Kokemuksia digitaalisesta tähtivalokuvauksesta

Tätä kirjoitettaessa tapaninpäivänä 2002 olen ottanut digitaalisia tähtivalokuvia puolisen vuotta, toukokuusta alkaen (katso tärkeä lisäys artikkelin lopussa ennen linkkejä 21.3.2004, päivitys 10.11.2005). Käyttämäni laite on Philips Toucam Pro 740K web-kamera, joka on hinta-laatu-suhteeltaan parhaita saatavilla olevia web-kameroita.  Valitettavasti alkuperäisessä mallissa pisin valotusaika oli 1/25 sek., mikä mahdollisti vain Kuun, planeettojen ja kirkkaimpien kiintotähtien valokuvaamisen. Varsinaisten syvän taivaan sekä sumumaisten kohteiden kuvaaminen ei täten onnistunut.  Viime syyskuun lopulla radioamatööriystäväni muunsi Philips Toucam Pro –web-kameraa siten, että myös pitkät valotusajat ovat mahdollisia. 

Netistä saatujen ohjeiden mukaisesti Philipsin kameraan tuli vaihtokytkin ja kirjoitinporttiin toinen liitäntäkaapeli.  Samoin verkosta löytyi K3CCDTools- ohjelma shareware-versiona, jolla kameran ohjaus onnistuu ja valokuvaus myös pitkillä valotusajoilla mahdollistuu aina useisiin minuutteihin saakka (tämän artikkelin lopussa on linkit sivuille, joissa on muunnosohjeet sekä softaa pitkiä valotusaikoja varten, mm. K3CCDTools). 

Jälkeenpäin ajatellen muunnostyö pitkiä valotusaikoja varten ei olisi ylivoimainen harrastajallekaan.  Suurin ongelma on web-kameran piirikortin pieni koko.  Biltemassa myydään kuitenkin hyviä juotostelineitä, joissa on suurennuslasi pieniä juotoksia varten.  Sitten tarvitaan vain teräväkärkinen kolvi, huolellisuutta ja käden tarkkuutta. Lukuisista verkossa julkaistuista ohjeista poiketen en ole vielä rakentanut web-kameraan jäähdytystä. Lähinnä amerikkalaisten ja englantilaisten kokemusten mukaan jäähdytyksellä voidaan vähentää ccd-kennon kohinaa pitkillä valotusajoilla (yli 45 sek. -> useita minuutteja). Olen olettanut Suomen luonnon eli talven pakkasten hoitavan jäähdytyksen.

Puolen vuoden kokemukset: enimmäkseen myönteistä

Kommentoin tätä ja eräitä muitakin asioita seuraavassa tekstissä, joka on kirjoitettu siis runsaan puolen vuoden kokemusten perusteella. Tämä ei ole tieteellinen artikkeli, mutta pyrin tuomaan esiin kokemukseni digikuvauksesta mahdollisimman objektiivisesti.

Ensimmäinen havainto on se, että perinteisestä filmivalokuvauksesta opittua ei ole syytä heittää roskikseen. Digitaalikuvaus noudattaa pääpiirteittäin filmikuvauksen perinteitä, niitä tosin laajentaen ja täydentäen. Täten tähtivalokuvaajan on osattava suunnata kaukoputken rektaskensioakseli mahdollisimman tarkasti Pohjantähteen. Jalustan on oltava vakaa, alustan tasainen ja seurantamoottorin on oltava riittävän tarkka useiden minuuttien valotusaikoja varten. Muutoin kuville käy kuin filmillä: pisteistä tulee tildejä, matoja tai enemmän ja vähemmän suoria ja viivoja. Ikävien yllätysten välttämiseksi valotusaikojen ja himmenninaukkojen merkitys, polttovälit, suurennukset ja optiikan perusteet on samoin tunnettava.

Digikuvaus on edullista, kennon herkkyys yllätti

Toinen pointti on se, että digikuvaus on huomattavasti edullisempaa kuin filmikuvaus. Myös digikuvista suuri osa epäonnistuu, ja itse olenkin alkuvaiheessa ottanut tahallisesti paljon kuvia, joista suurin osa lentää jälkikäsittelyssä tietokoneen roskapönttöön. Huomattavin ero filmiin on se, että bittimuotoiset hukkakuvat eivät maksa mitään, kun filmille kuvattaessa harhalaukauksille tulee hinta.

Myönteistä on edelleen halvan web-kameran ccd-kennon herkkyys. Jopa 15-30 sekunnin valotusajoilla saa kuvia, joita vastaavasti 400-800ASA filmejä joutuisi valottamaan 2-10 minuuttia. Useiden kuvien, jopa kymmenien kuvien yhdistely on niin ikään helppoa. Käyttämäni K3CCDTools-ohjelman avulla näin saa pois ilmakehän väreilyä ja muita häiriöitä. Pienenä ongelmana ccd-kennolla ovat sen omat häiriöt, joista Jorma Koski kirjoitti Tähdet&Avaruus –lehden numerossa 7/02 s. 56-58. Käyttämällä K3CCD-ohjelman dark frame –toimintoa nämä häiriöt saa matemaattisesti vähennettyä kuvista, joskaan toiminto ei aina toimi (joko ohjelmassa on jokin vika tai en osaa käyttää tätä muutoin mainiota shareware-ohjelmaa). Varsin pian huomasin, että ds-kuvauksessa todellakin kannattaa Kosken ohjeen mukaisesti ottaa muutama pimeä ruutu samoilla arvoilla kuin oikeat kuvat, mutta kameran linssi peitettynä mustalla pahvilla (kuvahakemistossa olevat M42:n 15-30 sekunnin kuvat paranivat selvästi tämän toiminnon avulla).

Tästä tullaankin sitten vähitellen digikuvauksen mukanaan tuomiin uusiin ongelmiin, joihin en osannut etukäteen varautua.

Kennon pieni pinta-ala ongelma

Ensimmäinen ongelma näkyy oheisesta kuvasta, joka esittää web-kameran ccd-kennoa 32-millimetrin okulaariputken läpi katsottuna. Postimerkkiä pienempi ccd-kenno on pinta-alaltaan vain murto-osa kaukoputken polttotasolle piirtämästä kuvasta. Normaali kinofilmi 24x36 mm puolestaan kerää suurimman osan tästä kuvasta filmille. Tästä seuraa, että suoraan polttotasolta kuvattaessa web-kameran ccd-kenno taltioi vain pienen osan kuva-alasta, eli kenno toimii eräänlaisena "digitaalisena zoomina", jolla tosin on kiinteä suurennus. Kuvattaessa Tal-kaukoputken polttotasolla filmille suurennus on noin 16x luokkaa. Kuu sopii reilusti kokonaan kuvaan, kuten oheinen filmille polttotasolla otettu kuva 1 osoittaa. Ccd-kenno sen sijaan taltioi polttotasolta vain pienen kaistaleen Kuusta, esimerkiksi etelänavan alueelta, kuten digitaalinen kuva 2 osoittaa. Tarvitaan 4-5 kuvaa, jotta Kuu saadaan kuvattua etelästä pohjoisnavalle.

Arvioisin, että tämä suurennus on luokkaa 100x, se vastaa suunnilleen samaa mitä Talista näkyy 15 mm Kellner –okulaarilla sekä 2xBarlow –linssillä, eli suurennus on silloin 112x.

Tästä seuraa kokonainen joukko ongelmia ccd-kuvauksessa. Kuun halkaisija on noin 30’. Philips Toucamin ccd-kenno kuvaa Talin polttotasolla siis vain noin 6’ halkaisijaltaan kokoisen alueen. Tämä merkitsee, että sellaisista ds-kohteista kuin M44 Praesepe (95’) ja M45 Seulaset (110’) vain murto-osa sopii kuvakenttään! Tätä on havainnollistettu kuvakokoelmassa M45:n kohdalla. M27 Nostopainosumu sopisi niukin naukin kuva-alueelle.

Polttotasolla usein  liian voimakas suurennus.  Ratkaisu:  pienemmät objektiivit tai polttovälin lyhennin (focal reducer)

Polttotasolta kuvattaessa Philips Toucamin ccd-kenno siis ei sovellu isojen kohteiden kuvaamiseen. Lisäksi näin voimakkaalla suurennuksella ds-kohteiden löytäminen on äärimmäisen vaikeaa, vaikka kaukoputkessa olisi kuinka hyvä etsintäputki. Edelleen, kuvan tarkentaminen osoittautui hyvin vaikeaksi, sillä Talin okulaarin tarkennusruuvi on melko karkea.

Tähän ongelmaan oli nopeasti etsittävä ratkaisu, ja se löytyikin liittämällä modifioitu web-kamera 135- ja 400-millisiin teleobjektiiveihin. Joskus 1970-luvulla ostamissani Vivitarin ja Soligorin objektiiveissa on vanha Pentax-kierre, jota varten löytyi Teknofokuksesta (www.teknofokus.fi) välirengas, hintaan 40€.

Toinen mahdollisuus on käyttää ns. polttovälin lyhennintä eli focal reduceria.  Rakensin sellaisen itse keväällä 2004, ohjeet löytyvät tästä.

Toistaiseksi parhaat ds-kuvat olenkin saanut sijoittamalla Philipsin web-kameran Talin kameratelineeseen 135- tai 400-millisten teleobjektiivien kera. Tal toimii etsintäputkena ja kuvat otan teleobjektiivien kautta. Jos tarvitaan voimakkaita suurennuksia, tai pieni kohde on hyvin himmeä, siirrän web-kameran okulaarin paikalle polttotasolle. Näin menettelen esim. planeettojen ja Kuun kuvauksessa (ks. digitaaliset Kuun kuvat sekä Jupiter ja Saturnus kuvakokoelmassa).

Oheiset kuvat näyttävät miltä rakennelma näyttää. Orionin M42, M44 Praesepe ja M45 Seulaset sopivat 135-millisellä objektiivilla sopivasti kuvakenttään. Kuva-ala on 100’ luokkaa. Soligorin 400-millisellä kuva-ala on 25’ luokkaa, jolloin Kuu ei aivan kokonaan sovi kerralla kuvaan.

Värit ja jäähdytyksen tarve askarruttavat

Lopuksi seuraa ongelmia, joita en ole vielä ratkaissut. Yksi on kysymys väreistä. Tähtikuvauksessa avaruuden väriskaalat ja kontrastit ovat aivan toisenlaisia kuin ns. normaalissa kuvauksessa. Siksi lopputulos on usein hyvinkin erilainen kuin miltä kohde näytti okulaarin läpi katsottuna. Viimeistään kuvien yhdistely K3CCD-ohjelmalla tuottaa usein yllättäviä väriyhdistelmiä. Tästä syystä olen muuttanut osan kuvista mustavalkoisiksi, jos lopputulos on mielestäni liikaa poikennut silmin nähdystä. Yleisvaikutelma on, että Philips Toucam Pro –web-kameralla otetut kuvat ovat punavoittoisia. Olen huomannut ilmiön myös tavallisia kohteita kuvattaessa, esim. lintuja lintulaudalla. RGB-väreistä sininen ja vihreä näyttävät toistuvan hieman vaimeammin ja punainen taas korostuu. En tiedä mistä tämä johtuu – ehkä halvan web-kameran halvasta ccd-kennosta? Hyviä selityksiä otetaan vastaan, jos joku vain keksii. Tässä Philipsin kamerassa ei kuitenkaan pitäisi olla ihan huonointa ccd-kennoa. Se antaa vajaan megapikselin kuvan koossa 640x480 px, siis reilusti paremman kuvan kuin useimmat web-kamerat.

Entäpä sitten ccd-kennon jäähdytys? Verkosta löytyy kasapäin ohjeita, joiden mukaan ccd-kenno pitäisi kohinan vaimentamiseksi jäähdyttää –10 - -20 asteeseen. Tämä oli keskeinen syy miksi otin ccd-kennon pois Philipsin alkuperäisestä kananmunan muotoisesta kotelosta ja sijoitin sen isompaan elektroniikkarakentelurasiaan. Vaikka minulla on valmiina jäähdytyssiili, jätin tarkoituksellisesti sen asentamatta, koska olen olettanut Suomen luonnon hoitavan asian. Marras-joulukuussa ottamani kuvat –10 - -15 asteen pakkasessa osoittivat, että maksimaalinen valotusaika näytti olevan 45-90 sekuntia. Tämän jälkeen kuvat alkoivat joko palaa puhki tai muuttuivat kauttaaltaan sameiksi – liekö tämä kohinaa vai hajavaloa? En tiedä, täytyy tutkia asiaa edelleen. Tässä vaiheessa näyttäisi siltä, että kaudelle 2003-04 rakennan kameraan jäähdytyksen nähdäkseni sen todellisen vaikutuksen. Yksiselitteistä vastausta minulla ei vielä ole, mutta onhan talvea vielä edessä.  Marras-joulukuussa 2002 olin päässyt vasta vähän alkua pitemmälle digitaalisen tähtikuvauksen saralla.

Vuonna 2004 rakensin jäähdytyksen web-kameraan, ensin passiivijäähdytyksen ja sitten tuulettimen avulla tehostetun.

Kokonaisuutena olen kuitenkin ollut erittäin tyytyväinen modifioituun Philipsin web-kameraan.  Syyskuun 2002 jälkeen en pahemmin ole enää ottanut tähtikuvia filmille.  Voi tosin olla, että moinen tilanne vielä tulee eteen.  Suurin etu digikuvauksessa on ettei kuvia tarvitse kehittää.  Huonot otokset näkee heti tietokoneelta ja ne voi huolettaa heittää roskikseen.  Hyvät kuvat voi seuloa massasta ja parannella niitä edelleen kuvankäsittelyn avulla.  Samoin ccd-kennon herkkyys oli myönteinen yllätys, vaikka kyseessä oli hinnaltaan melko halpa web-kamera.  Filmi ei pärjää herkkyydessä ccd-kennolle.  Täten jo melko lyhyillä valotusajoilla pääsee hyviin tuloksiin jo harrastelijatasolla.  Niinpä tutkin digikuvausta ja yritän parannella kuviani, kunnes jossain vaiheessa ostan digitaalisen järjestelmäkameran.  Niiden hinta-laatu-suhde ei vielä ole kohdallaan, eikä halvemmilla pokkarikameroilla tee tähtikuvauksessa juuri mitään niiden kiinteiden zoom-objektiivien takia.

Linkkejä ja tärkeä lisäys 21.3.2004: Philips ToUcam 840-malliston muunnosohjeet ovat Qcuiag -sähköpostilistalla julkaistujen tietojen mukaan täysin identtisiä 740-malliston kanssa.

Jos sinulla on kysyttävää tai kommentoitavaa, laita postia minulle: jmantyla@kaapeli.fi
Olen kiinnostunut vaihtamaan sähköposteja muiden tähtivalokuvaharrastajien kanssa. 

-10.11.2005-

[Etusivulle | takaisin hakemistoon]