Fotoaparáty a kamery


Název těchto stránek zní "Fotografické experimenty". Je zřejmé, že důležitým vybavením pro tyto experimenty jsou fotografické přístroje. Nejde jen o klasické fotoaparáty, činím pokusy i s různými kamerami a jejich úpravami. Vlastnosti, které ovlivňují kvalitu fotografií noční oblohy, jsou dost specifické a ne každý přístroj je pro astrofotografii vhodný. Zde popisuji několik fotoaparátů a kamer, které jsem vyzkoušel s alespoň přijatelnými výsledky.

Digitální zrcadlovka Canon EOS 20D

Celkem běžnou digitální zrcadlovkou fotografuji deep-sky objekty i např. zatměmí Slunce. Stala se mým nejčastěji používaným přístrojem, používám ji s dalekohledy i teleobjektivy. Od roku 2009 je fotoaparát upraven pro astrofotografické účely výměnou IR/AA filtru před senzorem za filtr Baader ACF. Starší fotografie jsou pořízeny neupraveným přístrojem s nízkou citlivostí na vlnovou délku H-alpha, která komplikovala fotografování slabých emisních mlhovin. Použití zrcadlovky pro astrofotografii přináší i další problémy : buňky snímače jsou poměrně malé, s délkou expozice výrazně roste šum, který je závislý na teplotě a zesilovač senzoru způsobuje expozici části obrazu elektroluminiscencí. Ve srovnání s jinými běžnými digitálními fotoaparáty jsou však výsledky dlouhých expozic ještě relativně dobré.

Fotoaparát Canon EOS 20D má CMOS senzor s rozměry obrazu 22.5 x 15 mm ( formát APS-C ) a s rozlišením 3504 x 2336 pixelů ( 8.2 Mpx ). Citlivost je možné nastavit až do ISO 3200, ještě při ISO 1600 jsou šumové vlastnosti přijatelné. Zrcadlovka má plně manuální ovládání všech funkcí a možnost předsklápění zrcátka pro snížení otřesů při expozici. Kromě komprimovaných obrázků ve formátu JPEG lze pracovat s nekomprimovaným a nezpracovaným výstupem ve formátu Canon RAW.

Pro upevnění objektivu má zrcadlovka bajonet Canon EF, na který je možné montovat objektivy řady EF i EF-S. S pomocí různých redukcí fotoaparát používám i s "manuálními" objektivy, určenými původně pro fotoaparáty Praktica nebo Pentacon Six a s dalekohledy.


Digitální zrcadlovka Canon EOS 50D

Fotoaparát slouží zejména pro běžné "denní" fotografování poté, co jsem u EOS 20D vyměnil filtr před senzorem. Občas s ním pořizuji širokoúhlé snímky noční oblohy přes různé objektivy. Pro pointovanou astrofotografii dlouhými expozicemi je vhodný méně, než Canon EOS 20D, protože kvůli vyšší hustotě pixelů má horší šumové vlastnosti.

Canon EOS 50D je novějším členem stejné vývojové řady, jako EOS 20D a platí pro něj výše uvedený popis. Rozdíl je hlavně v rozlišení senzoru, který má při shodných rozměrech 4752 x 3168 efektivních pixelů ( 15 Mpx ). Je možné nastavit vyšší citlivost ( až ISO 12800 ), ta je ovšem vzhledem k šumu jen ztěží využitelná.


Digitální kompakt Nikon Coolpix 880

Starší kompaktní fotoaparát Nikon Coolpix 880 má CCD senzor s rozměry obrazu 7.18 x 5.32 mm a rozlišením 2048 x 1536 pixelů ( 3.1 Mpx ). Barevná maska CCD chipu nemá "klasické" schéma RGGB, ale CYGM, což poskytuje při běžném fotografováni velice věrnou interpretaci barev. Šumové vlastnosti jsou poměrně dobré díky větším pixelům ve srovnání s novějšími digitálními kompakty. Citlivost je možné nastavit maximálně na ISO 400. Závěrka má automatické i manuální ovládání s časy do 8 sekund a nastavení "B", při kterém je fotoaparát schopen exponovat až 1 minutu. Kromě komprimovaných snímků v JPEG formátu může fotoaparát ukládat i nekomprimovaný výstup ve formátu TIFF.

Objektivem fotoaparátu je zoom s rozsahem 8 - 20 mm ( ekvivalent pro formát kinofilmu 38 - 95 mm ) a světelností f/2.8. Opticky je objektiv velmi kvalitní, v celém rozsahu ohniskových vzdáleností není pozorovatelné zkreslení ani jiné vady a rozlišovací schopnost je dána CCD senzorem, nikoliv optikou.

Z kompaktního fotoaparátu nelze sejmout objektiv, k dalekohledu jej tedy připojuji pouze v afokální konfiguraci za okulárem. Při využití minutové délky expozice je možné fotografovat jasnější deep-sky objekty, pokud složím větší množství snímků. Přístroj je však vhodnější k fotografování Slunce, Měsíce, planet a zatmění Slunce i Měsíce.


Digitální kompakt Nikon Coolpix 700 bez objektivu

Starý kompaktní fotoaparát jsem koupil v bazaru a odmontoval z něj objektiv pro fotografování planet senzorem v primárním ohnisku dalekohledu. Zároveň jsem vyvedl přívody k tlačítku spouště na konektor pro kabelovou spoušť. Místo objektivu je k tělu přístroje upevněn kroužek se závitem T2.

Přístroj má CCD senzor s rozměry obrazu 6.4 x 4.8 mm a rozlišením 1600 x 1200 pixelů ( 2 Mpx ). Barevná maska CCD chipu má schéma CYGM. Ovládání závěrky je pouze automatické s časy do 8 sekund, fotoaparát však má možnost uzamčení expozice. Lze tedy nastavit čas vhodným osvětlením nebo zacloněním dalekohledu a uzamknout jej pro sérii expozic. Citlivost je nastavitelná do ISO 320.

Objektiv jsem odmontoval i s centrální závěrkou, která by při svém malém průměru a větší světelnosti dalekohledu clonila paprsky v okrajích pole. Krátké expozice jsou pak omezeny rychlostí vyčítání výstupu CCD senzoru. Při nastavení kratšího času, než zhruba 1/30 sekundy, jsou barvy zkresleny rozdílem v expozici jednotlivých řádek prokládaného snimku. Fotoaparát je tedy vhodný pouze pro expoziční časy v rozsahu 1/30 - 8 sekund. Používám jej především k fotografování planet přes dalekohled SkyWatcher Mak 127/1500 mm.


Upravené CCTV kamery

CCTV kamery ( Closed Circuit TV ) jsou určeny pro aplikace v průmyslové televizi, zabezpečovacích systémech apod. Bývají použitelné i při velmi slabém osvětlení, mají tedy vysokou citlivost a dobré šumové vlastnosti. Kromě citlivosti samotných buněk senzoru toho bývá dosaženo absencí jakýchkoliv filtrů na senzoru - kamery zachytávají černobílý obraz v celém viditelném spektru až do blízké IR oblasti. Mají tedy vlastnosti specializovaných astronomických kamer a často používají i shodné senzory. Nejsou však uzpůsobeny pro delší expozice, než 1/50 sekundy, protože jejich výstupem je kontinuální video signál s 50 půlsnímky za sekundu.

Jednoduchá konstrukce s citlivým senzorem a schopnost zachytit i vemi malé množství světla mne vedly k úpravě těchto kamer pro astrofotografické účely s možností dlouhých expozičních časů a manuálního řízení citlivosti. Vybral jsem deskové kamery řady "1043", které na jednom malém plošném spoji obsahují CCD senzor Sony ExView HAD ICX259AL s vysokou citlivostí ( rozměr obrazu 4.89 x 3.64 mm, rozlišení 752 x 582pixelů ) a příslušné analogové obvody. Doplnil jsem desku se spínacími obvody, umožňujícími dlouhé expozice a řídící desku s procesorem. Podrobný popis úpravy uvádím na samostatné stránce. Výstup kamery zůstal analogový, kumulované výstupy dlouhých expozic se objevují jako jednotlivé snímky videa. Signál zachytávám digitizérem do počítače, kde jsou příslušné snímky z videa vybrány a dále zpracovány. Software pro automatický výběr a zpracování snímků vytvořil Martin Myslivec.

Kamera, kterou používám pro fotografování deep-sky objektů, je chlazena dvěma Peltierovými články. Mechanická konstrukce je převážně dílem Martina Myslivce a Libora Němce. Základ tvoří masivní profil ze slitiny hliníku, ve kterém je zabudována elektronika včetně senzoru a který je z vnějších stran chlazen. K odvodu tepla z Peltierových článků slouží dva pasivní chladiče. V přední části kamery je zabudován kroužek se závitem T2, prostor mezi ním a CCD senzorem je hermeticky uzavřen UV/IR-cut filtrem a vyplněn argonem.

Na zadní stěně kamery jsou samostatné napájecí konektory pro elektroniku a pro chlazení, výstup video signálu a ovládací prvky. Otočné ovladače řídí délku ezpozic a zesílení signálu ( citlivost ), tlačítkovým přepínačem je možné zapnout automatické řízení zesílení. Tři LED diody indikují funkce kamery.

Druhá kamera je dalším ( a patrně posledním ) vývojovým modelem této řady. Pracuje na stejném principu, elektronika je však v kompaktnějším provedení zabudována do pouzdra s průměrem 2", které lze zasunout přímo do okulárového výtahu dalekohledu. V přední části pouzdra je i závit T2 a závit 1.25" pro UV/IR-cut filtr. Mechanické ovládací prvky jsou nahrazeny elektronikou a celá kamera je řízena ze samostatného ovladače, připojeného sériovou linkou. Ovladačem je možné volit délku expozice i zisk zesilovače, aktuální stav je zobrazován na displeji. Chlazení je pouze pasivní, teplo z CCD senzoru i elektroniky je odváděno kovovým pouzdrem kamery. Šumové vlastnosti tedy závisí na okolní teplotě.



DV kamera

Starší digitální video kameru Panasonic NV-DS 27 EG používám pro fotografování planet. Kamera zaznamenává video v DV formátu na kazety MiniDV. Má optický zoom s širokým rozsahem ( 15x, digirální zoom až 600x ) a kvalitní optikou, na které při rozlišení videa nelze nalézt prakticky žádné vady ( jedinou vadou je mírná vinětace při maximální ohniskové vzdálenosti ). Citlivý CCD senzor s rozměrěm 1/4" má rozlišení 800 000 pixelů. Kamera umožňuje manuální nastavení expozice, zisku zesilovače ( citlivosti ) i zaostření. Při ostření je užitečný velký výklopný a otočný LCD displej.

Výhodou DV kamery je nezávislost na počítači. Obsahuje vše, co je k nastavení i snímání potřeba : vlastní kameru, digitalizační obvody, záznamové zařízení, ovládací prvky i displej. Pokud je k dispozici počítač, je možné využít on-line digitální výstup kamery ( Firewire ). Pro připojení TV monitoru má kamera i analogový výstup.

K dalekohledu je kameru s pevně zabudovaným objektivem nutné připojit v afokální konfiguraci za okulár. Pro upevnění k adaptéru lze využít standardní 37mm závit pro filtry. Nevýhodou je, že tento závit kolem objektivu je plastový ( i když masivní ) a při hmotnosti kamery 0.6kg není spojení s dalekohledem příliš tuhé. Při snímání planet nízko nad obzorem proto občas montuji kameru ve svislé poloze s využitím zenitového zrcátka.


Webová kamera

Kvalitní "webová" USB kamera je oblíbeným prostředkem pro snímání planet, pokud je k dispozici počítač. Tyto kamery mívají dobrou citlivost a u snímků planet stačí jejich rozlišení 640 x 480 pixelů. Většina USB kamer je však postavena na levných CMOS senzorech s nízkým dynamickým rozsahem a velkým šumem. Pro astrofotografické účely je nutné volit dražší typy s CCD senzory a "lepšími" metodami komprese výstupu, které příliš nedegradují obraz.

Starší kamera Samsung MPC-C10 obsahuje citlivý Super HAD CCD senzor značky Sony a elektroniku, založenou na obvodu Philips SAA 8115. Z obdobných komponent jsou složeny např. kamery Philips Vesta Pro, ToUCam Pro nebo Logitech QuickCam 3000 a 4000, které řada amatérských fotografů pro snímání planet používá. Výhodou kamery je i zabudovaný IR-cut filtr, který však lze jednoduše vymontovat.

Z webkamery jsem odmontoval objektiv a nahradil jej kroužkem se závitem T2 pro upevnění k dalekohledu. Přívody k tlačítku, které v ovladači kamery inicializuje uložení nekomprimovaného statického snímku, jsem vyvedl na samostatný konektor, takže je možné připojit i "kabelovou spoušť" s nezávislým časovačem.


Pointační kamery

Pro automatickou pointaci při fotografování dlouhými expozičními časy používám starší verzi autoguideru Martina Myslivce s citlivými deskovými CCTV kamerami řady "1043". Jde o stejné typy kamer, jaké jsem upravil pro fotografování dlouhými expozicemi, avšak bez této úpravy, s kontinuálním video výstupem. Je doplněn pouze potenciometr pro manuální řízení zisku zesilovače a přepínač pro volbu plně automatického provozu nebo manuálního řízení zisku při pevné expozici 1/50 sekundy.

Jedna z kamer je uložena ve shodném 2" pouzdru, jako novější model upravené kamery. Nemá však samostatný ovladač, potenciometr a přepínač jsou na zadní stěně pouzdra. Místo konektorů je pevně připojen kabel na propojení s autoguiderem. Tuto kameru používám při pointaci refraktorem William Optics Megrez 80II ( 80/500 mm ). Druhá kamera v "odlehčeném" provedení bez pouzdra, jen s plechovým krytem, je pevně zabudována v ohnisku pointačního refraktoru 60/700 mm.


Fotoaparáty Praktica

Kinofilmovými zrcadlovkami Praktica řady PLC a VLC již delší dobu nefotografuji. Jediným příkladem jejich použití na těchto stránkách jsou nepříliš povedené fotografie zatmění Slunce z roku 1999. Přesto se s těmito bytelnými mechanickými fotoaparáty nemohu po 25 letech a tisících fotografií zcela rozloučit. Zejména s typem VLC3 a jeho příslušenstvím.

Tento typ má kromě spolehlivé rychlé závěrky a elektrického přenosu hodnoty clony z objektivu i výměnné hledáčky. Nad zrcátko je možné zasunout obvyklý pentagonální hranol, šachtu s lupou pro přímý pohled na matnici nebo zaostřovací okulár. Společně s hledáčkem se vysouvá i matnice, kterou je možné také rychle vyměnit. Mám pro Prakticu VLC3 několik plastových i skleněných matnic s různými typy zaostřovacích rastrů a klínů i bez nich, se stupnicemi apod.



Zpět na hlavní stránku fotografických experimentů


M.P. 2006