【从零开始的深空摄影03】三大体简介之相机篇

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主笔及整理：Davylee

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众所周知，日常使用相机摄影需要三大件：相机，镜头，三脚架。有的人觉得三脚架放到这里不够格，但严谨的摄影者（如商业摄影师）都会理解脚架的重要性并且砸的钱也不会少。
而在天文摄影里面，这三大件分别对应：相机——天文专用相机
镜头——天文望远镜
脚架——赤道仪
以及天文摄影不需要像工作室摄影那样的氪金灯光设备，实乃钱包之甚幸。
作为开场，我们先对天文相机做一下简单的介绍，之后还会做额外的理论层面讲解。虽然我们自己是做专业天文相机的，但从严谨的科普角度来讲，我们还是要先说一下天文相机的另外几个门类——天文改机和宾得系相机等。

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1.天文改机
改机，顾名思义，就是通过对相机的改装来改变一部分性能，使它更适合拍摄自己想要拍摄的目标。一般改机方式有更换、增减内置滤镜，增加冷冻装置，移动传感器位置等，而当前国内市场的天文摄影改机主要做的还是对相机内置滤镜的更换和增添，也是改机的灵魂所在。通常我们所说的天文改机，都是从相机默认的红外截止滤镜（顾名思义，过滤红外波段的滤镜）换成BCF滤镜（天文改机滤镜）。不过这里面要特殊强调一下，这种变更带来的变化并不是单纯增加红外透过率，而更多的是R通道（红光）的透过。具体原理在此不多做解释，总之就结果而言改机可以比正常的数码相机捕捉到更多的红光，这对深空题材的摄影来说是很有帮助的。

蓝线为某品牌的改机滤镜，红线为佳能400D相机自带的红外截止滤镜。超过1000nm波段的透过率可忽略不计（相机难以识别），所以改机所增加的透过，绝大多数在Red波段（约620-770nm为红光波段）。

也有一些其他类型的滤镜改造。比如有些人喜欢拍星野，会使用一块轻度光害滤镜来压制天光；也有人因为镜子的光学设计问题而选择直接去掉相机默认的红外截止滤镜，在CMOS和镜片之间另外寻找位置安装红外截止滤镜，等等。当然这些对于入门者来说都是后话了。改机最大的优势是在成本方面。因为大多数改机采用的都是中古时期的老单反（拿最新旗舰做改机你不心疼的么？？），在市场上可以低价获得，改机的改装费用也较为合理。手头预算有限的爱好者可以尝试。但改机是有极限的，其在诸多方面都有局限性。比如没有应对长曝光的制冷；其操作逻辑依旧是普通数码单反的逻辑（改机只改硬件不改软件），这种逻辑不够底层，对于严肃深空摄影来讲还不够专业等。另外就是由于相机一经改机处理之后便不再能应用于日常摄影，出二手时折价的区间波动自然高于原机。目前市场上入门级别的天文制冷相机的价格也比较容易接受了，请打算入门的天文爱好者根据自己的预算合理规划器材的购置。

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2.宾得系Pentax
放眼全世界这也是深空摄影圈中小众中的小众（尤其是国内），这里权当是科普，大家简单了解一下这个脉络就好。Pentax在今天哪怕是对于多数日常摄影爱好者来讲也是“只听说过但没用过”的存在，但对于一些有几十年摄影经验，从胶片时代一路走过来的老法师来讲，宾得肯定是一个如雷贯耳的名字。宾得对于拍星空似乎有着特殊的执念，它会在相机中内置一些奇奇怪怪的方便星空摄影的功能。
比如，在目前宾得的新旗舰单反机型里，除了祖传的强悍的野外三防外，宾得机还可以自动识别设备所在的经纬度，甚至还能够基于特殊的防抖技术让相机的传感器产生微量位移以在一段时间内抵消地球自转的影响，防止星点位移。听这句话有点耳熟？没错，这个技术大致相当于在机身内部内嵌了一台经纬仪（我们下期讲）。惊不惊喜意不意外？

虽然听起来很美好，实际使用上也是存在局限的。这种设计主要服务于星野摄影，对深空摄影来说依然没办法完全替代专业设备。另外，国外深空摄影圈也有少部分人（信仰用户）使用中画幅的宾得645系列，但真的没什么性价比可言，其专业性也达不到这个价格应有的水平。

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3. 天文制冷CCD/CMOS相机
接下来就是我们自己了——专业设计的天文相机。

制冷CMOS相机QHY183

以传感器类型划分，天文相机可分为天文CCD和天文CMOS两种。关于两类芯片的区分是一块非常重要的内容，我们会在单开一篇详述。在这里我们先说一下其他几个基本问题。首先，为什么要制冷？在深空摄影中，连续超长时间长曝光是最基本的操作。相机连续工作几个小时是再正常不过的事情。于是问题就出现了。相机连续工作过久就会发热，比如有些用户平时拿相机拍视频可能拍着拍着就停止工作或死机了。黑卡6用户、EOS R用户已退出群聊。不过，深空摄影要做到的不只是防止死机而已。大家应该多多少少听说过“热噪点”这个词，指的就是相机传感器因发热产生的噪点。噪点对于深空摄影来说是致命的（想象一下你拿手机拍夜景时满屏的雪花点难不难受？），噪点自然是越少越好，而相机温度越低则噪点越少。QHY系列相机拥有着长达十几年的相机制冷技术，大部分相机能够制冷至低于环境温35摄氏度，部分CCD相机可低至低于环境温40摄氏度。制冷是天文相机的基本功，制冷不到位上最好的芯片也是白给，就像高中班主任经常告诫大家的那样：“基础不牢，地动山摇”。当然，制冷技术并不单单是降温否则单反外面上冰块棉被岂不美哉，也包括降温所导致的一系列问题的解决。比如温度太低了之后传感器可能会起雾、结露甚至结霜。因此，制冷技术至少还要包括防结露结霜、干燥、真空等技术。那么天文制冷相机除了制冷以外就和普通数码相机没区别了吗？当然不是。还有一点非常重要的是原始的数据格式和控制逻辑。曾经有这样的天文爱好者在买来我们的相机之后，在白天通电调试设备，然后发现屏幕上呈现出的图像画质大打折扣，还比不上同等画幅尺寸的家用单反甚至是等画幅的工业相机。但奇怪的是等到拿到野外实拍天体时后两者的成像素质完全被吊打，完全没法看。除了和天文改机类似的滤镜片问题导致通光问题外，普通相机和天文相机另一个重大差距是天文相机写入和读出的是最原始的数据，而普通消费级相机不是。可能这时就有人不服了：现在相机不都自带RAW格式吗？怎么就不原始了？但很遗憾的是，即使是RAW格式的输出，也是被数码相机处理过的。几乎所有的相机在输出时都会在机内对数据进行算法优化，如锐化或者降噪等等。也就是说即使是RAW格式的文件也是被机内PS过的。这种基本程度的优化在日常摄影中是完全能被接受的，或是必要的（你要是拿真正的原生数据给模特小姐姐看那可能就不是丢饭碗那么简单了），但同样的算法对于深空摄影就成了致命打击。比如，曾经的索尼微单的机内算法有比较强大的降噪功能，导致拍摄出的一些星点被直接当成噪点“和谐”掉了，也就是圈内所说的“吞星”现象。一些不愿意背叛信仰的大法爱好者曾经一度采取删改系统代码的方式来坚守信仰。不知如今的索尼固件是否还存在此现象，笔者尚未考证。总之，天文相机的开发基本都是在传感器的底层进行，所获得的数据也是由底层而来，也正是因此在天文操作软件中我们能看到的参数项都比较原始, 日常相机操作界面是看不到的。这也是我们上文提到的天文相机和改机的重要区别之一。另外，天文相机还有黑白和彩色之分，而目前的消费级单反无反市场已经很难看到黑白相机了。关于黑白和彩色的优劣，我们在讲芯片原理时会继续分析。

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4.行星/导星相机
这是天文相机的另一大门类。行星摄影（太阳系摄影）和深空摄影对器材的要求并不尽相同，原因在于它们的拍摄方式和后期处理的方式不同，这里我们暂且提一笔。深空摄影一般的流程是相机持续工作--长曝光拍摄多组照片--叠加和后期，但行星摄影的要求是更为简单粗暴的四字要诀：唯快不破。相对而言，行星拍摄设备对于帧率的要求要高于画幅等一系列其他重要指标。这一方面是行星拍摄需要对抗视宁度的影响（这里先暂且理解为大气扰动程度），另外拍摄部分天体时还考虑其自身的自转带来的图像差异。总之拍摄行星需要在短时间内拍摄出能用来叠加的大量图像，甚至高速连拍都没办法满足要求，于是出现了一种处理方式是前期直接拍摄视频，然后抽帧叠加。我曾经问大师怎么才能拍好月亮，大师一笑：先叠它个一万张。也正因此行星相机一般都采用小的传感器，降低单帧的数据量以提高帧率。比如QHY5III系列，在USB3.0的加持下可以轻松飙到每秒一百帧。上面那个叠加一万张的梗并不全是玩笑，以5III系列的帧率算拍出几万帧（等同于几万张叠加素材）也就是两三分钟的事。由于性能出众，目前国内已经有多家天文台/天文馆使用QHY5III系列相机做行星实时直播，开展大众天文科普工作。

行星导星相机QHY5III290

行星拍摄所持续时间一般较短，因此通常不需要制冷。少了制冷这一大块硬件加上不大的传感器，行星相机的价格要比制冷天文相机低很多。当然，使用制冷相机拍行星题材也没有问题，只要能满足一定的帧率要求就可以。

使用制冷天文相机QHY183拍摄的月面局部（by Luc Mazan)。QHY183由于是入门机型，一英寸的小画幅可以在带来不错的画质同时也能保证足够的帧率，可以同时满足深空和行星题材的拍摄。

至于导星的话，行星相机基本都可胜任导星任务，因为到了导星这边对帧率的要求也没那么高了。关于导星的意义及操作我们会在之后的文章中细讲。总之如果只是单纯的导星的话一个几百块的导星相机就能够胜任了，偶尔拿来拍个月亮也是轻松自如。月亮：我不要面子的吗关于相机的简介今天就暂时先到这里。当然，对于相机的介绍远远不止这些，单就硬件方面来讲这也只能算是敲门砖。深空摄影对相机原理的理解和对相机设备的操作是核心，之后的大部分内容里，相机都将会是我们的主角。（未完待续）

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