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[天文摄影] 【原创教程】深空摄影从前期到后期 续更

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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:10 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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rt.以后就在这个帖子里更新,频率大概每周一次。

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精彩评论26

国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:11
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-11 14:15 编辑

(接第二章第一节)第二节 赤道仪
前面提到,赤道仪的工作原理为绕一根平行于地球自转轴的旋转轴,进行方向相反的旋转,从而抵消地球自转。
我们一般称这根平行于地球自转轴的旋转轴为赤经轴,也称RA。此外,地球的自转轴,我们也称之为极轴。校准赤经轴与极轴平行的过程,我们便称之为对极轴。
相信读者不难发现一个显而易见的问题:若一台赤道仪只有这一根赤经轴,望远镜便只能指向极点周围的一小片天区。因此,赤道仪上还有一根垂直于赤经轴的旋转轴,我们称之为赤纬轴,也称D.E.C.。一般而言,望远镜就安装在赤纬轴顶部的鸠尾槽上。
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图2-9 一台常见德式赤道仪的结构


一般而言,赤道仪分为德国式赤道仪(Germen Equatorial Mount,简称GEM)和中国式赤道仪(Center-balance Equatorial Mount,简称CEM,又称中央平衡式赤道仪)。(此外,还有叉式赤道仪、马蹄式赤道仪等,由于民用领域较少使用,因此在此不作介绍,仅介绍德国式赤道仪与中国式赤道仪。)
1.德国式赤道仪:、
这是历史最悠久的赤道仪,也是当前深空摄影领域使用人数较多的一种赤道仪。德式赤道仪的优点主要为抗风能力较强,缺点有自重较重、重心前倾等。、
当前市场上生产德国式赤道仪的厂家主要有:
信达(Sky-Watcher)、
星特朗(Celestron)、
艾顿(iOptron)、
威信(Vixen)、
高桥(Takahashi)、
派拉蒙(Paramount)、
Astro-Physics(AP),以及ASA等。
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图2-10 信达生产的HEQ5-Pro型德国式赤道仪,载重约12kg
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:13
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-11 14:14 编辑

2.中国式赤道仪:
前面提到,德国式赤道仪具有重心前倾的问题,这就导致对极轴较为困难。借此,艾顿(iOptron)发明了中国式赤道仪,也称中央平衡式赤道仪。中国式赤道仪不像德国式赤道仪一般将赤纬轴放置在赤经轴前端,因此重心基本位于脚架中心,几乎没有倾倒的风险。此外,中国式赤道仪还具有自重轻的优点。然而,有得必有失,中国式赤道仪在降低自重的同时,相应的也导致抗风能力的减弱。当前,中国式赤道仪只有艾顿(iOptron)公司在生产销售。
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图2-11 艾顿CEM60型中国式赤道仪,载重约27kg

赤道仪作为整套深空摄影器材中用于跟踪的部分,但凡稳定性或精度达不到要求,拍摄出来的图像中星点往往是拖线的,以至于导致所有拍摄的素材均不可用。因此,重要的事说三遍:
赤道仪最重要!
赤道仪最重要!
赤道仪最重要!
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:16
第二节 主望远镜

前面提到,赤道仪在一整套深空摄影器材中是最重要的。然而主望远镜作为用于采集目标天体光线的设备,其重要性仅次于赤道仪。在介绍种类繁多的望远镜之前,有关望远镜的几个参数需要先介绍一下。

1.口径:
即望远镜主镜片的直径。不同于大众的理解,倍率并不是望远镜最重要的参数,而口径才是。也可以这么说:口径决定了望远镜能达到的最高有效放大倍率。望远镜光学理论分辨率经验公式为:140/D,其中,D代表口径。
一般来说,口径越大的望远镜,其分辨率就越高,且在单位面积天区上的拍摄效率较之小口径也要更高。

2.焦距:
即平行光入射至望远镜时望远镜镜片光学中心至焦点所经过的光路长度。一般而言,焦距越长的望远镜,同一个目标在视场中的相对大小也就越大。
3.焦比:
即望远镜焦距与口径之比。例如一台焦距750mm,口径150mm的望远镜,其焦比为f/5(750/150)。
焦比的大小决定的相机传感器单位面积的拍摄效率,一般而言,焦比f/后的数字越小的,其在相机传感器单位面积上体现出的效率要高于f/后的数字大的。        因此,我们称f/后的数字小的焦比为“快焦比”,称数字大的为“慢焦比”。对于一般的深空摄影而言,焦比控制在f/2.8~f/8都是合适的范围。


解释完了这些望远镜中的常用参数,便可以开始介绍各种望远镜了。自从第一台折射式望远镜被伽利略发明以后,各种各样的望远镜也逐渐被发明出来。目前,常见望远镜的结构主要有:
折射式、
牛顿反射式、
经典卡塞格林反射式(Classical Cassegrain,CC)、
施密特-卡塞格林折反射式(Schmit-Cassegrain,SC,简称施卡)、
马克苏托夫-卡塞格林折反射式(Maksutov-Cassegrain,MAK,简称马卡)、
里奇-克列基昂反射式(Ritchey- Chretien,RC) 等多种。
在此作简单的介绍:
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:17
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-11 14:19 编辑

1.折射式望远镜:作为历史最悠久的望远镜系统,折射式望远镜的原理其实和小时候用放大镜烧树叶是一样的,通过镜筒前端一片或一组凹、凸透镜的组合,来实现放大物像、聚焦光线的作用。
按照对色差消除水平的不同,折射式望远镜分为普通消色差式和复消色差式。(非消色差望远镜因色差问题,不纳入讨论)
普通消色差式折射镜,简称普消,一般以一片火石玻璃加上一片冕牌玻璃合成一片制成。普通消色差望远镜的色差现象依旧非常严重,因此一般不用于深空摄影。
复消色差式望远镜,又称APO望远镜,常常用两片及以上的低色散玻璃组成。一般在镜组中采用低色散的ED玻璃等,配合精妙的设计,从而做到几乎完全消除色差。APO望远镜几乎是当今用于天文摄影的所有望远镜中反差、锐度在同口径中最好的。然而大口径复消色差折射望远镜的价格异常高昂,例如150mm口径的高桥TOA150,价格人民币11万余元。
目前市面上生产APO望远镜的厂家主要有:信达(Sky-Watcher),锐星(SharpStar),裕众(Sky-Rover),高桥(Takahashi),景德(William Optics)等。
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图2-12 APO望远镜光路图
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图2-13 典型的复消色差折射式望远镜——高桥FSQ106ED
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 14:21
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-11 14:22 编辑

2.牛顿反射式望远镜:早期的折射望远镜并不能消除色差,这就导致大口径的早期折射式望远镜的色差已经大到影响观测的地步了。另外,大口径折射式望远镜磨制难度高、成本高昂。为此,物理学家牛顿发明了牛顿反射式望远镜(简称“牛反”。其原理是使用一块放置在镜筒底部的凹面镜(一般称为主镜)反射并聚焦来自天体的光线,再由放置在镜筒前端的与主镜光学平面呈45°夹角的椭圆平面镜将光线反射到望远镜外的焦平面。
依据主镜面型的不同,牛顿反射式望远镜可分为球面、抛物面和双曲面。其中,快焦比的球面望远镜,由于球面镜的特点,无法把平行光线完美汇集到一个点上,所以其画面的球差现象相当严重,对分辨率的影响极其巨大,因此一般不用于深空摄影。
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图2-14 透镜中的球差示意 反射镜同理

而抛物面望远镜具有适中的磨制难度,且所产生的彗差主要是在边缘,所以也可以通过彗差修正镜(Multi Purpuse Coma Corrector,简称MPCC或CC)进行良好的修正,因此被大量用于深空摄影。(球差是画面中心也存在)至于双曲面镜,多用于超快焦比(f/2.8~f/3.3)的牛反镜和RC望远镜,效果非常良好。
由于反射凹面镜的材料成本、研磨难度较之APO折射均低得多,因此大口径牛反镜的价格相当低廉,成为了拍摄小目标的不二之选。然而,大口径牛反镜筒长度即约等于主镜焦距,这就导致牛反具有很大的迎风面积(支架式能够减轻这一问题,但是也会让更多的杂光入射),在使用载重小于主镜重量的160%的赤道仪且有风的环境下难以进行拍摄。因此,若使用牛反望远镜,赤道仪的载重应尽量达到主镜重量的2倍左右。
抛物面牛反镜的主要生产厂家有:信达(Sky-Watcher),星特朗(Celestron),黑洞(Blackhole),GSO等。
双曲面牛反的主要生产厂家有:锐星(SharpStar),高桥(TAKAHASHI)。
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图2-15 牛顿反射式望远镜光路图
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2-16 一台典型的抛物面牛反望远镜

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萌新的乐教授Lv.12 来自手机 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 18:28
插楼[手动滑稽]千盼万盼终于更新了!!!
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火星神奇Lv.8 来自手机 显示全部楼层 发表于 2021-8-11 19:16

点评

可以先看南方天文公众号 这里更新比那边慢  详情 回复 发表于 2021-8-12 08:23
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-12 08:21
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-12 08:22 编辑

3.CC、施卡、马卡、RC:这四类望远镜同属于卡塞格林式望远镜的家族。
CC,即经典卡塞格林望远镜,是最原始结构的卡塞格林望远镜。它只由两块反射镜构成,一块较大的抛物面反射主镜放置在镜筒后端,中间开有一个圆孔。来自天体的光线经主镜反射、聚焦到位于镜筒前端的较小的双曲面副镜上,再由双曲面反射,穿过主镜中央的圆孔,到达镜筒后端外部的焦平面上。CC望远镜能在极短的镜筒长度做到极长的焦比,因此对于行星摄影大有好处,然而对于深空摄影而言,它焦比过慢(通常为f/12以上),且只能校正球差,但彗差等离轴像散均不能被校正,因此一般不用于深空摄影。
市面上销售CC望远镜的厂商有GSO。
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图2-17 CC望远镜光路图
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图2-18 GSO CC8经典卡塞格林望远镜
施卡望远镜在CC镜的基础上,将主镜替换为球面镜,将副镜替换为凸面镜,并在镜筒前端放置一片口径等同于主镜口径的修正透镜,以修正主镜引入的球差。施卡望远镜同样能够在极短的镜筒长度做到极长的焦比,但是它同时校正了彗差、球差等像散,因此在加入减焦镜后,可以进行深空摄影。
市面上销售施卡望远镜的厂商主要有星特朗(Celestron).
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图2-19 施卡望远镜光路图,图中寻星镜、目镜在深空摄影中没有必要
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图2-20 星特朗(Celestron) Edge14HD施卡望远镜
另外,施卡望远镜的变形之一——RASA望远镜,采用特殊的结构,因此能够达到f/2.2的惊人快焦比,同时能在70mm直径成像圈内呈现出细腻、锐利的星点,非常适合深空摄影。但是它的不足之处也显而易见,主要为前置的相机遮挡主镜,这就导致为使遮挡不过大,单色相机无法使用电动滤镜轮来进行多通道拍摄操作,只能人工更换滤镜。此外,相机的线缆等也遮挡主镜,造成并不美观的星芒等。
目前,RASA望远镜只有星特朗(Celestron)在生产销售。
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图2-21 RASA望远镜光路图
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图2-22 星特朗(Celestron)RASA11"


马卡望远镜的结构与施卡望远镜相似,采用弯月形改正透镜,与施卡相比,具有较小的副镜遮挡,但制造成本、难度均高于施卡,因此一般不用于深空摄影。
目前,市面上销售马卡望远镜的厂商主要有星特朗(Celestron),信达(Sky-Watcher),博冠(BOSMA)
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图2-23 信达(Sky-Watcher) MAK 5"


RC望远镜在CC望远镜的基础上,将主镜、副镜均改为双曲面,除场曲以外的相差极小。RC望远镜的焦比一般为f/8左右,在添加了减焦镜之后是非常好的长焦深空摄星镜。另外,著名的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope,HST)即采用的RC系统(焦比达到了20以上)。
目前,市面上销售RC望远镜的厂商主要有GSO、ASA、AG、Planewave等。
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图2-24 GSO RC8望远镜(图源Astroshop)

注意:无论是何种类型的望远镜,都存在着光轴问题。折射式望远镜的光轴基本固定、不易移动,但反射、折反射望远镜的光轴较不稳定,因此每次拍摄前都需要进行校正。
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-12 08:23

可以先看南方天文公众号 这里更新比那边慢
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-12 08:24
附:各结构望远镜拍摄效果

                               
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  APO:Takahashi TOA130

                               
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牛反:Blackhole 10" F/4

                               
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施卡:Celestron C9.25"

                               
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RASA:Celestron RASA11"

                               
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RC:GSO RC8



至此,业余深空摄影中常用的望远镜类型,我们已经基本介绍完毕了。这部分内容只需了解即可。


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寻心于夜Lv.3 来自手机 显示全部楼层 发表于 2021-8-12 09:36
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枣羽Lv. 显示全部楼层 发表于 2021-8-12 15:36
国三蝶 发表于 2021-8-11 14:11
(接第二章第一节)第二节 赤道仪
前面提到,赤道仪的工作原理为绕一根平行于地球自转轴的旋转轴,进行方向 ...

小白的问题:星特朗NexStar150SLT自带的自动寻星的底座无法做到赤道仪跟踪,对吗? 如果要深空摄影,就必须再配赤道仪?

点评

也不是说经纬仪完全无法拍摄深空,但只能进行单张曝光时间极短的幸运成像,效率和对电脑的压力都远大于一般的单张长曝光的照片,所以还是建议买一个赤道仪。  详情 回复 发表于 2021-8-14 15:14
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ljy2yaLv.6 显示全部楼层 发表于 2021-8-13 07:57
从贴吧追到B站再到牧夫,真的学到了好多东西,感谢大佬的辛勤付出
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-14 15:14
枣羽 发表于 2021-8-12 15:36
小白的问题:星特朗NexStar150SLT自带的自动寻星的底座无法做到赤道仪跟踪,对吗? 如果要深空摄影,就必 ...

也不是说经纬仪完全无法拍摄深空,但只能进行单张曝光时间极短的幸运成像,效率和对电脑的压力都远大于一般的单张长曝光的照片,所以还是建议买一个赤道仪。
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-14 15:17
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-14 15:18 编辑

第四节  主相机
作为配合主望远镜采集天体光线的设备,相机的成像质量直接关系到最终图片的画质。目前,常用于深空摄影的相机分为三大类:数码单反相机/数码无反相机(微单)、制冷CCD相机、制冷CMOS相机。本文在这里对这三类相机作一个简单的说明。
1.数码单反相机和数码无反相机
数码单反相机和数码无反相机以它们简易的操作、差强人意的效果和较为便宜的价格成为了由一般摄影转向深空摄影的新手入门最常用的设备。一般而言,它们采用的是CMOS影像传感器。然而,它们的缺点也不少。由于机身温度往往高于环境温度,导致拍摄出的图像有较为严重的热噪声;大部分此类相机输出的Raw图像都并不是真正的原始图像,而是经过了一定的处理,例如机内降噪等。索尼无反相机著名的30s以上曝光发生“吃星”,即星点被当作噪点抹除的情况即为这一问题典型的例子。此外,带有机身防抖的无反相机,其机身防抖也会带来额外的热噪声。
常用于深空摄影的经典数码单反机型有:
尼康D90/D5100/D810/D810A/D850
佳能6D/6DⅡ
可用于深空摄影的数码无反机型有:
尼康 Z系列无机身防抖的机型
佳能R系列
索尼全系(存疑)

注意:若要使用单反/无反相机进行深空摄影,必须要进行天文改机操作!!!否则拍摄的效率将会大幅度降低!切记!
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图2-25 被誉为“天文改机神机”的尼康D5100单反相机,采用了索尼IMX071芯片。
2.制冷CCD相机
受制于早期CCD数码单反相机的较高热噪声,深空摄影很难取得良好的信噪比(信息与噪声之比,简称SNR)。为此,产生了专门为天文摄影、显微摄影、医疗等对灵敏度和画质要求极高的领域制造的制冷CCD相机。制冷CCD相机本质上相当于一台加装了强力制冷设备的CCD相机,能将传感器的温度降至环境温度以下30~60℃,极为有效地减轻了热噪声,从而实现了与单反相机相比极高的灵敏度。直至今日,在科研领域,科研级CCD相机极高的灵敏度、线性度,极高的满阱电荷等都令其他它类型的相机望尘莫及。
目前市面上生产、销售制冷CCD相机的品牌主要有:
QHY、ATIK、SBIG、FLI等
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图2-26 SBIG STX-16803全画幅制冷CCD相机
3.制冷CMOS相机
在第一节中我们提到,CCD传感器具有制造废率较高,读出噪音也较高的缺点。于是,制造难度、读出噪音均远低于CCD传感器的CMOS传感器出现了。除了制造难度低、成本低、读出噪音低以外,CMOS传感器还具有几乎不逊色于CCD传感器的光电转换效率,因而,由CMOS传感器制造的单反/无反相机很快完全取代了使用CCD的相机。CMOS传感器引发的风暴同样席卷了深空摄影领域。振旺光电研发的ASI1600MM-Cool制冷CMOS相机的出现,标志着CMOS传感器进入了深空摄影领域。此后,随着索尼半导体工艺的不断进步、背照式/堆栈式传感器的出现,CMOS传感器在各方面也不断进步,制冷CMOS相机逐渐与制冷CCD相机在深空摄影领域平分秋色。
目前市面上生产销售制冷CMOS相机的品牌主要有:
ZWO(振旺光电)、QHY等。
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图2-27 ZWO ASI6200MM-Pro制冷CMOS相机
至此,深空摄影中常用的相机类型,我们基本介绍完毕了。这部分内容只需了解即可。
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-14 15:23
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-14 15:24 编辑

第五节(其它设备)



在该部分正式内容开始前,需要对几个光学基础知识进行说明:
1.  波长(Wavelength):指波在一个振动周期内传播的距离。也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离。
2. 可见光(Visible Light):指能被人肉眼所见、波长在400~700nm之间的电磁波。
2-28.jpg
电磁波示意图

3. 红外(IR):指波长为770nm到1mm之间的电磁波。
4. 宽带滤镜:透过波长范围较大的滤镜。常见的天文宽带滤镜有:L/R/G/B滤镜
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宇隆L/R/G/B滤镜光谱图

5. 窄带滤镜:透过波长范围较小的滤镜。常见的天文窄带滤镜有:Hα/SII/OIII滤镜。
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宇隆Hα/SII/OIII滤镜光谱图



下面开始正文部分。



除了赤道仪、主镜、相机以外,一套深空摄影设备中还有许多作用较大的设备,在下面进行一个简略说明。



01
电调焦




简称电调。简单来说,就是一个与望远镜调焦轮相连的电机,用以代替人手来调焦。
电调焦与手动调焦相比,具有更稳定、更精确、不晃动的优点。近年来,随着软硬件的全面发展,大部分的电调焦都能支持自动对焦操作,大大方便了深空摄影的操作。




02
滤镜




顾名思义,是用以截止不需要波段的光线、只让需要波段的光线透过的镜片。
对于彩色相机(彩色相机与单色相机的区别在下一节中会进行介绍)而言,常用的滤镜有IR-cut(红外截止滤镜);双窄带滤镜(如宇隆L-enhance使Hα、Hβ、OIII波段透过,其余波段基本截止。此滤镜使彩色相机也能拍摄出以往只有单色相机才能拍摄的窄带图像,且对城市的强光害有较好的抑制作用)等。
对于单色相机而言,一般使用L(明度),R(红),G(绿),B(蓝)四片滤镜以合成真彩色图像,使用Hα(氢),SII(硫),OIII(氧)来合成窄带图像。

2-31.jpg
03
电动滤镜轮




用以搭配单色相机使用,起到了自动切换不同波段滤镜的作用。





04
导星镜




放置在主望远镜外的小望远镜,用以与导星相机共同修正赤道仪跟踪误差。





05
偏轴导星器




简称OAG,即一种在主相机传感器成像范围之外放置一个棱镜以折射一部分的光到达导星相机,从而修正赤道仪跟踪偏差的设备。





06
导星相机




用于配合导星镜或OAG采集图像进行导星的相机,一般采用行星相机即可。

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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-17 11:24
第六节(器材选择)



介绍完了大部分所需的器材后,我们终于可以开始介绍如何选择一套属于自己的深空摄影器材了。



在正式开始我们的选择之前,我们依然需要对几个概念进行解释,以方便读者进行阅读:



01
单色相机与彩色相机




相机的传感器——无论是CMOS传感器或是CCD传感器,本身都只能感知物体的明暗变化,也就是说,只能产生黑白的图像,而得不到人眼所见的各种色彩。


为了解决这个问题,出现了两种得到彩色图像的方法:



第一种,在传感器前放置一片称为“拜尔滤镜”(Bayer Filter)的滤镜,又叫做拜耳阵列,使每相邻四个像素分别感知四种波段的光,然后通过转色(即“Debayer”)算法,得到彩色图像。我们常听到的RGGB、RGBR等,都是拜尔滤镜的排列方法名称。
使用拜尔滤镜得到彩色图像的方法优点在于较为方便,可直接得到彩色的图像。
但其缺点也十分明显:每相邻4个像素中有两个感知G(即绿光),导致拍摄效率大幅度下降;每个像素周围三个像素的细节实际上是靠算法“猜”出来的,这也导致画面采样精度有所降低。
鉴于拜尔滤镜方式的简便性,目前市面上大多数的数码单反/无反相机均采用的此种方式。


既然拜尔滤镜有这样的缺点,那有没有解决的办法呢?答案是有的。


第二种方法是取消拜尔滤镜,而是在传感器前放置上分别允许R、G、B波段的光透过的滤镜,通过不同滤镜拍摄的图像的灰度差异,来合成彩色图像。
这种方法完全杜绝了拜尔滤镜方式的缺点,几乎能完全得到每一个像素上的细节,同时能100%地利用传感器的感光效率。
然而,通过这种方法获得彩色图像,色彩的合成只能于拍摄后期时在软件中进行,较为麻烦。



02
赤道仪的周期误差(PE)




指的是赤道仪的齿轮转动一周后产生的误差总和,通常以角秒(″)作计量单位。一般而言,PEC很大程度上决定了赤道仪的精度,同时也对导星有一部分的影响。一般而言,赤道仪PEC的数值在8″以下都属于可接受的,以5″以下为佳。


03
赤道仪的齿数




指的是赤道仪齿轮的齿数量。一般而言,齿数越多的赤道仪,转动越细腻,精度越高。

通常,(2)(3)两个参数可在赤道仪厂家官网的产品参数中看到。



04
镜片的精度




表示镜片实际面型与理想面型相差的量,通常用可见光平均波长作计量单位。一般而言,镜片精度在1/8光波长以上都属于可接受范围,以1/10波长以上为佳。



05
遮挡率




表示望远镜主镜片前受到遮挡的面积与主镜面积之比。折射式望远镜的遮挡率全部为0,而由于主镜前的副镜,反射、折反射望远镜全部都有遮挡。
一般牛反望远镜的遮挡率在15%左右,施卡望远镜的遮挡率在20%左右,RC望远镜的遮挡率在40%左右。遮挡率越低,成像的细节反差越好,也就是我们常说的“更锐”。


06
视宁度




即seeing,指大气湍流的强度。地球的大气对光会发生折射作用,大气的湍流越强,对星光的扭曲就越强,最终成像的分辨率就越差。
一般来说,视宁度的好坏以x/10表示,10/10代表理想视宁度(大气完全无湍流),而x的数字越小,视宁度越差。当地视宁度可在软件meteoblue中
请读者切勿对这些概念感到厌烦——这些数据对我们选择器材至关重要。下面我们开始正式介绍。
如果给厨师一柄剑,想必他不能切出如菜刀所切一般的刀工;如果给剑客一把菜刀,同样他耍刀也不能如舞剑般行云流水。这告诉我们,根据需求选择器材,才是最明智的做法。
因此,本节将会根据各类不同的需求,对器材的选择进行说明。
首先,需要先说明制约我们对器材选择的四样因素:环境(光污染、视宁度)、对便携性的要求、对分辨率的要求、对拍摄效率的要求。
由这四样因素,我们在逐一进行排列组合之后,便可以对器材的选择进行说明了。



图片
环境


图片 在环境好(光害小于等于波特尔四级)的情况下,一般认为对设备去除光害的能力要求不高。
由此可得可选用单色相机配合L/R/G/B/H/S/O七片滤镜或彩色相机进行拍摄,便能取得较好的效果。
图片 若在环境不好(光害大于波特尔四级)的情况下,一般认为对设备去除光害的能力要求较高。
由此可得可选用单色相机配合H/S/O窄带滤镜或彩色相机配合双窄带滤镜进行拍摄。


推荐的常用滤镜型号
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图片 宇隆(Optolong) 无光晕L/R/G/B宽带和7nm H/S/O窄带滤镜

注意:此滤镜在亮星上仍然会产生较强的光晕,当然在同价位产品中算是比较好的
图片 Antlia V系列L/R/G/B宽带滤镜

光晕情况与宇隆相仿
图片 Astrodon E系列L/R/G/B宽带和3nm&6nmH/S/O窄带滤镜

顶级滤镜,几乎无光晕
图片 Chroma H/S/O窄带滤镜

近年来发展势头非常强,综合素质强于AstroDon,同样无光晕。
图片 宇隆L-eXtreme双窄带滤镜

只允许Hα和OIII两种发射线透过,在使用彩色相机拍摄发射星云和行星状星云时能显著提升星云的对比度,得到类似于单色相机进行H-O-O色彩合成得到的效果。也能起到非常好的阻隔城市光害的作用。



推荐的常用相机型号
图片


图片 振旺ASI1600MM-Pro
经典3/4英寸画幅制冷CMOS相机,至今仍然出片不断。优点是较低的读出噪声和较为便宜的价格,缺点主要有传感器自带的微透镜衍射造成星点光晕,以及较低的QE等。



若选用这款相机,搭配尺寸大于1.25英寸的滤镜即可。


图片 振旺ASI294MM-Pro&ASI294MC-Pro
ASI294MM-Pro是ASI1600MM-Pro的继任产品,同时也是ASI294MM-Pro的单色版本。



同样是3/4英寸画幅,采用了QE较高的背照式芯片,QE峰值达到了约90%。该芯片没有前照式芯片用于提高QE的微透镜,因此拍摄出的星点相当完美。



同时,它的读出噪音和暗电流也相当低,使得它拍摄的图片背景非常均匀。



若要选用这两款相机,请注意要搭配尺寸在36mm以上的滤镜,否则在焦比快于f/4的光学系统上可能会出现非常严重的暗角。


图片 振旺ASI2600MM-Pro&ASI2600MC-Pro
相当完美的APS-C画幅制冷CMOS相机,具有较高的QE、较低的暗电流和读出噪声等。若要选用此两款相机,建议搭配尺寸在2英寸以上的滤镜。


图片 振旺ASI6200MM-Pro
采用与索尼α7RⅣ相同的IMX455芯片,具有惊人的高像素。若要选用这款相机,请注意必须搭配尺寸在2英寸以上的滤镜,否则无法拍摄。
此外,请注意用于拍摄及后期处理的电脑配置是否足以支撑该相机六千万像素带来的巨大的数据量。)
QHY的产品均覆盖了同款芯片的产品,一些产品上更有“黑科技加成”,例如特有的2次读出技术降低读出噪声等,但由于一定程度上存在卡读出、滤镜轮位置错乱等问题,读者可自行斟酌。


图片
便携性


图片 首先我们需要明确“便携”的标准:整套设备的重量小于20kg,同时能够让身材正常的成年人较为轻松地拿起。
这就要求设备具有两方面的特点:重量轻和体积合适。又因为一套深空摄影设备中的重量主要来源于赤道仪与主镜,所以我们只对这两方面进行讨论。
若对便携性要求高,很显然在赤道仪方面,信达的几乎所有产品都不能考虑了。信达最轻的深空摄影级赤道仪(HEQ5-Pro)也有12kg的自身重量,很显然,太重了。
因此我们只能在艾顿的产品中进行选择。一般而言,具有较好便携性的赤道仪,其重量应当小于8kg。


图片 在主镜方面,最好的选择是口径较小的APO望远镜。此类望远镜一般具有很轻的自身重量、优良的成像质量和较为适中的价格。
除了小口径APO望远镜以外,我们还可选用口径在150mm左右的牛顿反射式望远镜。各类卡塞格林望远镜虽然也较便携,但对于深空摄影而言并不很方便,因此略过不提。
综上,具有较好便携性的望远镜,其口径一般不大于150mm,且重量小于8kg。


推荐的赤道仪型号
图片




图片 艾顿CEM26/GEM28

自重4.5kg,载重约12.3kg。它的精度比较高,自重也非常轻。然而,较轻的自重也造就了它很差的抗风能力。因此,最好搭载口径小于100mm的APO望远镜或口径小于130mm的牛反望远镜。
图片 艾顿CEM40/GEM45

自重7.2kg,载重约18kg。建议搭载口径小于130mm的APO望远镜或口径小于200mm的牛反望远镜。
关于CEM/GEM的选择,更多时候是根据使用者所在纬度决定的。传统德式赤道仪中心前倾,在低纬度地区使用并不友好,容易出现“磕头”的风险。所以CEM/GEM的选择标准可以简单归纳为如果纬度高于30°,那么选择GEM,否则优先考虑CEM。
图片 信达系列

由于信达全系列整体自重较高(与gem45对标载重的eq6系列本体重量达到了惊人的17kg),且没有机械限位,且官方的PC控件并不完善,在此不做推荐。
但是,得益于机械限位传感器加入等升级,今年以来备受关注的EQ8-R可以作为一个值得关注的亮点


推荐的望远镜型号有
图片


图片 裕众天虎60ed

口径60mm的两片式APO望远镜,虽是ed但是色差控制相当良好,足以摄影使用。
图片 裕众天虎72ed apo

口径72mm,其余同60ed
图片 裕众天虎70apo pro

口径70mm的三片式常规APO望远镜
图片 裕众天虎70sa v4

口径70mm。裕众专为深空摄影优化的的王牌三片式小口径快焦比摄星镜,具有极佳的星点成像表现和极其平坦的像场。
图片 裕众天虎102 Apo Pro

经典的深空摄影望远镜,具有极佳的锐度和星点成像表现。
图片 锐星61ED PH/94ED PH

均为三片式摄星镜
图片 锐星ASKAR 400mm f/ 5.6

简称456,是锐星为深空摄影专门优化的小口径APO望远镜,具有较佳的星点成像表现。
图片 信达130mm f/5牛反望远镜

外号信达小小黑,是信达非常经典的小口径牛反望远镜(请注意鉴别球面的其他130口径牛反和抛物面小小黑)。
图片 信达150mm f/5牛反望远镜

即大名鼎鼎的“信达小黑”。具有在这个价位无可匹敌的性价比、较为良好的像质和很高的分辨率。但是要能发挥出绝对实力,小黑需要大量改进和调试工作,并不适合纯新手使用。
若对便携性要求不高,则可以考虑大部分品牌的赤道仪与望远镜,且赤道仪载重越高越好、望远镜口径越大越好。因此在此不作详细说明。





图片

分辨率




图片 在第三节中,我们提到,口径决定了望远镜的极限放大倍率。
在这里我们更进一步说明:口径决定了望远镜所能分辨出的两个点光源的最近距离,也就是说,口径决定了望远镜的分辨率。
按照前面提到的140/D的分辨率公式,以一台6英寸(152毫米)口径的望远镜为例,其理论极限分辨率约为140/152,即约0.92角秒。
然而,这只是一个理论的极限。
因为,望远镜的分辨率表现还受到三个因素的影响,其一是望远镜的镜片加工精度,其二是望远镜的遮挡率,其三是视宁度。因此,口径越大、镜片精度越高、遮挡率越低、视宁度越好,一个光学系统能达到的分辨率就越高。



图片 此外,除了望远镜的因素之外,相机传感器的像素大小(Pixel Size)也是一个很重要的因素。
一般而言,在不超过视宁度及望远镜支持的最高采样率的情况下,像元大小越小,分辨率越高。至于什么是采样率,在此不作详细说明。
一般而言,焦比快于等于f/5的望远镜适合像元大小小于等于3.75μm的相机,而焦比慢于f/5的望远镜适合像元大小大于3.75μm的相机。
若相机的像元较小,可在后期处理时使用Drizzle算法来得到近似于小像元大小的效果。这一点在后文中会进行详细说明。
因此,若对分辨率的要求高,则推荐的望远镜是:口径大于150mm的反射/折反射望远镜


口径大于150mm推荐型号
图片


图片 信达200mm f/4牛反望远镜

即的“信达大黑”。同样具有良好性价比,但是调教和装备使用难度更高。
图片 黑洞254mm f/4牛反望远镜

顶级摄影牛反望远镜

图片 星特朗C8HD/C11HD施卡望远镜

经典的长焦望远镜,体积十分紧凑,添加了减焦镜后的拍摄效果不错
或口径大于100mm的折射望远镜



口径大于100mm推荐型号
图片


图片 裕众102APO Pro

配合1.0x减焦镜,经典的折射镜,规格中规中矩,效果出众
图片 裕众130APO Pro

同上,但口径更大
图片 高桥FSQ106ED

顶级中等口径短焦摄星镜,被高桥称为自己都无法超越的产品


图片

举个例子


下面举几个常见的情况的例子,来说明一下器材具体的选择思路。



1. 环境好(光害弱、视宁度好)、对便携性要求不高、对分辨率要求高、对拍摄效率要求高:
由环境好可得,对设备去除光害的能力要求不高;
由对便携性要求不高可得,可采用重型赤道仪以提升拍摄稳定性;
由对分辨率要求高可得,须采用大口径望远镜以提升分辨率;
由对拍摄效率要求高可得,需采用大口径望远镜+高量子效率的单色相机以提升拍摄效率。
综上所述,在该需求条件下,器材选择的最优解为:

图片 主镜:口径大于200mm的牛顿反射式望远镜或大于100mm小于150mm的APO望远镜。

参考型号:信达200mm f/4牛反镜、黑洞254mm f/4牛反镜、裕众102 APO Pro折射镜、裕众130 APO Pro折射镜等。
图片 赤道仪:载重20kg及以上的中重型赤道仪,德式或中式依喜好决定。

参考型号:艾顿GEM45、艾顿CEM60(其换代产品CEM70似乎存在较严重的问题,因此不推荐)、信达EQ6-R等。
图片 相机:较新的峰值QE(量子效率)高于80%的单色制冷相机,配合L/R/G/B/H/S/O滤镜进行色彩合成。

参考型号:振旺ASI294MM-Pro、振旺ASI2600MM-Pro(QHY的产品由于似乎存在一些问题,如掉线、漏电等,暂不作推荐)。滤镜可选用宇隆、Antlia、AstroDon等的产品。



2. 环境不好(光害强、视宁度好)、对便携性要求不高、对分辨率要求高、对拍摄效率要求高:
由环境不好可得,对设备去除光害的能力要求高;
由对便携性要求不高可得,可采用重型赤道仪以提升拍摄稳定性;
由对分辨率要求高可得,须采用大口径望远镜以提升分辨率;
由对拍摄效率要求高可得,需采用大口径望远镜+高量子效率的单色相机或彩色相机以提升拍摄效率。



综上所述,在该需求条件下,器材选择的最优解为:

图片 主镜:口径大于200mm的牛顿反射式望远镜或大于100mm小于150mm的APO望远镜。参考型号同(1)。
图片 赤道仪:载重20kg及以上的中重型赤道仪,德式或中式依喜好决定。参考型号同(1)。
图片 相机:较新的峰值QE(量子效率)高于80%的单色制冷相机,配合H/S/O滤镜进行窄带天文摄影;或使用较新的峰值QE(量子效率)高于80%的彩色制冷相机,配合双窄带滤镜进行摄影。
参考型号:振旺ASI294MM-Pro、振旺ASI2600MM-Pro、振旺ASI533MC-Pro、振旺ASI2600MC-Pro(带有MM后缀的为单色相机,带有MC后缀的为彩色相机)。滤镜可选择宇隆、CYCK、Antlia等的产品。
注意:此处使用H/S/O和双窄带滤镜的目的是尽可能截止光污染。

3. 环境不好(光害强、视宁度好)、对便携性要求高、对分辨率要求较高、对拍摄效率要求高:
由环境不好可得,对设备去除光害的能力要求高;
由对便携性要求高可得,需采用轻型赤道仪以提升便携性;
由对分辨率要求较高可得,须采用中等口径望远镜以提升分辨率;
由对拍摄效率要求高可得,需采用高量子效率的单色相机或彩色相机以提升拍摄效率。



综上所述,在该需求条件下,器材选择的最优解为:

图片 主镜:口径在150mm左右的牛顿反射式望远镜或大于60mm小于100mm的APO望远镜。

参考型号:信达150mm f/5牛反镜(小黑)、信达130mm f/5牛反镜(小小黑)、裕众70sa APO镜、锐星94EDPH APO镜等
图片 赤道仪:自重10kg及以下的轻型赤道仪,通常采用中式赤道仪。

参考型号:艾顿CEM25P、艾顿CEM26、艾顿GEM28、艾顿CEM40等。
图片 相机:较新的峰值QE(量子效率)高于80%的单色制冷相机,配合H/S/O滤镜进行窄带天文摄影;或使用较新的峰值QE(量子效率)高于80%的彩色制冷相机,配合双窄带滤镜进行摄影。参考型号同(2)。



除了三大件以外的器材的选择,基本不受拍摄条件的限制。下面列举一些常用的型号,读者可按照需求和预算酌情选择。
图片 电调:Moonlite电调、Robofocus电调、ZWO EAF电调。
图片 滤镜轮:ZWO各规格滤镜轮、QHY各规格滤镜轮。
图片 导星镜:以焦距不低于主镜焦距的1/3为原则任意选择。
图片 OAG:在主镜焦距较长时使用,有ZWO、QHY和Grus的产品可选择。
图片 导星相机:尽量选用灵敏度高、画幅在1/3”~1”的单色相机。ASI120/ASI224/ASI290/ASI174/ASI178及QHY对应同芯片产品较常用。
图片 拍摄电脑:随意,ZWO ASIAIR、QHY StarMaster、Intel Nuc等较为便携



经过本节的叙述,相信读者对于基本器材的选择,应该不成问题了。

点评

大佬啊,看完后默默的摸了一下口袋,只能点赞  详情 回复 发表于 2021-8-26 11:39
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邓明_wQQCULv.4 显示全部楼层 发表于 2021-8-26 11:39
国三蝶 发表于 2021-8-17 11:24
第六节(器材选择)

大佬啊,看完后默默的摸了一下口袋,只能点赞

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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-8-30 15:13
本帖最后由 国三蝶 于 2021-8-30 15:27 编辑

第三章 前期的拍摄
本章内容全部基于软件Nighttime imaging "N" astronomy(N.I.N.A)进行
本章作者雅痞张
系列文章中如无特殊注明,图片均由 @雅痞张 提供


第一节 软件的安装

工欲善其事必先利其器,一张优秀的深空摄影作品,其中包括了前期拍摄、后期处理两大部分。
在前期拍摄的部分,笔者回想几年前才入门的时候,大多数人都还在用只带有自动跟踪功能的赤道仪,利用单反相机和快门线拍摄。这样的玩法耗时费力,出图的质量还不高。很快这样的玩法已经不能满足高素质素材积累的需求了。所以随之而来,我们将设备更新换代,力求高性能、全自动化拍摄。
全自动化深空摄影,指的是将所有的设备,都通过同一个控制终端控制,实现赤道仪指向、相机拍摄、导星追踪,其中包括了非常多细节的动作,诸如指向、自动居中、自动对焦、自动中天翻转、滤镜切换等等。

1.jpg 自动化拍摄的全流程示意图

市面上有很多软件都能支持这些功能的实现,比如SKYX、SGP、Voyager等等,也有一些与硬件高度结合的系统,比如ZWO的ASI AIR、QHY的Star Master等。但是在诸多硬件软件中,我们依然推荐用N.I.N.A.来作为主力拍摄软件,正是因为它能很好的解决这些问题:

1)全中文支持:
原生内置中文,降低门槛。

2)全自动化拍摄:
拍摄全流程、单目标、多目标拍摄,功能齐全,一站式完成多个操作。

3)良好硬件支持:
不限定某家厂商硬件,兼容性非常强,软件本身开源,谁都有可能成为软件的开发者并提供更多硬件支持。

4)快速更新迭代:
带来更快的问题修复能力和新产品支持能力,例如近一年来新出的镜头盖、平场板、电源开关等。

5)上手难度低:
软件内的设置、操作逻辑非常清晰,简洁清晰。这也许是最不能直观感受到的优点,但是却是关系到软件使用难度最重要因素。



2.jpg N.I.N.A.拍摄界面,简洁清晰并且支持自定义UI界面。

进入正题,在此文中,我们将一起进行N.I.N.A.的安装与调试工作。
首先使用N.I.N.A.的硬件和环境,我们参考官网结合实践经验做出这样的推荐:

★ 双核64位CPU(在最低端的CPU中,凌动Z8350、酷睿M3上均成功运行,但是考虑到还需要有其他辅助程序同时运行,建议使用更高性能CPU)
★ 2GB运行内存(强烈建议使用至少8g以上RAM)
★ Windows 8(64位)或更高版本,但是强烈建议使用Windows 10(虽然成功在win7上运行了N.I.N.A. 32位版本,但是实际使用体验极差,建议使用Win10 64位,1906之后的版本)
★ 250MB的可用磁盘空间,不包含可选的SkyAtlas数据库(约1.5GB)
★ .NETFramework 4.7.2 (最新的N.I.N.A.需求已升级到.NET 4.8)
3.jpg 在微软Bing中搜索N.I.N.A.程序。

实际上因为一些众所周知的原因,天文类的软硬件(如我们之后提到的ASTAP、PHD2等)都建议在Bing上搜索,有条件的星友可以使用Google。
对于硬件,我们强烈推荐INTEL的NUC系列低功耗迷你PC,远程台用户如果需要兼顾到图像预处理之类的操作,也可以考虑17*17规格的ITX主机,使用Intel八代i5以上处理器或AMD 3400GE以上规格。
对于软件,必须要求使用.NET 4.8以上的版本,.NET Framework一般都集成在Win10系统中。
4.jpg 南方天文提供的定制装机NUC迷你主机,10*10cm大小,功能齐全,性能强大。






接下来,在N.I.N.A.的安装过程中,我们可能需要这样几个软件或程序支持:


1)导星:
PHD2 Guiding(N.I.N.A. 1.11中更新了META guide的支持,使用体验上依然推荐PHD2)

2)解析:
ASTAP、PlateSolve 2(实际上N.I.N.A.提供了非常多离线和在线解析方式,推荐使用ASTAP)

3)驱动和平台:
ASCOM这是天文设备在PC上运行的标准平台,提供了各类天文设备的驱动支持。同时,还需要各个设备本身的驱动,这里的驱动大概可以分为ASCOM驱动和本地驱动两类。


以上程序在都可以通过搜索引擎和产品制造商的官网上找到对应的下载,文中名称即为搜索关键词。

5.jpg N.I.N.A.及上下游软硬件简易拓扑图

N.I.N.A.本质上是一个在Windows系统中用来指挥各类天文设备协同运行的程序,因此,它必须要与各类设备建立通讯。同时,一些外围软件也在整个拍摄过程中发挥重要作用,比如PHD2导星、ASTAP解析(我们会在之后来相机介绍解析及其作用)。其中,PHD2需要与相机和赤道仪这类硬件通讯,指挥导星相机拍摄、赤道仪微调。而ASTAP这类解析软件只需要拍摄到的图像,而不是直接指挥相机拍摄,所以不需要与硬件通讯。

与硬件的通讯基本分为两类:

第一类是通过ASCOM平台(ASCOM Platform)的通讯。



6.jpg 完成ASCOM平台和驱动的安装后,PC上将出现这些程序,图上为艾顿赤道仪的ASCOM驱动。

ASCOM是一个天文硬件通用平台,软件可以通过ASCOM平台调用几乎所有的天文硬件,例如相机、赤道仪、滤镜轮、电调焦等。我们强烈建议在安装ASCOM平台后,运行一次上图所示检测程序,以保证所有功能都正确支持。ASCOM平台调用设备,还依赖于每家厂商提供的ASCOM驱动。这类驱动一般在厂商的官网可以下载安装。
7.jpg ZWO振旺官网提供的ASCOM平台和ASCOM驱动下载页面,需要同时下载安装。



第二类是通过硬件厂商提供的SDK(软件二次开发工具)通讯。

也就是我们说的本地驱动(Native Driver)。这类驱动不再需要经过ASCOM平台来进行硬件的调度。而是直接由N.I.N.A.等软件直接给硬件发送指令。

8.jpg 在N.I.N.A.连接设备的选择中,蓝色框内是使用ASCOM驱动的,红色框标注出了本地驱动。

两种通讯方式相比而言,本地驱动具备以下的优点:

★ 本地驱动提供了更为丰富的操作,例如实时调整相机的增益、偏置;移除过扫区;而ASCOM缺失一部分功能,即使有,也需要进入驱动单独设置,相对繁琐;

★ 本地驱动提供了更好的设备性能支持,因为SDK是由厂商开发的,因此对设备的调用更加符合开发者的意图,而ASCOM则有诸多限制和规范;

★ 本地驱动提供更多的设备连接,ASCOM通常只提供最多2个同类设备的连接。

★ 本地驱动能最快速提供设备支持,例如在ASCOM 6.4之前并没有镜头盖、开关等设备,这些设备的调用就需要依赖于厂商自己提供的SDK了。
9.jpg 笔者远程台双机拍摄系统中,总共集成了5个不同型号的ZWO ASI相机,因此ASCOM驱动已经不能满足日常使用需求。

虽然ASCOM平台在不断维护和更新,但是作为一个通用平台,它的意义在于提供最通用最基础的通讯,功能相对缺乏、更新也相对滞后。所以对于用户而言,能用本地驱动,尽可能使用本地驱动代替ASCOM驱动。
这里也同样需要说明,这里并不是说可以不安装ASCOM平台,因为天文摄影软、硬件碎片化非常严重,本地驱动又依赖软件开发者维护,一些程序中依然需要依赖ASCOM平台通讯(例如PHD2中调用ZWO ASI相机)。




介绍完了N.I.N.A.与软硬件通讯的基本逻辑,以下我们可以进入安装环节了。首先请注意,请务必关闭360、Windows Defender等各类杀毒软件。


第一步安装ASCOM平台和各类驱动,目前ASCOM官网最新版本 6.5 SP1。


10.jpg ASCOM平台的安装界面和检测程序,图中显示所有功能均检测通过。

安装完成后,建议运行一次ASCOM Diagnostics程序,检测所有功能组件是否都正确安装了。



第二步安装N.I.N.A.主程序,推荐安装N.I.N.A. 1.10 HF3 BETA001版本。


11.jpg 初次完成N.I.N.A.安装后软件界面

不用担心纯英文页面,我们在后续的部分会详细讲解使用。



第三步安装ASTAP和PHD2。

12.jpg ASTAP主程序

ASTAP略微特殊,需要在官网下载主程序和数据库。截至目前官网已经更新到了0.9.523b版本,数据库更新到了H18/H17。根据官方建议,推荐安装H18数据库。安装完成后,请按照图中①②③的顺序,确实数据库是否被程序识别,否则可能影响解析。
13.jpg PHD2 Guiding界面。

推荐安装PHD2 2.6.9 dev4版本,此版本中增加了多星点导星的功能,实用性非常强。
从这一篇开始,我们将无限次提到这句话“电脑类的问题,通过以下三步可以解决99%的疑难杂症:重启-重装-重买,三步循序渐进”。这并非玩笑,实际上据笔者经验,绝大多数星友遇到的问题,都由系统版本不对、运行环境不全、安装错误程序、操作错误以及类似原因引起,因此以上三步确实在很多病症上,都有很好疗效。

好了,到此为止,我们基本完成了所有程序的安装,下一部分,我们将进入软硬件的连接、调试工作。


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