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简易器材的深空天体摄影

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weiguo1688 发表于 2009-5-12 20:16 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国–广东–广州–越秀区 电信/海珠区电信

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本帖最后由 weiguo1688 于 2010-2-8 19:48 编辑

    这篇文章发表在《天文爱好者》09年2月期，现在把它放在这里与同好们共享。不过还是要说明一下，写这篇文章首先并不是鼓励同好们都去购买这样的器材；其次也不是要同其他器材“PK”（我个人比较反对动不动就PK）；再次对于大多数同好来说，给他这样的器材在良好的环境中也能达到这样的水平，只是别人没有去尝试而我做了。基本上发表这篇文章的目的同当年那篇《用好手中的廉价天文器材》是一样的，抛砖引玉，鼓励同好发挥手中现有器材的潜力。

   深空天体摄影作为天文观测的一个重要手段，被普遍应用在广大爱好者的天文观测中。看着动辄数万元的高级赤道仪、复消色差望远镜（APO）、天文CCD（冷冻CCD）、自动导星系统。对于很多天文爱好者来说犹如水中花、镜中月，可望而不可及。那么，一架简易的赤道仪、一支普通的天文望远镜、一部廉价的入门级单反相机，这些简单的器材组合在一起可以做深空天体摄影吗？可以，完全可以。只要选择正确的方法、适当的改造和精细调试与操作、以及精心的后期处理。我们完全可以利用这样一套简易的器材拍摄出精美的深空天体照片。看看下面这幅照片（猎户座大星云），便是用一架经过改装的EQ-1简易赤道仪＋80600普消折射望远镜＋Canon EOS300D相机拍摄的。



                               
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   （图片01）猎户座大星云

  我们就拿这套器材为例，说明如何用简易的设备拍摄深空天体。


                               
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   （图片02）拍摄这张照片的器材

   先要确定合适的方法。深空天体摄影属于跟踪摄影。由于地球的自转，从地球上看来大多数天体都是东升西落（流星、人造卫星等除外），在天文学中把这种运动称为“周日视运动”。由于深空天体非常暗淡，拍摄它们都需要进行长时间曝光，少则数十秒，多则数十分钟。对于如此之长的曝光时间，固定摄影只能拍摄到天体在周日视运动中运行的轨迹（星迹）。因此，必须进行跟踪摄影。跟踪摄影中最关键的就是赤道仪，首先你必须要有一架能够自动跟踪的赤道仪，其次这架赤道仪要有足够的跟踪精度，否则拍摄的照片中星点一样会出现星迹（拖线）。

   简易赤道仪一般没有自动跟踪装置，我们可以自己改装一个简易跟踪装置，非常简单。一只风扇定时器，一只CD机芯中的小型马达，简单的改造一下，把它固定到赤道仪的赤经轴上，一个简易的自动跟踪装置就完成了。当然，还要有一个驱动和控制装置。可以制作一个调速电路。为了控制和操作方便，我们在控制电路中增加了调速旋钮和前进、后退按钮，整个控制器使用了不到20个器件，非常简单。现在我们已经把简易赤道仪改造成了一架具有单轴自动跟踪的赤道仪。当然，还可以进一步地改造，增加一个赤纬轴的电动微调，这样一来就成为了一架“准双轴”自动跟踪的赤道仪。可以用一只报废的电动电位器（音响中用来遥控音量的东西）来改装。这里不需要控制电路，只需安装两只按钮控制马达正、反转就可以了。

                               
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   （图片03）经过改造的赤道仪赤经跟踪装置


                               
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（图片04）经过改造的赤纬电动微调装置


                               
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（图片05）跟踪控制盒

   解决了自动跟踪问题，下面就要考虑跟踪精度了。有一个简单的方法可以解决跟踪精度不足的问题，那就是导星。利用目标天体附近的一颗恒星作为引导星，以它来引导赤道仪跟随目标做精确的周日视运动。对于高级赤道仪，在调试良好的情况下，即便不导星也可以在十多分钟内精确地跟踪目标天体，但对简易赤道仪来说，在没有导星的情况下，即使数十秒也会出现明显的偏差。所以要利用简易赤道仪拍摄深空天体，导星是必要的。手动导星是最廉价和最易实现的方案，只需要一支小型望远镜做导星镜，改造一支H5或H10目镜做导星目镜，在望远镜的前端装一只红色发光二极管作为视野照明，这样，一个简单的导星装置就完成了。


                               
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（图片06）导星镜前端的红色视野照明


                               
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（图片07）H5目镜改造的导星目镜内视场

   由于普通的简易赤道仪只是用来承载一架小型望远镜，因此必须在赤道仪上增加一个装置，让它能够同时承载拍摄用的望远镜和导星镜。制做一个简易的云台板，在云台板上安装一个微动支架（或者一个球台），用它来承载导星镜非常方便。赤道仪的负荷增加了，为了保持平衡，重锤也要相应增加，可以把跟踪用的电池作为配重挂在重锤上。
在改造过程中有一些细节问题需要注意的。首先要调整赤道仪蜗轮蜗杆的配合，既不能太松也不能太紧。太松的话会出现太大的虚位；太紧跟踪马达可能会转不动。其次要调整赤经轴后面的螺栓。太紧赤经轴会转不动；太松赤经轴会出现晃动，这些细节的调整都会影响到拍摄时的跟踪精度。

                               
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（图片08）赤道仪的蜗轮蜗杆


                               
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（图片09）赤经轴后端的螺栓
   通过以上的改造，我们就拥有了一个简易的深空摄影平台，把望远镜、导星镜安装在这个平台上，就可以进行深空天体摄影的尝试了。在开始拍摄前，赤道仪的架设与调试是非常重要的一环。首先，在赤道仪上安装全部载荷后，要调整赤道仪赤经、赤纬两轴的平衡。这对跟踪精度的影响很大，虽然很难保证在任何一个位置系统都是平衡的，最少也要保证在某一个范围内是平衡的。

   然后就是艰难的极轴校准。极轴校准对于深空天体摄影是如此的重要，以至于很多摄影高手们情愿花去一个整夜的宝贵时间来校准它。在深空天体摄影中，精确地校准极轴，绝对可以使你事半功倍！尤其是对于手动导星，可以大大地降低工作强度。我曾经试过在一次拍摄过程中连续跟踪两个多小时而无须微调赤纬偏差，这完全得益于精确的极轴校准。对于简易型的赤道仪，在没有极轴镜的情况下如何能够精确的校准极轴呢？最好的方法就是“漂移法”。配合前面改造的那支导星镜，我们就可以使用“漂移法”校准极轴。具体的操作方法就不在这里描述了，可以参考其他相关的书籍或网络文章。一般来说，大约需要1-2个小时我们就可以把极轴对得比较准确了。

   相机与望远镜的连接一般会采用转接环的形式，我们使用一只EF卡口转M42罗口的转接环就可以把Canon单反相机的机身连接在望远镜的调焦筒上(其他型号的相机需要配合相应的转接环)。对焦，也是深空天体摄影中非常关键的一个环节。精准对焦是获得精美照片的前提条件。由于深空天体非常暗淡，在相机的取景器中目视对焦几乎是不可能的。最可靠的办法就是试拍。可以在白天拍摄远处的目标找到准确的焦点，在调焦筒上作下标记，夜晚拍摄的时候先把调焦筒调整到标记的位置，然后试拍并前后调整调焦手轮，这样可以很快找到焦点位置。不过有一点要说明的，使用普消折射望远镜拍摄到的星点不会像复消色差望远镜（APO）那么锐利。


                               
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（图片10）相机与望远镜的连接、转接环
    在这一切准备工作结束之后，我们就可以正式开始拍摄了。对准拍摄目标，然后取景，然后调整导星镜对准目标附近的一颗恒星，并把它置于视场中的十字丝附近，按动跟踪控制手柄上的按钮，保持引导星在该位置静止不动。这个过程也许并不容易，H5或H10目镜的视场会比较小，寻找引导星会非常不便，因此开始的时候我们需要使用一只长焦目镜（例如K25或PL25），把引导星置于视场中央，然后再换上短焦的导星目镜。跟踪速度可以先调整调速电位器的旋钮，基本保证星点在导星镜的视场中静止不动。由于简易赤道仪的机械精度低，你可能需要不停的按动赤经轴的前进和后退按钮，多尝试几次你就能够找到规律，这可是个孰能生巧的活。下面就是打开相机快门曝光，长时间曝光可以借助遥控器或快门线。在整个曝光过程中一定要保持引导星在视场中位置稳定，还有就是千万不要碰到望远镜或赤道仪，否则将前功尽弃！一次导星几分钟甚至十几分钟的确很辛苦，需要目不转睛地盯住导星镜视场中的星点，不过辛勤的付出必然会得到丰硕的回报，你也可以用手中的简易器材拍摄到精美的深空天体照片。

   拍摄过程只是得到一幅精美深空天体照片的其中一个步骤。精心操作获得的数字影像还需要通过后期处理来获得最终的结果。具体如何去做，很多天文摄影书籍中都有详尽的介绍，这里只强调几点。一是拍摄的时候一定要使用RAW格式，这种格式纪录的数字影像为我们保留了相机感应器所感知的目标天体的全部信息，哪怕是暗弱的无法看到信息；二是在把RAW格式转换成我们能够处理的图片格式（TIFF）时，一定要用专门的天文影像处理软件（IRIS、MaxIm DL等等）。只有这样获得的TIFF图片文档才能在后期处理中准确的减暗场、除平场。再就是，拍摄多张照片用来叠加，可以大幅度提高照片的信杂比，同时还可以提高照片对不同亮度天体的宽容度，获得更加丰富的细节。因此，可能一个晚上都不能完成一个目标的拍摄，不过没关系，我们可以等待下一个观测的夜晚继续来完成它。最后，由于手动导星的精度毕竟有限，出现星点轻微拖线或场旋的情况也很正常，这些我们也可以通过后期处理，做星点和场旋修正来改善效果。

   还有很重要的一点需要说明，那就是深空天体摄影需要有良好的观测环境——没有或轻微的光害、通透的大气，这些是获得精美深空照片的必要条件。虽然在有光害的城市中可以利用专业器材（窄带滤镜＋单色CCD）来拍摄深空天体，但对于使用简易器材的爱好者来说城市光害的影响绝对是毁灭性的。因此我们经常需要长途跋涉去到一个没有光害的远离城市的地方，对于没有车辆代步的同好扛着一堆器材外出观测是非常辛苦的。还好，我们使用的这套简易器材异常轻便，可以用一只户外旅行包全部装下。

                               
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（图片11）一个旅行包装下的全部器材，甚至野外露营用的帐篷也装进去了

   下面我们来看看这套简易器材拍摄的几个深空天体照片，这些照片都是在野外拍摄的，有些需要两个夜晚来完成它。

   昴星团M45，这张照片使用了5张600秒曝光的照片和1张500秒曝光照片叠加而成的。总曝光时间接近1个小时；

                               
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（图片12）昴星团M45

   仙女座大星系M31，这幅照片是两个夜晚完成的，叠加了10张曝光时间300-600秒不等的照片；

                               
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（图片13）仙女座大星云M31

   火焰与马头星云IC434，这幅照片也是拍摄了两个夜晚才完成的，叠加了10张曝光时间700-900秒不等的照片；

                               
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（图片14）火焰与马头星云IC434

   玫瑰星云NGC2237，两个夜晚拍摄的6张曝光600-700秒的照片叠加而成的；

                               
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（图片15）玫瑰星云NGC2237

   前面的那幅猎户座大星云也是2个夜晚拍摄完成的，叠加了曝光时间30-600秒的10张照片。

   上面这些深空天体照片虽然不能同高档器材拍摄的相媲美，但对于所使用的器材来讲已经是物有所值了。
器材, 天体, 摄影, 深空

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欢迎光临大宝的个人空间光影与星空http://weiguo1688.blog.163.com/（网易）
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购买望远镜就在牧夫天文商城
kson 发表于 2009-5-12 20:18 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–佛山 联通
学习！但不知啥时候能到这境界！
開信光電 見地高遠
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 楼主| weiguo1688 发表于 2009-5-12 20:24 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州–越秀区 电信/海珠区电信
临渊羡鱼，不如归而结网！从现在做起，总有一天可以达到这样的境界。
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maytel 发表于 2009-5-12 21:31 | 显示全部楼层 来自： 中国–台湾–台北市 中华电信
不比當年底片拍攝
現在天文攝影主要還是靠CCD的威力
藉著疊加與CCD的量子效益遠大於底片
只要用心都會有不俗的成果
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bymk 发表于 2009-5-12 21:36 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–肇庆–端州区 电信
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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migandsu 发表于 2009-5-12 21:56 | 显示全部楼层 来自： 中国–山东–枣庄 联通
偶像又出来活动了，眼前我认为最难解决的是电跟与导星问题
吃得苦中苦，方为人上人
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northwolfwu 发表于 2009-5-12 22:26 | 显示全部楼层 来自： 中国–江苏–南京 电信
偶像，崇拜阿！
感觉现在最难的还是对焦，我再想想把这个专题再细化一下，让大家都能够动手来做。
We are the children in the same sky!
个人星空照片集锦，欢迎来坐坐。
http://www.astrobin.com/users/northwolfwu/
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小兵弓长 发表于 2009-5-12 22:27 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 阿里云BGP服务器
同意LS所言。。。。。。
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夜的眼睛 发表于 2009-5-12 22:58 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 联通
希望楼主多帮一帮菜鸟……

天文摄影的确不是一夕之功，但是普通的人要上手还真是有难度的，有的同好就问我，赤道仪到底怎么用？自己跟月亮已经手忙脚乱了……

诚挚希望楼主不吝赐教，多写一些更基础的东西和大家分享！
我代表所有的菜鸟表示感谢！
我心ED
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微细黑洞 发表于 2009-5-13 00:03 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–湛江 电信
真是不敢相信，厉害！
借一块砖头给你，帮我把路灯给砸了！谢谢！
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djf 发表于 2009-5-13 00:53 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州 电信
楼主对改装器材确是驾轻就熟哪。
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djf 发表于 2009-5-13 00:54 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州 电信
楼主对改装器材确是驾轻就熟哪。
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djf 发表于 2009-5-13 00:56 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州 电信
楼主对改装器材确是驾轻就熟哪。
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rocguan 发表于 2009-5-13 00:59 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–佛山–南海区 电信
我现在最大的问题也是电动跟踪的问题！还没能制作出来呢！
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天涯若比邻 发表于 2009-5-13 08:45 | 显示全部楼层 来自： 中国–湖南–衡阳 电信
本帖最后由 天涯若比邻 于 2009-5-13 08:47 编辑

这个可不像楼主说的那么简单啊！需要比较强的动手能力和各方面知识的储备！当然如果你是一个有心人,达到.或者超越楼主的水平也是指日可待的!
爱篮球。爱音乐。爱天文！一个平凡并且乐于平凡的人！
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小小俊 发表于 2009-5-13 09:18 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 华数宽带
大宝啊，
我也想用 80普消主镜 + 60JDS&840k 来导星来试试,
请问需要导星软件吗？我想法是只要将星点调整在 840K 视场中间就行了。
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xueyi1121 发表于 2009-5-13 09:30 | 显示全部楼层 来自： 中国–江西–赣州 电信
好贴  做个记号
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snzsy 发表于 2009-5-13 09:37 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京–海淀区 联通

                               
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请问赤道仪和小镜子之间的，也就是接相机的那个东西是什么？
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 楼主| weiguo1688 发表于 2009-5-13 09:51 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州–越秀区 电信/海珠区电信
大宝啊，
我也想用 80普消主镜 + 60JDS&840k 来导星来试试,
请问需要导星软件吗？我想法是只要将星点调整在 840K 视场中间就行了。
小小俊 发表于 2009-5-13 09:18

                               
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关键看你使用什么型号的赤道仪，如果是支持自动导星的赤道仪，当然可以选择自动导星。用840k自动导星需要笔记本电脑和安装导星软件。如果赤道仪不支持自动导星，那就选择手动导星。使用K3CCD的十字叉丝功能，可以轻易判断星点的移动。低版本的汉化版K3CCD可以在我的空间下载。
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 楼主| weiguo1688 发表于 2009-5-13 10:00 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–广州–越秀区 电信/海珠区电信
http://p2.images22.51img1.com/6000/wei_guo1688/21d99f51dba73609242e7cc9912bf58b.jpg

请问赤道仪和小镜子之间的，也就是接相机的那个东西是什么？
snzsy 发表于 2009-5-13 09:37

                               
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赤道仪和小镜子之间是云台板，在云台板上安装一个经纬台，小镜子就安装在经纬台上。其实可以用一个更好用的球台在安装小望远镜。
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