一張天文照片的誕生

這是4個月前為一本於本年創刊的天文雜誌寫的文章
這數年來，在牧夫論壇和天之文論壇看過不少這樣的貼文：
「剛買了一枝天望，怎樣才能拍攝到一張有水準的木星？」
「剛買了一個網絡視像器，只要把它放在望遠鏡後就能夠拍攝到那些美麗的天文照片嗎？」
1. 技術與儀器並重
其實，天文攝影是一整套技術，不論使用膠卷或時下最流行的數碼攝影器材，要有好效果，有了儀器還須掌握一定的技術。又有些人以為，某人能拍攝到精美的天文照片，只是因為他有好的儀器，如果自己擁有同樣的儀器，也能拍攝到同樣水準的照片，這是一種很錯的想法。所謂工欲善其事，必先利其器，好的儀器固然重要，但技術往往比儀器更重要！本文會以一張月齡8的照片為例子，講述由籌備、拍攝到圖像處理的過程，而重點會放在籌備和拍攝上。
1.1選擇拍攝用的望遠鏡
以下的照片使用一枝焦比F12，3英寸口徑的普通消色差折射鏡，加一部300萬像素數碼相機，於2002年4月20日拍攝，由兩張2048X1536像素照片拼合而成。有人會認為，既然我手上有14英寸口徑的折反射鏡C14，為甚麼反而用一枝小口徑的折射鏡拍攝？原因有三個：
第一，我原來計劃用同樣方法拍攝整套月相，操控一枝小口徑折射鏡比操控一枝大口徑折反射鏡容易得多，較容易完成整個拍攝計劃。
第二，3吋折射鏡焦距有910毫米，我可以用兩張照片拼合出任何一個月相，而C14焦距達3910毫米，是3吋折射鏡4倍有多，即是在同樣的拍攝組合下，影像會大了4倍，要用很多張照片才可以拼出一個月相，工作量大增、難度亦大增。
第三，C14有光軸與熱平衡問題，表現有時失準，但這枝3吋折射鏡表現非常穩定，用它拍攝可說得心應手。

1.2選擇照相機與拍攝方法
在數年前數碼單反仍未普及，Coolpix990曾是當時最佳的數碼相機，因此我選用它拍攝這月相照片。
第二張照片左邊是高橋5英寸折射鏡加Vixen VX1相機，右邊即為拍攝月球用的Astro 3英寸折射鏡加尼康Coolpix990數碼相機。由於尼康Coolpix990不能卸下鏡頭，別無選擇，筆者採用了「無焦點法」拍攝，即把數碼相機接駁在目鏡之後，先以目鏡成像，然後以數碼相機把影像拍攝下來。如果改用現今最流行的數碼單鏡反光機，則可以選擇另外三種方法，分別是：
直接焦點法：卸下目鏡和相機鏡頭，以望遠鏡物鏡為鏡頭，接駁數碼相機，直接在CCD上成像；
負鏡投影法：卸下目鏡和相機鏡頭，以望遠鏡物鏡為鏡頭，在目鏡位置加上2X或以上的增距鏡，在CCD上成像；
目鏡投影法：先在望遠鏡加上合適焦距的目鏡，然後接駁卸下了鏡頭的數碼相機，讓目鏡的成像投影在CCD上。

1.3選擇拍攝用的目鏡
筆者原來想以單禎照片，用盡300萬像素拍攝月齡8的月球，但經測試，用K40目鏡拍攝的月球照片場曲嚴重，邊緣像質欠佳；改用OR25目鏡，在3倍光學變焦下又不能拍下整個月球，若採用2倍以下光學變焦，雖然可以拍下整個月球，但拍攝視場又出現了明顯的黑角現象，亮度不均勻，故最後改用OR18目鏡拍攝。以下照片便是分別以K40目鏡和OR18目鏡拍攝的月球，可見視場邊緣像質有明顯的分別。

為了測試OR18目鏡的素質，筆者在4年前用5英寸折射鏡拍攝一片位於1000英尺外的鐵網，發覺照片有明顯的黑角和畸變現象。這表示OR18目鏡用於拍攝時，可用的視場並非百分之百，如果用這個組合拍攝行星要取得最佳效果，行星應該放在視場的正中；我用它來拍攝月球，以兩張照片拼合出一個上弦月，同樣不能用盡視場，否則由畸變而來的輕微變形，會令月球邊緣不能重合。鐵網左下角照片便是用作拍攝的OR18目鏡。

針對場曲和畸變兩種像差，有些望遠鏡品牌生產了一些以「平場」著稱的目鏡，如Pentax的XP系列目鏡。其中一款XP8目鏡經測試，平場方面的確表現良好，但論中心結像，這兩款售價相差超過6倍的目鏡只是不相伯仲。測試目標仍是一片位於1000英尺外樓房天台的鐵網。
XP8目鏡在「平場」方面的表現。

XP8目鏡和另一款OR9目鏡在中心結像方面的表現。

選定了拍攝用的望遠鏡（3吋折射）、相機（尼康Coolpix990）、目鏡（OR18）、拍攝方法（無焦點法）後，有人會問：「為甚麼選用數碼相機拍攝？網絡視像器不是更強嗎？」就讓我簡單分析一下兩者的長處和短處：
1.4世界上沒有一部萬能的照相機
世上沒有萬能的照相機，沒有一部適合拍攝任何天體，並且各方面都能表現優異的。
現今世界上最多人使用的兩款網絡視像器是Philips的ToUcam740K和840K，俱只有30萬像素，最大解像度只有640X480，拍攝高倍的月球行星非常合適。但它每次只能拍攝月球上的一個小區域，若用它拍攝整個月相，便需要先把月球劃分為多個區域，分開多次拍攝，然後把所有照片拼合起來，拍攝區域的4邊更必須互相重疊，否則拼不出完整的月球。再者，每張照片由一段視頻短片而來，拍攝容易，圖像處置卻花費大量時間；反觀民用的數碼相機，以300萬像素為普遍，不少更達7百萬像素甚至以上，只要選擇適當的方法拍攝，當你按下快門後，已經得到一個二千甚至三千像素直徑的月球。結論是，拍攝大面積的月球和太陽宜選用數碼相機，拍攝小面積而高倍的月球和太陽宜選用網絡視像器。
2. 照片的拍攝過程
2.1數碼相機的各項設定
設定框幅
Coolpix 990有效像素是315萬，有三種框幅選擇：2048 x 1536像素、1024 x 768像素、640 x 480像素。以低倍率拍攝大面積的月球，應選擇2048 x 1536像素。
設定像質
如果數碼相機有Raw或Tif檔的設定，便應選擇Raw或Tif檔，否則應選Jpg檔壓縮最少的模式。我為了採用連續拍攝模式，故選擇了Jpg檔壓縮最少的模式。
設定白平衡
月球是近乎黑白的影像，故可採用黑白或者日光模式。我採用了日光模式。
設定光圈、快門、感光速度（ISO設定）
其實選擇用OR18目鏡拍攝，除了因其成像大小適中外，最重要是考慮在ISO100下，可以採用1/15秒快門。此外我還有兩個選擇：ISO200，曝光1/30秒；ISO400，曝光1/60秒。
雖然曝光時間愈短愈能夠捕捉清晰的影像，但增益愈大，雜訊亦愈大，經過了另一番測試，我選定了ISO100，1/15秒快門。
拍攝模式
採用連續拍攝模式後，在2048 x 1536像素下，Coolpix990拍攝速度約為每秒一張，雖然不理想，但已是對抗不穩定大氣最佳的方法。
設定相機焦點
相機焦點要設定為無限遠，否則在自動對焦功能下，拍攝過程中相機會不斷尋找焦點，令原來已準確對焦的影像變得模糊。
2.2對焦
先通過目鏡對焦，然後加上相機，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倍，調焦後再取消數碼變焦。
2.3包圍曝光
有人會問：「我怎知道應該用那一檔快門？」
我會答他：「你不要浪費時間在空想，亦不要浪費時間在天文論壇上反覆提問，快拿出望遠鏡和照相機親自嘗試吧！」
只要把照相機設置為「光圈先決」模式，光圈盡量開大，再隨便選取一檔快門按下去。若曝光不足便增加曝光，曝光過度便減少曝光。數分鐘之內便可以找出恰當的曝光值，但那一檔曝光才叫適中？答案是CCD或CMOS達至飽和（Saturation）之前的那一檔。
由於我要拍攝的是一個月齡8的月球，光照面和明暗交界光度差異很大，我選取了當時月球上最亮區域作參考，認定在那區域達至飽和之前的曝光為準確曝光。
有了準確曝光值，我便以連續拍攝模式以月球南部為中心連續拍攝了約20張照片，再以完全一樣的設定拍攝月亮的北半球，拍攝了另外約20張照片。
3. 圖像處理
3.1挑選照片
由於只拍攝了約40張照片，只需「二十選一」，然後把兩張照片拼合，再做點圖像處理便可以完成，可說很輕鬆。
首先用圖像瀏覽軟件ACDSee瀏覽一次，把那些明顯較差的照片剔除，然後用Photoshop仔細挑選，南北半球各選一張。
3.2拼合照片與後期處理
從拍攝鐵網的照片看到，OR18目鏡邊緣有明顯的畸變，因此首先要用Photoshop把像質欠佳的部分裁去，然後：
1.在Photoshop開啟一個新檔案，
2.把南北半球照片分別複製至新檔案，
3.把其中一張的圖層調至半透明，
4.移動調至半透明的圖層，令上下兩層月面地形盡量重疊，需要時作輕微的旋轉，
5.當拼合好，把呈半透明的圖層還原至100%，
6.分別調整兩個圖層的亮度，令接合處光度盡量接近，
7.把兩個圖層二合為一，
8.施以輕微銳化，
9.把原來彩色的圖像轉為黑白，
10.調整反差和亮度，
11.除雜訊，
12.旋轉照片，讓南上北下，
13.用Photoshop在照片加上拍攝資料後，一張天文照片便大功告成，可以在網上發表了。.
當然，以上的例子僅是一張用放大攝影方法拍攝的照片的整個拍攝程序，如果拍攝大面積的星野和高倍的星雲星團，需要的又是另一套技術了。

太棒了
刘佳能兄这篇文章对很多爱好者非常有指导意义
学习中

感谢刘佳能将自己的经验与大家无私分享
收入精华区

受益匪浅。谢谢

看不懂

希望刘先生还能有更多的指导性的文章！期待中……

太棒了。本人正有拍摄月亮的计划。这篇文章正中下怀。感谢!!

太棒了，图文并茂，有理有据，把3"折射发挥到极至。

拍好天文图片最重用的应该是对焦和选择正确的暴光时间和拍摄时机.

精彩好文！顶！

此文不单是一篇详尽的月面摄影教材，更是一篇天文摄影分析论文，方式方法的分析都很到位。
小镜子有大智慧。可不要小看了小镜子哦。

学习了！

好文章！！！

原帖由 福建ltycho 于 2005-10-26 13:19 发表

                               
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好文章！！！

还有好机器!!!!!