Современные любители астрономии сегодня при помощи вполне доступного оборудования получают такие качественные и богатые деталями снимки планет, о которых лет двадцать назад не могли мечтать даже профессионалы с самым современным оборудованием. Секрет получения таких снимков связан со специальной обработкой большого числа отдельных кадров. Чем короче экспозиция каждого отдельного кадра и чем больше этих кадров удается получить за 3-5 минут (время, за которое внешний вид планет не меняется существенным образом), тем лучше. По этой причине любители планетной астрофотографии находятся в постоянном поиске наиболее быстрых и чувствительных камер. В качестве достаточно быстрых и чувствительных цветных камер астрономическим магазином предлагаются планетные камеры компании ASI, которые позволяют по заверениям производителя достигнуть скорости в 335 кадров за секунду. Одна из таких камер, ASI 120 MC, появилась уже сравнительно давно, а вот относительный новичок ASI 034 MC на Украине стал доступен только в конце 2013 года. При этом новая камера стоит в два раза дешевле. Какая из этих камер лучше и в чем ее преимущество? Попробуем разобраться.
Упаковки у них похожи, как близнецы-братья. Они обе из темного картона и имеют идентичные размеры. Единственное отличие - галочка около наименования конкретной модели. Раскрыв коробки можно увидеть, что комплектация, да и сами камеры несколько отличаются.
Комплектация камеры ASI 120 MC состоит из диска с драйверами и программным обеспечением (о содержимом диска я расскажу чуть позже), самой камеры в красном корпусе с небольшим объективом, адаптера 1.25" с крышкой, а также двух шнуров. Один шнур стандартный USB для подключения камеры к компьютеру, а второй - шнур для подключения камеры к порту автогидирования монтировки.
Раскрыв упаковку новой камеры ASI 034 MC находим внутри лишь камеру в сером корпусе, переходник на 1.25", диск с драйверами и USB-кабель.
Корпуса камер действительно практически идентичны. Они представляют собой цилиндр с диаметром 62мм и высотой 28мм, из которых 7.5мм приходятся на более узкую часть диаметром 52мм. Снаружи эта более тонкая часть гладкая и может быть установлена в 2"-фокусер, а на внутренней части нанесена резьба М42х0.75 для использования камеры с объективами с креплением М42 или для навинчивания на Т-резьбу фокусера, корректора комы или линзы Барлоу. Также можно навинтить на эту резьбу комплектный переходник на 1.25" и вставлять камеру в фокусер телескопа, как обычный окуляр с посадкой 1.25". Через внутреннее окошко камеры диаметром 18 мм видно саму КМОП-матрицу. Сама матрица в обеих случаях защищена защитным стеклом и утоплена по отношению к переднему срезу матрицы на 12.5мм.
На тыльной стороне расположены 5 отверстий. 4 из них расположены по бокам и предназначены для ввинчивания винтов М4, а центральный имеет резьбу для ввинчивания винтов в 1/4 дюйма. При помощи таких винтов можно, по видимому, установить дополнительный элемент Пельте для охлаждения матриц и снижения уровней шумов. Но даже штатный корпус имеет пассивную систему охлаждения в виде круговой системы насечек на боковой поверхности.
На этом сходство камер заканчивается и можно приступить к рассмотрению их различий.
Камера ASI 120 MC даже внешне выделяется темно-красным цветом корпуса и наличием двух портов. Один из них предназначен для подключения USB-кабеля, а второй представляет собой шестиконтактный порт ST-4, используемый для гидирования. Если соединить этот порт с таким же портом на моторизированной монтировке, то можно использовать подключение к камере не только для получения изображения, но и для посылки команд коррекции при автогидировании.
На фотографии изображен вкрученный в камеру объектив М42, на котором нанесено обозначение CCTV LENS 2.1mm 1/3". Утверждается, что поле зрения с этим объективом у данной камеры составляет 150 градусов. И действительно, по диагонали поле зрения составляет примерно такую величину. Таким образом, с данной камерой можно снимать почти все небо сразу для отлавливания метеоров или заниматься мониторингом состояния неба.
После выкручивания объектива можно увидеть защищенный стеклом светочувствительный чип. Его размеры составляют 4.8х3.6мм а диагональ составляет 6мм. На матрице размещено около 1228800 отдельных пикселей в виде матрицы 1280х960. Все пиксели имеют квадратную форму с размером стороны в 3.75 микрон.
Корпус камеры ASI 034 MC выглядит менее броско. На боковой панели присутствует только USB разъем. Комплектного объектива также нет, но при желании его можно подсоединить и получать широкоугольные снимки.
Матрица у камеры немного меньше. Ее размеры составляют 4х2.9мм или около 5мм по диагонали. Матрица состоит из 340 тысяч отдельных пикселей, составляющих матрицу 728х512. Таким образом, размер отдельного пикселя несколько крупнее - 5.6 микрон.
Наглядно сравнить свойства двух камер можно уже при помощи сравнения отдельных характеристик:
В документации можно найти и графики зависимости квантовой эффективности пикселей разных цветов в зависимости от длины волны. Напомню, что квантовая эффективность, это способность улавливать отдельные фотоны. Если зеленый пиксель при длине волны 550 нм имеет квантовую эффективность 68%, то это значит, что из 100 отдельных фотонов с такой длиной волны будут уловлено 68%.
Из приведенных графиков хорошо видно, что кривые квантовой эффективности у камер очень похожи, но квантовая эффективность матрицы у камеры ASI 034 MC немного ниже. Впрочем, при сравнении чувствительности очень важную роль играет не только квантовая эффективность, но и площадь пикселя, на которую падают отдельные фотоны, а у ASI 034 MC она более чем в 2 раза больше, что должно разительно сказаться на соотношении сигнал\шум. Также, при съемке планет не менее важна и скорострельность. Что бы оценить уровень шумов и скорострельность, необходимо установить драйвера камер и программное обеспечение к ним.
На идущих в комплектах компакт-дисках находятся драйвера различных камер ASI, а также дополнительные универсальные драйвера ASCOM (для возможности работы с самым разнообразным астрономическим софтом), драйвер порта ST4 и драйвер USBST4 ASCOM. Установка драйверов камеры вопросов не вызывает, хотя работают эти драйвера под операционной системой Windows XP далеко не всегда корректно. Нередко при определенных параметрах изображение с камер не считывается и пользователь получает "квадрат Малевича". Под операционной системой Windows 7 проблем не обнаружено, к сожалению, для пользователей старых операционных систем, всё меньше и меньше производителей полноценно занимаются поддержкой старых, но стабильных и лёгких ОС. А вот установка драйверов ASCOM неподготовленного пользователя сразу же ставит в тупик первым вопросом:
Оказывается на китайском языке нам предлагается всего лишь выбрать язык. В всплывающем списке присутствует английский, а левая нижняя кнопка позволяет нам подтвердить выбор. Дальнейшая установка при правильном выборе языка вполне стандартна.
На диске присутствует программное обеспечение, которое со стандартным драйвером позволяет комфортно работать с камерами. Это FireCapture и SharpCap c достаточно богатым функционалом для фотографа - планетчика. Впрочем, работа ASCOM драйверов оставляет много вопросов, не во всех программах подключение и работа проходит гладко. Описывать эти программы можно довольно долго, но перед нами стоит задача исследовать именно камеры, а исследовать функционал программного обеспечения, можно по ссылкам выше.
Для проверки скорости получения изображения выберем максимально короткую выдержку и запустим съемку видеоролика. Для испытаний были использованы два компьютера: довольно старенький бюджетный ноутбук с процессором Celestron 1.6Ггц и восьмиядерный стационарный компьютер Intel Core I7 3.4Ггц с 16 Гб оперативной памяти. Не смотря на существенную разницу в производительности, скорости получились примерно одинаковыми.
Хорошо заметно, что более новая камера имеет более быструю электронную обвязку, благодаря которой скорость обмена выше почти в полтора раза и приближается к максимально возможной для USB 2.0. Естественно, что для реальной съемки планет, когда выдержка составляет от 1/50 до 1/15, разница в скоростях камер не будет столь существенной.
Теперь пришло время сравнить уровень шумов тестируемых камер. Для этого делается несколько тестовых снимков темновых кадров при разных параметрах, но одинаковой (+20 С) температуре. Перед публикацией полученных результатов нужно сделать несколько замечаний. Программное обеспечение камер позволяет получать изображение в формате jpg, который не является линейным. Иными словами, если яркость двух пикселей отличается в 2 раза, то в итоговом изображении яркость этих пикселей не будет отличаться в два раза. Кроме того, камеры цветные и цветное изображение строится при помощи байеровской матрицы. А это значит, что яркость отдельных точек формируется из нескольких значений соседних пикселей одного цвета. Кроме того, динамический диапазон камеры ASI120MC составляет 12 бит (или 4096 градаций), в то время, как у более новой камеры он составляет всего 8 бит (256 градаций). Таким образом, камера ASI120MC в состоянии отображать как довольно яркие участки, так и довольно слабые, при которых 8-битные камеры яркие участки сделают пересвеченными, а темные - однородно черными.
Анализируя полученные данные можно обратить внимание, что шумность матрицы (параметр sigma, называемый дисперсией) у камеры ASI034MC ниже и чем больше выдержка, тем это заметнее. Закономерность "больше пиксель - ниже шум", никто не отменял. С другой стороны, ширина динамического диапазона также дает свой положительный вклад: абсолютные значения шума у камеры ASI120MC ниже. Хотелось бы также заметить, что на кадре темнового тока камеры ASI120MC видно две цепочки зеленых точек, но яркость этих точек очень низкая и на реальном изображении не отображается.
Чем больше геометрические размеры пикселя, тем больше света он собирает при прочих равных. Соответственно, с одним и тем же объективом и одной и той же выдержкой изображение, полученное камерой с более крупным пикселем будет ярче. Естественно, что детализация при этом у камеры с более крупным пикселем будет ниже. То, что теория совпадает с практикой, видно на снимках, сделанных при помощи объектива от камеры ASI120MC.
Может показаться, что изображение у камеры ASI034MC более зернистое, но на самом это не так. Просто для удобства сравнения кадры были приведены к одному масштабу и меньшее число пикселей дает о себе знать. Вот фрагмент одного и того же участка в одинаковом масштабе.
Поскольку испытываемые камеры астрономические, то естественно хотелось бы увидеть, как они снимают небо. Конечно, камеры планетные, но делать сравнение по тому, какие детали удастся вытянуть, нецелесообразно. Увы, качество изображения в земной атмосфере на коротких выдержках является величиной крайне непостоянной, а в итоговых изображениях, полученных путем съемки роликов, слишком много зависит от удачи и мастерства обработки. Тех, кого интересуют красивые фото с этих камер, без проблем найдут их в сети интернет. Для сравнения камер были сделаны снимки в одних и тех же условиях (выдержка от 0.5 до 5 секунд, температура воздуха около -5 С) и на одинаковом оборудовании (телескоп GSO 6", относительное отверстие 1:4). Все кадры приведены так, как они получились, без обработки и калибровки (по нажатию на картинку откроется полный кадр).
Камера ASI120MC, разрешение 1280x960, Выдержка 0,538128 сек, Яркость 0, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 100.
Камера ASI034MC, разрешение 728x512, Выдержка 0,803147 сек, Яркость 8, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 93.
Камера ASI120MC, разрешение 1280x960, Выдержка 1,002535 сек, Яркость 0, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 100.
Камера ASI034MC, разрешение 728x512, Выдержка 1,056837 сек, Яркость 8, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 93.
Камера ASI120MC, разрешение 1280x960, Выдержка 5,353704 сек, Яркость 0, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 100
Камера ASI034MC, разрешение 728x512, Выдержка 4,76952 сек, Яркость 8, Гамма 50, Цветовой баланс 5000, Усиление 90.
Обе камеры показали достаточно высокую чувствительность и приведенные графики чувствительности вполне соответствуют действительности. Естественно, что фон неба на снимках камеры ASI034MC светлее, но это связано с размерами пикселей. Шум у матриц при небольшой минусовой температуре оказался очень низким. Можно также заметить, что при одних и тех же параметрах цветового баланса кадры от камеры ASI120MC оказались смещены в зеленую часть спектра, ASI034MC - в красную.
Из описаний на сайтах следует, что данные камеры можно использовать, как камеры для гида. Судя по приведенным выше снимкам становится понятно, что камеры вполне можно использовать для гидирования. Часто в сети можно встретить утверждение, что цветные камеры почти не уступают черно-белым. Что бы сделать вывод о том, так ли это, я сделал несколько снимков этого же участка неба при помощи широко известной камеры QHY6.
Изображение оказалось повернутым на угол около 150 градусов, но это не мешает увидеть все необходимые опорные звезды. Хорошо заметно, что при экспозиции в 1 секунду черно-белая камера позволяет увидеть примерно те же звезды, что цветная за 5 секунд. Соответственно, если использовать в качестве камеры для гида цветную матрицу, необходимо или выбирать более яркие звезды (а значит в некоторых случаях выбрать звезду для гидирования будет не всегда возможно) или вместо классического времени накопления в 1 секунду установить выдержку в 4-5 секунд (требует более качественной механики монтировки и хуже сглаживается высокочастотные гармоники монтировок).
Какая из камер лучше - вопрос довольно непростой. Немало зависит от используемого объектива. Если исходить из рекомендации, что для лучшего проницания дифракционное пятно диска Эйри должно покрывать два пикселя, то для камеры ASI 120 MC будет оптимальным относительное отверстие 1/5.5, а для камеры ASI 034 MC - 1/8.2. Но это все для идеальной атмосферы, а для атмосферы реальной и для целей автогидирования чем более светосильным будет объектив, тем лучше, поскольку слабые звезды проявятся быстрее. Так что камера ASI 034 MC для целей автогидирования будет предпочтительнее. Естественно, что черно-белые камеры для этих целей все равно вне конкуренции.
Любителям планетного астрофото желательно получить как можно более крупное изображение планетного диска. И фокусное расстояние при помощи линз Барлоу "разгоняется" до весьма существенных величин. И в этом случае камера ASI 034 MC более предпочтительна. Ведь можно путем разгона фокусного расстояния добиться, что бы размер диска планеты занимал на обеих камерах при одном и том же диаметре объектива одно и то же количество пикселей. При этом яркость диска окажется одинаковой, но вот уровень шумов у ASI 034 MC будет ниже, что с лихвой компенсирует небольшую разницу в квантовой эффективности. Конечно, динамический диапазон у ASI 034 MC невелик, но, как известно, детали на планетах малоконтрастны и этот фактор роли не играет. Да и размеры матрицы вполне достаточны, что бы отобразить весь диск Марса, Юпитера или Сатурна. Ну и цена камеры более, чем демократична. Получается, что ASI 034 MC однозначно выигрывает? Не всегда.
При съемке ландшафтов Луны количество пикселей маленьким не бывает. Камера ASI 120 MC позволит без всяких сомнений снять за раз куда больший участок. А при съемках Солнца, перепад яркости деталей которого значителен, немалую роль играет уже и более широкий динамический диапазон. А уж во время солнечных затмений 12 бит на цвет позволят снять корону Солнца и протуберанцы так, что владельцы ASI 034 MC могут только завидовать. Вместе с идущим в комплекте объективом камера ASI 120 MC может вполне быть использована для наблюдения метеоров.
А еще, камера ASI 120 MC может использоваться для художественной съемки объектов далекого космоса: туманностей, звездных скоплений, галактик. Конечно, по своим возможностям она уступит даже зеркальным фотоаппаратам, не говоря уже об астрономических 16-тибитных ПЗС, но благодаря низкому уровню шумов, 12-тибитной АЦП, достаточно широкому полю и возможности снимать с большими выдержками с помощью этой камеры можно увидеть такое количество объектов и деталей в них, которые никогда не увидеть глазом.
Фотографии, сделанные с помощью камер ZWOptical можно посмотреть на сайте производителя:
https://www.zwoptical.com/Eng/Galleries/ASI120.asp
Леонид Ткачук