Каждый, кто фотографировал ночное небо, сталкивался с проблемой, что получаемая фотография очень сильно отличается от ожидаемой. Взгляните, что получается с разных камер:
Туманность Ориона М42 через три разные камеры: CANON EOS 5DMark-II, cam85 на базе матрицы SONY ICX453AQ от Nikon D40, D50, D70, D70s и cнимок European Southern Observatory — разница весьма существенная!
Вся причина — в рабочем спектре камер! Для того, чтобы фотоаппарат делал фотографии с реальной цветопередачей, перед матрицей фотоаппарата установлен набор светофильтров, отсекающий спектр не видимый человеческому глазу. Без этих фильтров полупроводниковая матрица принимает невидимый глазу спектр и визуализирует его! В фотоаппарате CANON EOS 650D датчик изображения состоит из полупроводниковой CMOS матрицы изображения и двух светофильтров. Исследование этих фильтров мы уже проводили ранее в нашем большом исследование светофильтров. Напомним:
Первый фильтр установленный перед матрицей изображения голубого цвета является IR-CUT фильтром с полосой пропускания до 650нм, ослабляющий световой поток на ~24%, 2й фильтр от матрицы (наружный) с ультразвуковым преобразователем — он же «пылетряс». С его помощью камера через меню вручную, или автоматически после каждого включения и перед каждым выключением производит ультразвуковую очистку от пыли. Под разными углами имеет разный цвет. Это UV/IR CUT фильтром с полосой пропускания 430-650нм, ослабляющий световой поток на ~18%. Такое стёклышко стоит абсолютно во всех камерах CANON! И даже в камерах, в которых пылетряса еще не было, стояло точно такое же «цветное» стекло! Сумма двух фильтров этих образует UV/IR CUT фильтр второго порядка с полосой пропускания 430-650нм но с более крутыми характеристиками и ослабляющий практически вдвое! Световой поток на ~37% При этом очень сильно ослабляется линия водорода Н-альфа 656,3нм
Для решения этой проблемы есть 5 вариантов:
1. специализированная астрокамера с крупной матрицей изображения и желательно с охлаждением, например ZWO Color CMOS Camera ASI071MC Pro cooled стоимостью $1,680, для работы с которой еще необходимо и наличие ноутбука, — тоже деньги!
2. Специализированный фотоаппарат CANON EOS 60Da стоимостью ~$1500 который на сегодняшний день уже снят с производства или NIKON D810A стоимостью $3,800
3. Астрокамера построенная на базе существующего фотоаппарата от специализирующейся на этом компании стоимостью также от ~$1500
4. Самодельная астрокамера cam85 открытый проект на базе матрицы SONY ICX453AQ от Nikon D40, D50, D70, D70s, себестоимостью ~$200, но для работы с ней так же необходим ноутбук:
5. Купить б/у зеркальную камеру и самостоятельно произвести её модификацию! Этот путь самый бюджетный, так как на сегодняшний день б/у камеру CANON EOS 650D можно найти в пределах $150-$200. Именно этим путём я и пойду!
Для того, чтобы камера видела больше — надо заменить фильтры! Такой, например, BCF-1 стоимостью €275.00 производит компания baader-planetarium Он изготавливается нужного размера под посадочный размер первого светофильтра
Альтернативой ему является SVBONY UV/IR CUT 2″ за 20$:
Судя по заявленным характеристикам он практически ничем не отличается от BCF-1:
Без UV/IR CUT фильтра нельзя применять фотоаппарат, так как изображение от ИК излучения (а как мы знаем абсолютно все тела во вселенной излучают в ИК диапазоне) будет залито красным цветом! Удалив все светофильтры из камеры невозможно будет пользоваться камерой со стандартными фотообъективами. Поэтому было принято решение обрезать круглый светофильтр SVBONY UV/IR CUT 2″ в размер «пылетряса». Так как любая пылинка находящаяся на поверхности светофильтра или датчика изображения становится заметной на фото, во избежание её попадания в блок датчика изображения светофильтр был герметично вклеен эпоксидной смолой. Это особенно необходимо для тех, кто использует астрокамеру с телескопом системы Ньютона, являющейся по сути «открытой трубой»:
Дорогие модели астрокамер являются охлаждаемыми! Аналоговые шумы в цифровой фотокамере вырабатывают два её компонента — сама матрица изображения (фотонный шум) и микросхема АЦП (шум квантования). Во время своей работы эти компоненты существенно нагреваются, что и вызывает появление шума! Для его снижения тепло нужно отводить. Металлическая рамка на фото выше является единственным в камере теплоотводом. Для отвода тепла я применю графитовый теплопроводный лист на основе графена толщиной в 10 атомов имеющий теплопроводность до 5 раз большую, чем медь!
Лист является самоклеящимся, что облегчает задачу его монтажа:
В качестве теплообменника я буду использовать массивный кронштейн камеры для крепления штатива:
После окончательной сборки камеры я включил её в режиме видеозаписи на 20 минут. Рукой чувствовалось что кронштейн крепления штатива нагрелся, следовательно, теплоотвод работает! Для зимних астрофото на морозе будет достаточно прикрутить радиатор чтобы охладить матрицу изображения и микросхему АЦП, во всех остальных случаях можно в последствии изготовить охладитель на элементах Пельте.
Так как в камере изменилось количество светофильтров и их спектральная характеристика (см. выше), то в обязательном порядке необходимо произвести:
— Юстировку датчиков автофокуса, которые физически располагаются под диагональным зеркалом (оно полупрозрачное).
— Калибровку датчиков измерения экспозиции (они располагаются за матовым стеклом видоискателя), так как новый установленный светофильтр имеет практически вдвое большее светопропускание.
— Цветовое профилирование камеры (изменились спектральная пропускная способность светофильтров).
Все эти работы выполняются на стендовом оборудовании. С первыми двумя пунктами проблем не возникло, а вот с цветовым профилированием возникли проблемы — камера не могла установить точку белого и основные цвета, так как значения базовых цветов (primaries), зашитые изготовителем в камеру, определены с учетом светофильтров значительно подавляющие красный цвет. Доступными пределами регулирования каналов стенд не в состоянии установить цветовые координаты мишени в эталонное значение (в прямоугольниках указаны эталонные цветовые координаты) — всё смещено в область красного!
Из за этого в режиме автоматического определения Баланса Белого (AWB) камера сформировала изображение с неправильной цветопередачей (цветовая температура 4750К/-1) в красных тонах:
Применив специальный цветовой эталон DataColor SpyderCHECKR за €120.00 специально предназначенный для установки Баланса Белого и построения цветового профиля для правильной цветопередачи в любых условиях освещённости при дневном свете удалось получить правильную цветопередачу с цветовой температурой 3000К/-84.
Очевидно будет предположить, что при низкой цветовой температуре могут возникнуть проблемы в установке баланса белого, так как двигаться левее по шкале цветовой температуре будет уже некуда, например при таком источнике света, как галогенная лампа:
В данном случае RAW конвертору необходима цветовая температура ниже чем 2000К:
Решить эту задачу стандартными средствами нельзя. Нужно применять DNG профилирование!
В DNG dual-illuminant профиле используется описание двух источников освещения — обычно для 2850К(галогенка) и 6500К(солнечный свет или вспышка). Здесь используется концепция интерполяции данных для профилирования на основе описаний двух источников освещения. В отличие от ICC-профилей, где используется описание только для одного источника освещения, а значит и применять профили ICC «по-честному» можно только для снимков, сделанных в тех же условиях, что и снимок, по которому создан профиль, в DNG профиле используются два источника, как уже было сказано, обычно это 2850K и 6500K. Зная эти значения, можно для конкретной температуры найти требуемые данные путем интерполяции. т.е. DNG профиль не привязан к точке белого, а к primaries камеры, а точка белого уже вычисляется!
Перед дуал-профилем был опробован профиль Adobe Standard, который не принес должного результата. В стандартный DNG-профиль Adobe Standard, представляющий собой некий средний профиль, описывающий «типичную камеру» (т.е. «сферического коня в вакууме») красный оказался чрезмерно усилен, что не дает корректной цветопередачи, несмотря на то, что это тоже DNG!
Совместно со специалистами koler.by , оказывающими услуги цветового профилирования, был построен такой профиль. Профиль подключается в разделе RAW конвертора CAMERA CALIBRATION и является универсальным. Он подходит как для источника света типа «Галогенная лампа».
Для дневного света:
Так и для астросьёмки:
Таким образом, DNG-профилирование модифицированной камеры способно обеспечить её универсальность: после модификации вы получаете камеру, пригодную как к астрофотографии, так и к обычной фотосъемке (после соответствуюшего профилирования).
Качественную оценку уровня шума я произвёл с помощью программного обеспечения RawDigger по следующей методике:
Используя колорчекер DataColor SpyderCHECKR, я измерил уровень шума фотокамер CANON EOS 5D Mark-II и CANON EOS 650D до модификации и после.
Для того чтобы сымитировать охлаждение — я заморозил в морозильной камере массивную видеоголовку. Такие-же условия будут при зимней астросьёмке на морозе.
И вот какие данные я получил (по оси Х значение ISO, по оси Y уровень шума):
Синий график — CANON EOS 5D Mark-II.
Оранжевый график — CANON EOS 650D до модификации.
Зелёный график — CANON EOS 650D после модификации.
В конечном итоге, модифицированная камера CANON EOS 650D имеет рабочий спектральный диапазон 400-700нм и с DNG профилем может применяться в классическом применении как обычный фотоаппарат. При этом, с охлаждением кронштейна крепления штатива шумит существенно ниже чем CANON EOS 5D Mark-II.
Примеры снимков, сделанные этой камерой ночью 17.03.2018 при температуре -9°С (в качестве теплообменника была прикручен стальной кронштейн от видеоштатива).
Обработка фото происходила по следующей методике:
1. Конвертирование .CR2 файлов в Adobe LightRoom c DNG профилем .pp3 в DNG формат без использования сжатия с потерями
2. Сложение DNG в DeepSkyStacker 3.3.4
3. FITStackerV12
4. Adobe Photoshop
Туманность «Пламя» NGC2024 и Конская голова IC434
Большая туманность Ориона М42
Туманность Ирис NGC 7023
Галактика Водоворот М51
Галактики Бодэ М81 и Сигара М82
Галактика Вертушка М101
18.03.2018 (с)
И да пребудет с вами светосила и ясные ночи без городской засветки!
