1. 1. Переваги цифрового фотоапарата
2. 2. Вибір фотоапарата
3. 3. Оптична схема і розрахунок її параметрів
4. Параметри фотоапаратів Nikon Coolpix
5. 4. Параметри фотозйомки
6. 5. Перші результати

... Ну, може і не зовсім вже "мильниця" - як раз на питаннях вибору фотоапарата і розрахунку параметрів зйомки мені і хотілося б зупинитися в цій замітці.

Я близько півроку використовую Nikon CoolPix 4300 і саморобний 150-мм телескоп на монтуванні Добсона з оптики телескопа ТАЛ-2, і ці інструменти себе відмінно зарекомендували.

1. Переваги цифрового фотоапарата

Недорогий цифровий фотоапарат, на мій погляд, за багатьма параметрами є оптимальним рішенням для любителя - на відміну від Web-камери, він не потребує комп'ютері під час зйомки, дозволяє отримувати знімки з високою роздільною здатністю, гнучко змінювати параметри зйомки. У той же час такі апарати набагато дешевше цифрових дзеркалок і на відміну від них дозволяють легко фокусуватися по зображенню на екрані дисплея, мають меншу вагу і габарити. Про плівкових фотоапаратах питання окреме - вони хороші на тривалих витримках, але вкрай незручні при окулярної зйомці, особливо недорогі моделі, на зразок вітчизняних "Зеніту". Вібрації, що виникають при підйомі дзеркала і спрацьовуванні затвора практично не дозволяють використовувати їх при зйомці з великими еквівалентними фокусними відстанями на коротких витримках.

Звичайно, цифровий фотоапарат, навіть найдешевший, володіє всіма плюсами цифрового пристрою - простота і оперативність обробки інформації, відсутність втрат при перекладі в цифрову форму і ніяких витрат на витратні матеріали.

2. Вибір фотоапарата

Я не ставив собі за мету детальний огляд цифрових фотоапаратів і їх порівняння; вибір моделі - справа досить суб'єктивне, адже він напевно буде використовуватися не тільки для астрос'емкі, для мене ж основними критеріями були наступні:

-наявність ручних режимів зйомки. Це обов'язкова умова, так як в автоматичному режимі можна сфотографувати тільки досить яскраві і великі об'єкти - Місяць, Сонце ... і все, мабуть.

матриця 3-4МП. Критерій більш суб'єктивний, багато хто отримує відмінні знімки і на 2-мегапіксельною апаратах, але ж це вже вчорашній день, навіть для отримання якісного знімка формату 10х15 бажано знімати на 3-мегапіксельною камерою. У той же час 5-мегапіксельні апарати помітно дорожче, не даючи особливих переваг.

-якість оптики і матриці. Так як недорогі цифрові фотоапарати оснащуються незнімними об'єктивами, на якість оптики варто звернути особливу увагу. Традиційно славляться об'єктиви фірми Leica, що застосовуються в фотоапаратах Panasonic, різку і чітку картинку забезпечують об'єктиви Nikon, Carl Zeiss. На жаль, у мене не було можливості особисто протестувати якість об'єктивів, зауважу тільки, що не варто гнатися за сильним збільшенням - такі об'єктиви в середньому дають більш "замилений" картинку, а при використанні телескопа великий зум не потрібен.

Дуже важливий параметр матриці - рівень шумів. Шум матриці полягає в випадковій зміні сигналу, що зчитується з елемента матриці і виглядає як набір строкатих точок, добре помітних при збільшенні фотографії. Шум присутній на знімку завжди, він залежить від встановленої чутливості матриці, витримки, навколишньої температури. Природно, чим менше шуми - тим краще, але тестування цього параметра утруднено, так як вимагає забезпечення однакових умов зйомки (включаючи температуру) для всіх знімків. Детальніше на цьому питанні я зупинюся трохи пізніше.

-можливість використання пульта дистанційного керування. Це теж дуже важлива умова - ручне натискання спуску занадто часто призводить до змазування зображення, використання ж автоспуска ускладнює наведення, знижує темп зйомки, не дозволяє проводити зйомку серіями. Пульти бувають різних типів - як електронні (наприклад, Nikon), так і інфрачервоні (FujiFilm), деякі фотоапарати комплектуються ними за замовчуванням. Електронні пульти можуть помітно збільшити вартість комплекту, так як їх ціна досягає $ 100 і навіть вище. Як варіант, іноді можливе використання підключеного до фотоапарата комп'ютера в якості пульта дистанційного керування (Canon, Nikon), але це мені здається незручним, так як вимагає виносити на спостереження ще й ноутбук.

-можливість кріплення насадок на об'єктив. Важливі навіть не самі насадки (які, втім, теж можуть виявитися дуже корисними), а можливість закріпити фотоапарат на телескопі строго соосно окуляра, що необхідно для отримання якісного невіньетірованного зображення. Краще, якщо різьблення нарізана нема на об'єктиві, а на корпусі фотоапарата, в кільці навколо об'єктива (таку різьблення мають, наприклад, Canon A80, Nikon CoolPix 4300 FujiFilm S5000) Якщо такого різьблення на корпусі фотоапарата немає, доведеться виготовляти спеціальне кріплення для штатної різьблення , призначеної для кріплення до штатива і ретельно виставляти вісь фотоапарата після кожної установки його на телескоп.

-ціна. На сьогоднішній день (літо 2004р.) Цілком придатний для астрос'емкі фотоапарат можна придбати приблизно за $ 280 .. $ 350.

3. Оптична схема і розрахунок її параметрів

Так як фотоапарат має незнімний об'єктив, фотографування можливо в режимі окулярної камери (див. Рис). При цьому об'єктив працює в найбільш оптимальному режимі, так як сфокусований на "нескінченність", а якість зображення мало залежить від невеликих випадкових зсувів фотоапарата. Всі розрахунки наведені саме для цієї схеми.

Розрахунок характеристик окулярної камери почнемо з визначення розміру матриці фотоапарата. Зазвичай матриця маркується певним типорозміром, нічого спільного з реальним розміром не мають - відповідність приведено в таблиці:

позначення розмір, мм 1 / 3.6 '4.0 × 3.0 1 / 3.2' 4.54 × 3.42 1/3 '4.8 × 3.6 1 / 2.7' 5.27 × 3.96 1/2 '6.4 × 4.8 1 / 1.8' 7.18 × 5.2 2/3 ' 8.8 × 6.6 1 '12.8 × 9.6 4/3' 18.0 × 13.5

Характеристики фотоапаратів Nikon CoolPix можна уточнити по наведеній таблиці: http://e2500.narod.ru/coolpix.htm

Параметри фотоапаратів Nikon Coolpix

Model Lens Focus
Length, mm 35mm
eqiv. F-Number CFA Image Size Bits /
Pixel
(Stored) ID CCD diag,
mm Pixel Size,
um Nikon Coolpix 950 7-21 38-115 1: 2.6-4 CMYG 1600 x 1200 10 SR981P 7.91 3.955 Nikon Coolpix 880 8-20 38-95 1: 2.8-4.2 CMYG 2048 x 1536? SX382 9.12 3.563 Nikon Coolpix 990 8-24 38-115 1: 2.5-4 CMYG 2048 x тисячі п'ятсот тридцять шість 12 SX381 9.04 3.531 Nikon Coolpix 775 5.8-17.4 38-115 1: 2.8-4.9 CMYG 1600 x 1200 10 SR986 6.60 3.300 Nikon Coolpix 885 8-24 38-114 1: 2.8-4.9 CMYG 2048 x 1 536 12 SX383 9.11 3.559 Nikon Coolpix 995 8-32 38-152 1: 2.6-5.1 CMYG 2048 x 1 536 12 SX581 9.11 3.559 Nikon Coolpix 2100 4.7-14.1 36-108 1: 2.6-4.7 RGBG 1600 x 1200 12 SX783 5.65 2.827 Nikon Coolpix 2500 5.6-16.8 37-111 1: 2.7-4.8 CMYG 1600 x 1200 10 (12) SX585 6.55 3.275 Nikon Coolpix 3100 5.8-17.4 38-115 1: 2.8 -4.9 RGBG 2048 x 1536 12 SX781 6.60 2.578 Nikon Coolpix 3500 5.6-16.8 37-111 1: 2.7-4.8 CMYG 2048 x 1536? ? 6.55 2.558 Nikon Coolpix 3700 5.4-16.2 35-105 1: 2.8-4.9 RGBG 2048 x +1536 12 SX786 6.68 2.609 Nikon Coolpix 4300 8-24 38-114 1: 2.8-4.9 RGBG 2272 x 1704 12 SX587 9.12 3.211 Nikon Coolpix 4500 7.85 -32 38-155 1: 2.6-5.1 CMYG 2272 x 1704 12 SX584 8.94 3.148 Nikon Coolpix 5000 7.1-21.4 28-85 1: 2.8-4.8 CMYG 2560 x 1920 12 SX582 10.9 3.406 Nikon Coolpix 5700 8.8-70.7 * 35-280 1: 2.8-4.2 CMYG 2560 x 1920 12 SX583 10.9 3.406

Лінійна роздільна здатність матриці визначається розміром пікселя, який можна легко отримати, розділивши розмір матриці по висоті або ширині на відповідну кількість пікселів.

Наприклад, для фотоапарата Nikon CoolPix 4300 типорозмір матриці 1 / 1.8 ', що відповідає лінійним розмірам 7.18мм × 5.2мм, максимальна роздільна здатність знімка в пікселях становить 2272 × 1704, тоді розмір пікселя

ℓ = 7.18 / 2272 = 0.0032 мм

Масштаб зображення на матриці визначається еквівалентною фокусною відстанню системи, яке розраховується за формулою:

Fекв = fФ × U,

де U - збільшення телескопа з застосовуваним окуляром,

fФ - фокусна відстань об'єктива фотоапарата.

Знаючи Fекв і ℓ, кутовий дозвіл окулярної камери можна визначити як

α = 2 × atan (ℓ / (2 × Fекв)),

За аналогічною формулою визначається і розмір поля зору камери, тільки замість розміру пікселя ℓ в формулу підставляється лінійний розмір матриці, тобто

Д = 2 × atan (L / (2 × Fекв)),

де L - лінійний розмір матриці

Це розмір поля зору камери, однак реальне поле зору всієї системи може обмежуватися і полем зору окуляра. Його можна визначити, розділивши видиме поле зору окуляра, зазвичай вказується в його характеристиках, на збільшення або приблизно розрахувати за формулою

Док = 2 × atan (dок / (2 × Fок))
де dок - діаметр польової діафрагми окуляра

Щоб весь зібраний телескопом світло потрапив на матрицю фотоапарата, необхідно, щоб вихідна зіниця телескопа повністю "провалився" в діафрагму об'єктива фотоапарата, тобто він повинен бути поєднаний з діафрагмою і мати менший лінійний розмір. Тут все аналогічно розрахунку равнозрачкового збільшення при візуальних спостереженнях.

Розмір вихідної зіниці телескопа дорівнює

d = D / U = D × Fок / F = Fок × А,
де D - діаметр об'єктива телескопа

F - фокусна відстань об'єктива телескопа

Fок- фокусна відстань окуляра

А - відносний отвір телескопа; A = D / F

Лінійний розмір діафрагми фотоапарата (діаметр вхідного отвору) визначається як

Dф = fФ / Vф,

де V - діафрагма об'єктива фотоапарата

Таким чином, мінімальне корисне збільшення телескопа досягається при dФ = dвих. Це збільшення і відповідне йому фокусна відстань окуляра можна визначити за формулами:

Umin = D / D Ф = D × Vф / fФ
Fок = F × fФ / (D × Vф) = fФ × (V / V ф)

Зверніть увагу, що діє отвір фотоапарата dФ не завжди, його необхідно обчислювати для кожного значення фокусної відстані об'єктива. Чинний діаметр може збільшитися, наприклад, при збільшенні fФ (так відбувається в Nikon 4300) і це є ще одним доказом для застосування зуму при окулярної зйомці.

На жаль, розрахувати правильне взаємне розташування окуляра і фотоапарата досить складно і легше підібрати його експериментально. Зазвичай об'єктив фотоапарата доводиться розташовувати майже впритул до окуляра, і тільки для довгофокусних окулярів з винесеним зіницею фотоапарат доведеться відсунути на 1-2 см. Природно, окуляр і об'єктив фотоапарата повинні бути співвісні.

Якщо мінімальне збільшення визначається з умов отримання невіньетірованного зображення, то максимальне збільшення обмежується роздільною здатністю телескопа. Зазвичай вважається, що для виявлення найбільш тонких деталей зображення дифракційну гурток на знімку повинен мати розмір в 2-3 пікселя. Знаючи роздільну здатність свого телескопа α (наближено можна прийняти α = 120 "/ D (мм)), можна визначити максимальне еквівалентна фокусна відстань

Fmax = (2..3) × ℓ / (2 × tan (α / 2))

Більша еквівалентна фокусна відстань застосовувати не має сенсу, так як ніяких нових деталей це виявити не дозволить, але зменшить поле зору і поверхневу яскравість зображення (а, отже, потребують довшого часу експонування або чутливості матриці, що призведе до збільшення рівня шумів).

Виконавши ці розрахунки для телескопа ТАЛ-2 і фотоапарата Nikon CoolPix 4300 отримаємо:

ТАЛ-2: F = 1200мм, D = 150мм, V = 8, α = 1 "

Nikon 4300: fФ = 8..24мм, Vф = 2.8 .. 4.9, матриця 1 / 1.8 ', 2272 × 1704, ℓ = 0.0032 мм

-------------------------------------------------- -------------

мінімальне збільшення:

Umin = D × Vф / fФ = 150 × 2.8 / 8 = 53х, Fекв = 8 × 53 = 420мм

Збільшенню 53х відповідає окуляр з Fок = 1200/53 = 22.5мм;

Найбільш близький до розрахункового 20мм-окуляр, з ним телескоп дасть збільшення 60х, Fекв = 480мм

Д = 2 × atan (7.18 / (2 × 480)) = 0.86 ° = 52 '

Д = 2 × atan (5.2 / (2 × 480)) = 0.62 ° = 37 '

- тобто кутове поле зору камери складе 37 '× 52'. Однак видиме поле зору 20мм окуляра НПЗ становить близько 45 °, або поле зору Док = 45/60 = 0.75 ° = 45 '. Значить, окуляр при мінімальному збільшенні буде трохи обрізати поле зору по широкій стороні кадру.

-------------------------------------------------- -------------

максимальне збільшення

При роздільної здатності телескопа ТАЛ-2 близько 1 "максимальне еквівалентна фокусна відстань

Fmax = 3 × 0.0032 / (2 × tan (0.5 ")) = 1980мм, U = Fекв / fФ = 1980/24 = 82х.

або, для мінімального зума U = 1980/8 = 247х.

Зверніть увагу, що зміна збільшення від мінімуму до максимуму практично відповідає діапазону зміни фокусної відстані фотоапарата, що дозволяє застосовувати всього один окуляр з фокусною відстанню 17..20мм

Залишилося розглянути ще одне можливе обмеження, що виникає при використанні телескопа без часового приводу. При нерухомому телескопі максимальне зміщення об'єкта на матриці фотоапарата за час експозиції не повинно перевищувати розміру пікселя. Для визначення максимальної витримки досить перевести розраховану раніше кутову роздільну здатність системи в одиниці часу:

α = 2 × atan (ℓ / (2 × Fекв)),

для ТАЛ-2, при використанні окуляра 20мм (збільшення 60х) і 3х-зуму фотоапарата (fФ = 24мм, Fекв = 1440) отримаємо:

α = 2 × atan (0.0032 / 2 × 1440) = 0.46 ", в одиницях часу на це знадобиться 0.46" / 15 = 0.03 сек = 1/33 сек.

Ці розрахунки справедливі для найгіршого випадку - коли світило знаходиться поблизу небесного екватора, якщо ж відміна світила δ велике, час експозиції можна збільшити обернено пропорційно cos (δ).

4. Параметри фотозйомки

Вище були визначені характеристики оптичної схеми і пов'язані з нею обмеження, однак при зйомці доводиться враховувати і безліч специфічних особливостей фотоапарата. По-перше необхідно правильно вибрати режим зйомки. Повністю автоматичний режим застосовується вкрай рідко, тому що далеко не завжди автоматика фотоапарата здатна справиться з такими нестандартними умовами зйомки. Це ж стосується і сюжетних режимів. Найбільшу гнучкість і стабільність результатів забезпечує ручний режим. Так, доводиться вручну виставляти параметри експозиції (витримка і діафрагма), про яких у побутовій зйомці замислюватися зазвичай не доводиться. Але це не так складно - в якості першого наближення можна використовувати дані автоматичного виміру, тільки потрібно зробити поправку при зйомці невеликих яскравих об'єктів (планет) - навіть при використанні точкового виміру розмір зони визначення експозиції набагато більше діаметра планети і її зображення вийде перетримати. У будь-якому випадку можна легко уточнити експозицію, зробивши парочку пробних кадрів.

Чутливість матриці краще вибирати мінімально можливу - ця рекомендація визначається характеристиками шумів матриці фотоапарата. Для порівняння наводжу ділянки тестових знімків сірого поля (знімалося небо) і темнова кадрів для Nikon 4300 для різних витягів і чутливості матриці. Зверніть увагу на досить яскраві кольорові точки, добре помітні на знімках при ISO200 і, особливо, ISO400. (Знімки отримані при температурі близько 20 ° C, 2 272 × 1704, стиск NORMAL, без додаткової обробки; вирізані ділянки в правому-верхньому кутку знімка. Для полегшення порівняння можна збільшити контрастність наведених фрагментів в будь-якому графічному редакторі)

Шуми на темнова кадрах обумовлені в основному нагріванням матриці і відмінністю фізичних характеристик пікселів. Вони практично не заважають при окулярної зйомці, але найбільш помітні на великих витримках (тестові кадри отримані при витримці 8s). Крім того, ці шуми носять невипадковий характер, що дозволяє знизити і їх вплив. Досить при фотографуванні зняти темновой кадр з тими ж параметрами, які використовувалися для зйомки об'єкта, і відняти його з кожної фотографії. Цю операцію дозволяють виконати більшість спеціалізованих програм, найбільш поширеними з яких є K3CCDTools і Registax.

Шуми, помітні на фотографіях сірого поля обумовлені помилками при зчитуванні і посилення сигналу, вони випадкові, проявляються і на малих витримках (знімки сірого поля зроблені з витягами від 1 / 250s при ISO400 до 1 / 60s при ISO100). Саме ці шуми найбільш заважають при окулярної зйомці. З тестових знімків видно, що при однаковій експозиції для зменшення шумів вигідніше знімати при меншій чутливості матриці. Однак вплив цих шумів теж можна зменшити - для цього необхідно отримати кілька кадрів, що спостерігається і скласти їх - при цьому загальні для всіх зображень ділянки будуть посилені, шуми ж в порівнянні з корисним сигналом виявляться ослаблені.

Для отримання кількох (бажано, якомога більше) кадрів за мінімальний час краще використовувати режим серійної зйомки, спуск проводиться за допомогою пульта дистанційного керування. Однак максимальний час зйомки серії не повинно перевищувати час, при якому може позначитися власне обертання планети, обертання поля зору при використанні горизонтальної монтування або при неточною установці полярної осі телескопа.

Найбільші проблеми при зйомці викликає процес фокусування. Я використовував для цього максимальний цифровий зум фотоапарата, фокус якого встановлювався на нескінченність, після фокусування окуляром зум забирався до потрібної величини. При зйомці Місяця і Сонця досить ефективним виявився автофокус, його застосування помітно спростило зйомку, але все ж бажано знімати декілька серій, так як можливі помилки (а при зйомці серій фокусування зберігається за першим кадром), та й різкість через вплив атмосфери коливається від кадру до кадру в межах серії. Мені зазвичай вдавалося знайти кілька досить різких кадрів після зйомки 2-3 серій по 5-7 кадрів.

З решти важливих параметрів камери варто відзначити рівень стиснення (не економте на якості знімків!), Режим посилення різкості (обов'язково вимкніть його, якщо знадобиться - завжди можна застосувати відповідний фільтр в Фотошопі), автоматичний вибір кращого кадру і автобрекетинг (теж краще не використовувати)

5. Перші результати

После покупки фотоапарата ЦІЛКОМ ПРИРОДНО Було моє бажання перевіріті, на что ВІН здатно. Не маючи ще жодного кріплення апарату до телескопа, я спробував знімати, просто тримаючи в руках фотоапарат і притуляючи його до окуляра. На мій подив, навіть в таких примітивних умовах мені відразу вдалося отримати непогані фотографії, у всякому разі, вони перевершували ті, що я отримував за допомогою web-камери (докладніше - в розділі "Фотогалерея" ).

Однак очевидне незручність зйомки змусило зайнятися виготовленням кріплення (на фото зліва - перший варіант такого кріплення, вирізаний з 1.5-мм алюмінію, праворуч - виточений з алюмінію перехідник з окуляра на різьбу насадок на об'єктив). Набутий в цей же час пульт дистанційного керування дозволив знімати серії (Nikon4300 здатний знімати з частотою близько 3 кадрів в 2 секунди, замало, звичайно, але все ж ...). Це дозволило, по-перше економити час і знімати більше кадрів (особливо для швидко мінливого Юпітера), по-друге, відсутність випадкових поворотів зображення уможливили подальше підсумовування знімків в програмах K3CCDTools і Registax. На жаль, ці програми не здатні компенсувати обертання поля зору, яке неминуче з'являється при зйомці з монтуванням Добсона, тому серії знімків не вдається зробити досить довгими.

кріплення на пластині

перехідник на окуляр

Хочу звернути увагу, що теоретичні викладки, наведені вище, аж ніяк не є жорсткою догмою, а вимагають вдумливого і творчого застосування. Наприклад, при зйомці Місяця і Сонця, цілком можна застосовувати і збільшення, значно менше розрахункових, це, правда, не дозволить підвищити поверхневу яскравість об'єкта, так як буде еквівалентно діафрагмування головного дзеркала телескопа, але для таких яскравих об'єктів це не страшно, а іноді може бути і корисним, дещо зменшивши вплив атмосферної турбуленции. При зйомці Венери я, навпаки, застосовував значно більші збільшення для полегшення фокусування і зниження поверхневої яскравості планети, потім знімки зменшувалися при обробці.

Я не буду детально зупинятися на питаннях цифрової обробки знімків (а вона необхідна для отримання хороших результатів!) - це окрема тема, по якій ведеться активне обговорення на форумах "Звіздар" і "Загальною астрономічної конференції".

Сподіваюся, ця замітка допоможе початківцям любителям вибрати цифровий фотоапарат і найбільш повно використовувати його можливості. Про всі зауваження і виявлені помилки прошу писати на адресу

Дякую Костянтина Морозова, Дмитро Маколкін, всіх, хто висловив свої побажання і зауваження