天文爱好者》2020年第3期 《天文爱好者》推荐订阅方式： 1、全国各地邮局柜台均可订阅，邮发代号：2-352； 2、登录“中国邮政报刊订阅网”在线订阅：http://read.11185.cn ●往期推荐 ● ● 艰难的星光——如何在城区拍摄深空天体 ● 用手机拍摄星空 ● 如何查询与拍摄人造天体过境 霜降  扫码关注我们 欢迎投稿 投稿邮箱：aitianwen9@126.com 新浪微博：天文爱好者杂志 欢迎分享转发 转载须注明来源：天文爱好者杂志 我知道你在看哟  |
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