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怎樣以 ToUcam 拍攝火星

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newcanon 发表于 2003-8-21 06:49 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

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以下文章會刊載於上海《都市星空》雜誌


一‧導言
長期以來,冷凍CCD相機(Cooled CCD camera)一直是拍攝深空天體和高解像行星、月球照片的主要設備。但使用冷凍CCD相機拍攝一張彩色照片,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)。拍攝前還需要先做「平場(Flat field)」、Bias calibration,拍攝後又要做除「暗流(Dark frame)等重要工序,技術要求非常高;而且售價昂貴,每台冷凍CCD相機售價由數千至數萬元,甚至以上,因此以往要參與數碼天文攝影並不容易。直至民用的「靜態數碼相機(Digital still camera)」漸趨普及,天文愛好者可說多了一個選擇。可是由於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。論拍攝效果,沒有冷凍裝置的數碼相機遠遜於冷凍CCD相機。
直至網絡視像器(Webcam)普及,情況又有了改變。它不僅只需數百元,比冷凍CCD相機便宜很多,在拍攝月球、行星方面,效果更媲美、甚至超越冷凍CCD相機。事實上,現今世界上最高水平的月球、行星照片很多都是使用網絡視像器拍攝的。
本文有兩個重點,除了會介紹當今最多人採用、口碑最好的一款網絡視像器Philip的ToUcam Pro 740,具體介紹其操作,還會介紹現今最流行的一款影像處理(image processing)軟件Registax(V 1.1 beta)的使用方法。

二‧網絡視像器的拍攝原理
底片、數碼相機、冷凍CCD相機拍攝的是定格照片。網絡視像器則除了可以拍攝定格照片外,還可以拍攝AVI格式的短片。以每秒5格、10格或以上的速度把拍攝物記錄下來,曝光則可以設定為數十分之一秒到萬分之一秒。若以每張定格照片比較,網絡視像器的雜訊是最大的,但雜訊可以通過「疊合(Stacking)」方法大幅減少。做法是先用軟件把AVI短片轉作一幅幅BMP格式的硬照,把這些硬照用軟件疊合起來便成為一張原始影像(raw image)。有了原始影像便可以運用Photoshop等軟件作進一步的影像處理。

1_toucam_3.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:52 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

三‧ToUcam Pro 的各項設定與操作

1. 開啟Philips VLounge程式,點擊VRecord

2_toucam_interface.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:53 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

2. 開啟新檔案,為新檔案命名

路徑(path):File / Set Capture File
建議AVI檔案採用「拍攝物_年月日時分」的方式命名,時間採用24小時制。如:Mars_200307300325,便表示這段火星短片在2003年7月30日凌晨3時25分拍攝。這樣命名的好處是檔案名稱不會重複,兼容易翻查紀錄。

3_toucam_set captured file.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:54 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

3. 選擇拍攝用的框幅

路徑:Options / Video Format
ToUcam的CCD只有30萬像素(pixel),最大的框幅有640 x 480像素,但你可以把它設定為不同的框幅拍攝,如160 x 120,176 x 144,240 x 176,320 x 240,352 x 288,640 x 480等6項。而它預設(default)在 320 x 240像素。請留意,只有352 x 288和640 x 480兩項,影像的大小會保持不變,若點選其他框幅,經望遠鏡放大的影像會按比例縮小。舉例,若火星在640 x 480像素框幅下直徑有100像素,在352 x 288下仍是100像素,但在320 x 240像素下火星只有50像素,故建議採用352 x 288像素的一項。但有一點必須留意,檔案大小與框幅面積成比例,即拍攝同一物體,同一長度的AVI短片,640 x 480的檔案大小是320 x 240 的4倍。

4_toucam_format.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:55 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

4. 關閉ToUcam的錄音功能

路徑:Capture / Capture Audio(沒有剔號代表已關閉)
ToUcam能同時錄下聲音和影像,但當開啟了錄音功能,錄取AVI短片時往往會出現掉幀(drop frame)的情況;若掉幀出現在短片的最初幾張,圖像處理軟件Registax便不能辨認和開啟這個檔案,因此拍攝前必須先關閉ToUcam的錄音功能。

5_toucam_unclick captured audio.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:56 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

5. 設定拍攝速度(frame rate)

路徑:Capture / Set Frame Rate
ToUcam的拍攝速度可以設定為每秒5格、10、15、20、25、30、60等7個速度。拍攝速度高,表示在固定時間內可取得更多影像;供疊合的影像多便能減少噪音,增加訊噪比(S/N ratio);可是,當電腦的運算速度跟不上,便會出現一種名叫read out noice的噪音。經過權衡,每秒10格是最佳的拍攝速度。

6_toucam_set frame rate.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:58 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

6. ToUcam的其他設定_Image controls

路徑:Options / Video Properties / Image controls
1. Frame rate(拍攝速度):確保拍攝速度已設定為每秒10格。
2. Control:當第一次開啟ToUcam,它操作介面內各項設定都是全自動的,點擊Control下的方格,取消全自動操作設定。
3. Brightness(光度):預設值是50,記著任何時候也不要動它。
4. Gamma:愈往左推,反差愈高。當大氣透明度高,便應推向左一點,反之便向右推。我的設定一般在10至40之間(設最左為0,最右為100)。
5. Saturation(色彩飽和度):我的設定一般在60至90之間,當大氣透明度高,便應推向右一點,反之便向左推。
6. Modes(模式):拍攝月球時可選取黑白模式。

7_toucam_image controls.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 06:59 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

7. ToUcam的其他設定_Camera controls

路徑:Options / Video Properties / Camera controls
1. White balance(白平衡):這設定十分重要,若錯了火星便會失去很多細節。调校方法一:先點擊Auto,讓它自動调校,認為顏色正確便再點擊Auto,保留這設定。方法二:以目視的火星顏色為參考作调校。記著,因動幅太大,不要用滑鼠直接推動操作介面上的调節桿,應點擊调節桿,用鍵盤上的箭咀逐格移動。
2. Exposure and Gain(曝光與增益):先點擊Auto取消自動曝光,手動曝光設定由1/25秒到1/10000秒。以1/25秒開始,若火星太亮便減少增益,太暗便增加增益(即把Gain的調節杆向右推)。若增益是零仍然曝光過度,曝光設定便改為1/33秒甚至1/50秒,餘此類推。
3. Audio controls:一開始我們已取消了ToUcam的錄音功能,故不用理會這個版面。

8_toucam_camera controls.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:00 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

四 Registax 的各項設定與操作

1.  Registax是甚麼?
Registax是一個在網上供自由下載的免費軟件,功能強大。除了可以自動選擇影像與疊合影像,還具備其他影像處理的功能。除了AVI短片,Registax (V1.1beta版本)還能處理BMP、JPG和FIT格式的檔案。
Registax可從以下網址下載:
http://aberrator.astronomy.net/registax/html/download.html
2.  Registax能處理長度多少的AVI短片?
AVI短片以2400幀(frame)為上限,過長的部分它不能處理。設每秒拍攝10格,2400幀便等於一段4分鐘的AVI短片。考慮到行星的自轉,當疊合一段過長的AVI短片,便會「抹去」了圖像的細節,因此我們會以3分鐘,甚至2分鐘為時間上限;拍攝10小時自轉一周的木星時,有些同好的AVI短片甚至不會超過1分鐘。

3.  開啟檔案,選取參考影像
點擊Select input(在Registax首個版面的左上角),選取要開啟的檔案後,它隋即會跳到如下畫面,這時軟件會自動把AVI檔案轉換成一列BMP的序列。如檔案未能開啟,請重複做多一次(這是Registax內的一個Bug),若仍未能開啟,多半是短片最初的數幀出現掉幀的情況,這時便要改用軟件avi2bmp以人手操作。因篇幅關係,這些留待下期介紹。
點擊Colour processing,點擊Show frame list,從序列中選取一張較為清晰的作參考影像,你可從序列逐格點選,亦可用滑鼠快速移動底部的橫杆點選。這裏選取了第72個影像。

9_registax_select the best frame.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:01 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

4. 對齊影像(Align images)

選取適當的Alignment box(位置在右下角),方框應比拍攝物稍大,只要在火星上左擊一下,便會跳至如下的畫面。請留意,點選的方框愈大,影像處理所需時間愈長。

10_toucam_set quality estimate.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:03 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司
1. Optimize until的數值愈小,則Align和Stacking的效果便愈細緻。通常我把它設定為10%;當設定為1%時,電腦用作處理的時間便會增加數倍,速度在P3以下的電腦,可能要5至6小時才能完成Align的步驟!
2. Search area表示在對齊影像的過程中,每Align一次移動兩像素。
3. Lower quality:與參考影像比較,清晰程度相差在80%以外的frames,Registax不會為你Align,即Registration properties右邊虛線的部分。
4. Track object:如赤道儀追蹤準確度欠佳或未對準極軸,拍攝物會在視場來回移動,離開了Alignment box的範圍,啟動了Track object,Align的步驟便較為準確。
5. Predict track:軟件會估計拍攝物移動的方向,增加Align的準確度。
6. Misalign warning:當點選了,若拍攝物離開Alignment box時,Registax會發出提示訊息。
7. Quality estimate:移動上下箭咀,使數值介乎1至2之間。
8. Optimize(優化影像):在對齊影像後,Registax會再作細緻的调整。

11_toucam_stackgraph cutout copy.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:06 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

5. 疊合影像(Stack image)

Stackgrgph 上有兩條軸,橫軸是數量,由AVI短片轉化的影像按清晰程度由左至右排列;移動橫杆,選取疊合的數量。縱軸是每幅影像跟參考影像比較的分別,模糊的影像會呈現出較長的直線。Registax會疊合XY軸交點以下左面的部分。
白色箭咀指著的白點名死點(dead pixel),是CCD上不能感光的部分。
6. 影像處理
Registax除了调校光度、反差等,還可以把影像銳化,這功能稱為wavelet,分作6層调校。簡單來說,使用較上層位置的wavelet銳化影像,會得出愈細緻的細節。以下是一幀示範作品,當中可見實際的設定。至此,用Registax處理的部分已經完成,進一步的影像處理要借助Photoshop等軟件。

12_toucam_wavelet.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:07 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

7. 使用紅外線濾鏡

要拍得好的火星照片,紅外線濾鏡是一個很重要的因素。
   火星是顆紅色的行星,地形特徵在紅光部分最明顯,火星大氣的現象則主要在蓝光部分;本年7月5日我曾做了一個測試,以14吋折反射鏡加ToUcam先用紅外線濾鏡拍了一張火星照片,然後除下濾鏡再拍一張,重新對焦,把增益由20減至5,曝光1/25秒,其他設定,包括白平衡完全無變。隨後用Photoshop把火星影像分拆為紅、綠、蓝三色比較其效果。大家可以看到,沒有紅外線濾鏡,蓝
光影像中出現了紅光影像和綠光影像的地形,更多了一些「鬼影」,這正是紅外線做成的污染。

13_絫礅€瀡鐁典邃攝皈果.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:08 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

8. 疊合影像要適可而止

雜訊在一幀CCD照片中是隨機地出現,把影像疊合起來便能互相抵消,只要疊合大量影像便能把雜訊大幅減少。用Registax疊合時,它會按清晰程度把所有影像由左至右排列(即愈左愈清晰,愈右愈模糊),疊合的影像愈多,代表把右邊那些不夠清晰的影像也疊加起來,雜訊雖然愈來愈少,但拍攝物的細節亦愈來愈少。怎樣從拍攝物的「細節」與「雜訊」中取捨,取得一個平衡,便要拍攝者自行判斷。
附圖在2003年7月19日以14吋折反射鏡加ToUcam拍攝,合成焦比F44,
所有火星取自同一段約三分鐘的 AVI 短片,先以Registax分別疊合200 至1850幀,再施加同等份量的 Wavelet。現在由你取捨,你認為那一幀的效果最好?

14_mars_03 july 18_2017ut_痓猴颡適块而龉.jpg

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 楼主| newcanon 发表于 2003-8-21 07:09 | 显示全部楼层 来自: 中国–香港 电讯盈科有限公司

後話

後話:筆者由本年一月才正式學習使用ToUcam和Registax,雖然累積了一些經驗,但仍有很多功能未懂使用,本文僅是一點經驗分享,如有錯漏,懇請各方同好不吝指正。
  8月底是人類有史以來火星最接近地球的時刻,如天文同好對筆者拍攝的火星感興趣,可以到以下的討論區:

1. 牧夫天文論壇
http://amateur.lamost.org/bootes/bbs/forumdisplay.php?forumid=27

2. 香港天文學會討論區
http://groups.yahoo.com/group/hkas/

3. 坐井會討論區
http://groups.yahoo.com/group/soahk/

劉佳能
香港天文學會
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lymex 发表于 2003-8-21 08:19 | 显示全部楼层 来自: 中国–辽宁–大连 联通
太好了,也非常及时。
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常州ly 发表于 2003-8-21 08:34 | 显示全部楼层 来自: 中国–江苏–南京 电信

十分感谢newcanon,写的太棒了

我还想问一下,AVI里不好的帧是否一定要除去,不除有没有影响?
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神州扫雷 发表于 2003-8-21 09:47 | 显示全部楼层 来自: 中国–北京–北京 鹏博士BGP

佩服

同标题
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nhzoulei 发表于 2003-8-21 13:40 | 显示全部楼层 来自: 中国–广东–广州–越秀区 电信
好文章!!!
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wlbx 发表于 2003-8-24 20:47 | 显示全部楼层 来自: 中国–北京–北京 联通
请刘先生介绍一个AVI2BMP的软件,我找了好久没有找到。
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