數碼攝影──如何用數碼相機拍攝天文照片

以下文章刊載於今期《天文愛好者》，這裏僅是文章的上半部，下期會談到使用網絡視像器（Webcam）拍攝天文照片。

一．導言

從前學習天文攝影，總是從固定攝影開始，拍攝星座、銀河，然後學習使用赤道儀，到熟習了自己的器材後，才拍攝高倍的行星、月球。可是數碼攝影漸趨普及以後，情況有了很大的改變。不少人拿著數碼相機或攝像頭，拍攝的第一張天文照片竟然是高倍的行星、月球。於是遇到了一連串的問題：怎樣才能準確對焦？該怎樣設定光圈、快門？怎樣疊合照片？怎樣做圖像處理？哪裏可以學習相關的技術？本文會嘗試為以上的問題提供一個答案，並重點介紹，使用數碼相機和攝像頭拍攝高倍行星照片的技術要點，以及有關電腦軟件的使用方法等。這些全是筆者的經驗之談，如有錯漏，懇請各方天文同好不吝指正。

二．CCD攝影儀器的種類

1.  靜態數碼相機（Digital still camera）──分可卸下和不可卸下鏡頭兩種：可卸下鏡頭的數碼相機用於放大攝影，可以採用（1）「直接焦點法（Prime focus）」、（2）「目鏡投影法（Eyepiece projection）」和（3）「目鏡加相機鏡頭投影法（又稱無焦點拍攝法，英文稱Afocal）」三種方法。不可卸下鏡頭的數碼相機只可以採用以上第三種方法拍攝。但由於在望遠鏡物鏡和感光CCD之間除了有目鏡外還有一組鏡頭阻礙光線，故拍攝效果一般以（3）為最差。巿面上絕大部分數碼相機都屬於不可卸下鏡頭的款式。

現時較多人使用的其中一款數碼相機

2 . 冷凍CCD相機（Cooled CCD camera）
由於CCD在曝光過程中會出現「雜訊（Noise）」，曝光時間愈長、拍攝場地的溫度愈高、雜訊便愈大。但只要把CCD冷凍至攝氏零度以下，雜訊便能大幅減少。使用冷凍CCD拍攝彩色照片需要分別使用紅、綠、蓝濾鏡拍攝，再把三種照片按比例疊合成一張（各拍攝數張至數十張），還有「平場（Flat field）」、除「暗流（Dark frame）、Bias calibration 等重要工序。技術要求非常高，而且售價昂貴，由數千至數萬元，甚至以上。長期以來，冷凍CCD一直是拍攝深空天體和高解像行星、月球照片的主要設備。

Starlight Xpress 的一款冷凍 CCD相機

這是近年才流行起來的方法。現今世界上最高水平的行星、月球照片很多都是使用網絡視像器拍攝的。它的好處是價錢平，只需數百元便可買到一個；缺點是必須配合電腦使用，而且CCD面積細小，只有數十萬像素，雜訊亦比前兩款CCD相機大得多。

現今最多人使用的一款網絡視像器Philip 的 ToUcam Pro 740

4.  數碼攝錄機（DV）
把攝錄機接駁在望遠鏡後面，把影像記錄在數碼攝錄帶上，再從攝錄帶上擷取影像。

5. 閉路電視鏡頭（CCTV）+ 數碼攝錄機
把閉路電視鏡頭接駁在望遠鏡後面，把攝取的影像傳送至數碼攝錄機，再從數碼攝錄帶上擷取影像。

以上4、5兩種方法我沒有試過，但就筆者的經驗之談，冷凍CCD的技術要求最高，其次是網絡視像器，而以數碼相機的技術最容易掌握，數碼攝影的初學者適宜由這裏開始。

三．選擇數碼相機的要點

1. CCD的有效像素不少於200萬（即1600 x1200像素），而最理想是達到310萬（即2048 x1536像素）。

2. 鏡頭前端要有螺絲紋，以方便製作接合環接駁至望遠鏡。

3. 鏡頭變焦的活動部分不能外露，否則當接上望遠鏡，调節相機鏡頭焦距時，鏡頭會撞上目鏡，引致損壞。

4. 要選擇能手動调節光圈、快門和白平衡（White balance）的機種。

5. 要選擇彩色顯示屏能调節角度的機種，這在拍攝位於天頂附近的拍攝物時很重要。

6. 能容許愈長時間曝光愈好。但須留意，有些相機雖設有B快門，但曝光時間仍有限制，如Nikon的Coolpix 990，在B快門下只能曝光60秒。必須注意，曝光時間愈長，感光速度愈高，雜訊愈大，見下圖拍攝 M42 中心的示範作品。

很多設定如感光速度、光圈、快門的組合，
要靠自己多嘗試實踐才可得到。

除了以上這些，如果相機有連環快拍設定、能設置快門線，並有自動減除Dark frame的裝置則更佳。

四．準確設定自己的數碼相機

1.  設定框幅
拍攝月球和太陽，宜選擇最高解像度、壓縮最小的模式。以筆者的Coolpix 990為例，它有三種框幅選擇：2048 x 1536像素、1024 x 768像素、640 x 480像素。以低倍率拍攝月球，應選擇2048 x 1536像素。以高倍率拍攝月球、行星則適宜選擇1024 x 768像素。

2.  設定白平衡
由於月球和太陽都是近乎黑白的影像，故可採用黑白或者日光模式。行星的光線來自太陽，故亦可採用日光模式。注意，即使經望遠鏡高倍放大，行星亦只佔整個畫面的很小部分，在這情況下，相機的自動白平衡會完全失效，行星會嚴重偏色。如果採用連環快拍模式，白平衡更會在拍攝過程中不斷改變，令行星出現不真實的顏色。

3.  設定光圈、快門、感光速度（ISO設定）
除了太陽以外，拍攝行星、月球和深空天體，都適宜採用「光圈先決」模式，先把光圈调至最大，再選擇合適的快門速度。雖然採用較高速的快門，照片受到大氣氣流的影響較小，但曝光不足，CCD產生的雜訊又會很大，拍攝者必須在此取得一個平衡。筆者提供一個重要的準則：拍攝行星、月球、太陽，最佳的曝光值便是CCD達致「飽和（Saturation）」之前的那一檔。

至於感光速度愈高，CCD的雜訊亦會愈高，因此感光速度的設定以愈低愈好。還有一點很重要，照片在「破壞性壓縮（JPEG）」模式下，行星影像以外的星空背景（黑色的部分）不會佔用記憶體，原來2048 x 1536像素會由佔用約1MB的記憶體變為只有100KB甚至數十KB，但在 ISO 200或400的感光設定下，拍攝同一樣東西的檔案會增大了數倍，原因在於原來全黑的背景充滿了雜訊，不再「全黑」的緣故。

五．數碼相機接上望遠鏡拍攝時的注意事項

1.  物鏡和相機鏡頭之間愈少障礙愈好，因此拍攝時切勿加上天頂棱鏡，這會令照片的拍攝效果大打折扣。

2.  鏡頭要盡量貼近目鏡，否則很容易出現「黑角」現象，兼嚴重影響成像素質。

從圖中右上角和左上角可看到明顯的黑角現像，左右不對稱正是因為目鏡和相機鏡頭光軸不一致。

3.  對焦要準確。拍攝者可以先通過目鏡對焦，然後加上相機拍攝；也可以先用目鏡粗略對焦，套上相機後從彩色顯示屏精確對焦。如果想對焦的準確度再提高一些，可以用數碼變焦把拍攝物放大2至4倍，调焦後再取消數碼變焦。有一點要留意，對焦前必須把相機焦點設定為無限遠，否則在自動對焦功能下，相機不斷尋找焦點，令原來已對焦準確的影像變得模糊。

好文！

4.  不要採用自動曝光模式。以筆者的Coolpix 990為例，它採用全開光圈測光，但在拍攝太陽和月球等光亮物體，曝光時卻會收細了光圈，令照片出現嚴重黑角。除此以外，更要關掉閃燈，否則會影響了白平衡。

5.  選擇適當的焦比（Focal ratio）拍攝是一個很重要的步驟。若放大倍率過小，便不能清楚表現出拍攝物的細節；若倍率過大，影像變暗，便要增加曝光時間，令照片更受大氣擾動影響。

一枝望遠鏡使用不同焦比拍攝土星的效果

使用Afocal方法拍攝，合成焦比（或稱有效焦比，Effective focal ratio，簡稱 E.F.L.）可從下式求得：
望遠鏡倍率 x 相機鏡頭焦距 ÷ 望遠鏡口徑（單位毫米）

舉例：一枝8吋口徑望遠鏡，焦距2000毫米，加上9毫米焦距目鏡得222倍。222 x 23.4毫米（CP990鏡頭焦距）= 5199毫米，5199毫米 ÷ 200毫米 = 26，則這套組合的合成焦比便是F26。

筆者經驗所得，在一般大氣條件下，介乎F25上下便是最適當的焦比。

待續：

後話：不要小覷你的小口徑望遠鏡，只要練得一身好技術，小口徑也可以有大作為。

以下是數張小口徑的示範作品：

3 " 鏡的木星

3 " 鏡的月球

3 " 鏡的月食照片

阅读后对数码天文摄影帮助很大，佳能兄辛苦了，谢谢你。

这才是图文并茂的好文章，增色《天爱》。可惜不知道印刷出来是否为彩色。

谢谢佳能兄，也带高兴和王传波谢谢你了！！！
你的指点让我解开了许多的困惑，如果明天天好的话，我将和高兴在南山天文台会合，那时应该能干点事了。

最初由 rjxie 发表
[B]阅读后对数码天文摄影帮助很大，佳能兄辛苦了，谢谢你。

不怎樣辛苦，但確花去不少睡眠的時間才得以完成。
尤其近月工作上很忙碌，夜半之時又要拍火星.......

希望多些朋友嘗試拍攝 2003 火星大沖這千載難逢天象，則即使自己辛苦一點也是值得的。

下个月就火星大冲了，大家加油吧。

好文章