telecamera monocromatica per imaging planetario
(Marzo 2007)
Chi comincia a dedicarsi alla ripresa digitale dei corpi maggiori del Sistema Solare in genere acquista e adatta al telescopio una webcam, ovvero una piccola ed economica telecamera progettata per le comunicazioni multimediali tramite Internet. Dopo avere fatto le necessarie esperienze di ripresa e di elaborazione dei filmati, molti si rendono rapidamente conto che le webcam, anche le migliori e più performanti, possiedono una risoluzione limitata (in genere 640x480), producono immagini piene di rumore elettronico, ed hanno una dinamica (quantità di sfumature tonali) decisamente bassa.
Siccome però l'industria delle telecamere, specie nel settore industriale, è pieno di ottimi prodotti, qualche astrofilo esperto si è preso la briga di selezionare alcune telecamere più adatte all'uso astronomico, anche se non espressamente progettate per questo scopo.
E' da una di queste ricerche che è derivata la disponibilità di una serie di interessanti telecamere di produzione tedesca, le Imaging Source, distribuite in Italia dall'Ottica San Marco di Pordenone. Incuriositi da questi prodotti, abbiamo richiesto e ottenuto uno dei modelli secondo noi più interessanti, la camera monocromatica DMK31AF03.AS. |
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Una telecamera Firewire
Una delle caratteristiche più interessanti di questa serie di telecamere è che utilizzano l'interfaccia Firewire IEEE 1394 invece della più conosciuta e diffusa USB. L'interfaccia Firewire, sviluppata negli anni 90 dalla Apple Computer per essere utilizzata nei personal computer e nei dispositivi multimediali, offre alcuni vantaggi decisivi rispetto alla USB 2.0: prima di tutto ha una grande ampiezza di banda che lo rende ottimale per trasferire dati audio e video e infatti è in grado di trasferire dati all'impressionante velocità di 400 KBps. Inoltre non impegna il processore del computer in quanto permette una comunicazione "peer-to-peer" tra i dispositivi, che possono comunicare tra loro senza dover utilizzare il computer come arbitro. Per esempio una videocamera digitale potrebbe riversare il filmato video su un hard disk esterno senza l'intervento del computer.
Il motivo per cui l'interfaccia Firewire è relativamente poco diffusa nonostante la sua superiorità tecnica rispetto all'interfaccia USB è per una questione di brevetti. Infatti la Apple Computer pretende il pagamento di royalties per l'utilizzo di questa tecnologia.
Chi non possiede un PC dotato di interfaccia IEEE 1394, può acquistare per poche decine di euro, in qualsiasi negozio ben fornito di articoli informatici una scheda dotata di varie porte Firewire.
La camera DMK31AF03.AS ha una forma cubica e dimensioni e pesi molto contenuti: 50.6 mm x 50.6 mm x 50 mm, peso 265 g. Viene fornita con uno zoccolino dotato di filettatura standard per cavalletto fotografico (1/4-20) e "naso" 31.8mm. Stranamente la dotazione di serie non comprende il cavo Firewire né l'alimentatore (che va collegato al cavo Firewire), tutti "accessori" che è ovviamente necessario comprare assieme alla telecamera.
Vantaggi pratici dell'utilizzo della telecamera DMK con interfaccia Firewire
Avendo a che fare con un flusso dati impressionante, generato dalla telecamera DMK31AF03.AS, in grado di produrre 30 fps alla risoluzione di 1024x768 digitalizzati a 10 bit e trasferiti a 8 bit, si ottiene che ogni secondo vengono trasferiti 3 MB di dati che devono essere in qualche modo "elaborati" dal computer e registrati sul disco fisso. Utilizzando però un disco rigido esterno Maxtor con interfaccia Firewire (è possibile collegare simultaneamente fino a 63 dispositivi Firewire), i dati inviati dalla telecamera vengono salvati "al volo" nel disco fisso esterno senza impegnare il processore del PC. Un bel vantaggio, che permette di utilizzare PC relativamente lenti come il mio Centrino 1.3 GB senza alcun problema di rallentamento del PC; in pratica durante la registrazione alla massima risoluzione, i filmati vengono visualizzati sullo schermo con la fluidità tipica del "tempo reale". La grande ampiezza garantita dalla banda Firewire permette soprattutto di trasferire i filmati senza comprimere i dati, cosa che invece viene fatta abbondantemente dai driver delle webcam, che hanno a disposizione la "strettoia" imposta dalla banda USB, specialmente dalla 1.0 o 1.1.
Vantaggi e svantaggi del bianco e nero sul colore
La DMK31AF03.AS è una telecamera in bianco e nero che impiega il sensore Sony ICX204AL da 1/3 di pollice, a scansione progressiva, con una risoluzione di 1024x768 pixel quadrati da 4.65 micron di lato. Questo sensore risulta più sensibile rispetto al modello a colori. Infatti i sensori a colori hanno davanti ai pixel una matrice di filtri di Bayer, che come tutti i filtri attenuano inevitabilmente la luce che giunge agli elementi fotosensibili. Il vantaggio di sensibilità è dell'ordine di grandezza di un fattore 2.
Il costruttore dichiara che la conversione analogico/digitale avviene con un bitrate di 10 bit (1000 sfumature di grigio) ma questa dinamica viene poi compressa a 8 bit (256 sfumature di grigio). Questa dinamica, buona ma non esuberante, non mi ha l'impressione, durante il test sul cielo, di avere particolare influenza sulla qualità delle immagini finali, specialmente di quelle lunari e planetarie, che sono state registrate con una notevole quantità di sfumature.
L'unico vero svantaggio delle riprese in bianco e nero è la necessità, nel caso si vogliano ottenere riprese a colori reali, di eseguire 3 distinti filmati dello stesso oggetto attraverso 3 filtri standard RGB (Rosso, Verde, Blu), complicando notevolmente sia la ripresa che l'elaborazione dei filmati e delle immagini finali.
Un software potente ma facile da usare
La camera viene fornita con a corredo il software IC-Capture, un programma completo, potente e facile da usare, creato per l'ambiente Windows. Il software IC-Capture gestisce le telecamere Imaging Source in modo razionale, permettendo di controllare tutti i parametri di ripresa (tempo di posa, guadagno, frequenza di quadro), oltre a luminosità e contrasto, e risoluzione. Oltre a questo è possibile utilizzare alcune utilissime funzioni come la riduzione del rumore (che in pratica fa eseguire alla camera un dark frame e lo sottrae automaticamente ai fotogrammi prima della loro registrazione, riducendo così il rumore elettronico) e il ROI (Region of Interest). La funzione ROI permette di selezionare manualmente una regione qualsiasi del fotogramma, "stringendo" in pratica l'inquadratura attorno al soggetto di interesse, e permettendo così di trasferire e registrare solo i dati che interessano, con evidenti vantaggi in termini di "peso" dei filmati e di velocità di quadro. Tra le funzioni più utili è da segnalare anche la visualizzazione dell'istogramma istantaneo dei fotogrammi, che permette di scegliere in modo razionale i parametri di ripresa.
Il test
La messa a fuoco e la regolazione dei parametri di ripresa avviene, come di consueto, osservando sul monitor le immagini in tempo reale. I comandi sono intuitivi e le regolazioni del tempo di posa, del guadagno elettronico e del frame rate avvengono regolando con il mouse altrettanti cursori mentre si osservano le immagini scorrere sullo schermo e l'istogramma, che aiuta a trovare le regolazioni più appropriate.
L'uso della funzione ROI, descritta in precedenza, è consigliabile con soggetti planetari, ma IC Capture non permette purtroppo la selezione con il mouse della regione di interesse, richiedendo invece l'uso dei tasti-cursore, un processo più lento e scomodo, che tuttavia, alla fine, non richiede più di un minuto di lavoro.
Ho provato a fare qualche ripresa dopo avere attivato la funzione di riduzione del rumore, che rallenta moltissimo il computer perché richiede uno sforzo notevole al processore del computer. Pertanto questa funzione, che riduce il rumore in modo ben visibile, è da utilizzare solo quando si fanno riprese di soggetti molto deboli che richiedono tempi di posa lunghi. E' da sottolineare che questa telecamera appartiene alla serie AS (astronomica), recentemente introdotta dalla Imaging Source per l'uso astronomico, che offre la possibilità di impostare tempi di posa fino ad 1 ora. Questo trasforma questa serie di telecamere in vere e proprie camere CCD per astronomia, pur con i notevoli limiti imposti dall'assenza di un dispositivo di raffreddamento (per ridurre il rumore termico del sensore) e dalla dinamica di soli 8 bit.
Ripresa della Luna
Ho eseguito varie sessioni di riprese lunari, usando il telescopio planetario Gladius 315 della Lazzarotti Optics, uno strumento ottimale per alta risoluzione. Non ho mai avuto fortuna con il seeing, che deformava continuamente le immagini lunari come un tappeto elastico, ma ho potuto apprezzare la notevole velocità dell'interfaccia Firewire, che mi ha permesso di registrare "al volo" sul disco Firewire esterno i filmati ripresi a piena risoluzione (1024x768) alla fantastica velocità di 30 fps. Il software IC Capture permette di registrare i filmati in formato AVI senza compressione oppure utilizzando vari CODEC (codificatori-decodificatori), in pratica driver che comprimono i dati in uscita. Fermo restando che è sempre consigliabile fare riprese in modalità NON compressa, bisogna però tenere presente che talvolta è necessario risparmiare spazio sul disco fisso, e quindi si possono usare anche alcuni CoDec, che vanno però scelti solo dopo avere fatto qualche prova, perché i software di elaborazione come Registax 4 o IRIS potrebbero non accettare il filmato salvato perché non compatibile con le proprie specifiche.
Saturno
Riprendere Saturno con una telecamera fa subito capire all'utilizzatore se la camera è molto sensibile o meno. Infatti Saturno è un pianeta molto scuro, e mette spesso in crisi le webcam a colori, salvo quando si utilizzano telescopi di apertura piuttosto generosa (>25cm). La DMK31AF03.AS ha superato brillantemente il difficile test-Saturno, in quanto ha permesso di fare riprese del bellissimo pianeta con tempi di posa relativamente corti (1/10 di secondo), guadagno elettronico basso (quindi poco rumore elettronico) e frequenze di quadro anche di 1/15 di secondo. Il tutto utilizzando un telescopio Gladius DK da 315 mm e luminosità f/25. Per le riprese di Saturno è stato particolarmente utile e apprezzata la funzione ROI, che mi ha permesso di stringere l'inquadratura sul pianeta, trasferendo meno "cielo nero" attorno al pianeta e registrando solo le immagini del pianeta.
Profondo cielo
Come ho già riferito, la telecamera DMK31AF03.AS e il software IC Capture.AS sono in grado di eseguire tempi di posa fino a 1 ora e di registrare e sottrarre automaticamente il dark frame dai fotogrammi. Questo mette a disposizione dell'utilizzatore la possibilità di riprendere oggetti del cielo profondo, oltretutto con l'ottima risoluzione di 1024x768 pixel. La tecnica più corretta consiste nella ripresa di un numero relativamente elevato di fotogrammi (varie decine) ripresi con il tempo di posa più lungo consentito dalla capacità di inseguimento della montatura che si ha a disposizione. L'uso, quando possibile, di telescopi dotati di rapporti focali molto spinti (ad esempio f/2.8-f/4) o di riduttori di focale che portino i diffusi SC al rapporto focale di f/3.3 permette di "aiutare" la telecamera a registrare la debole luce degli oggetti deepsky con 1-5 minuti di posa. Registrando molte pose del soggetto, e sommandole dopo averle messe a registro con i soliti software di selezione, somma ed elaborazione (Registax, IRIS, per citare i più celebri programmi gratuiti di questo tipo), è possibile ottenere notevoli immagini, come testimoniato dalle foto di esempio pubblicate in questo test. Io non ho potuto tuttavia fare questo tipo di test perché il mio telescopio è un f/25 "nativo", e quindi del tutto inadatto alle riprese Deep-Sky.
Conclusioni
La DMK31AF03.AS Firewire e il software IC Capture sono una combinazione molto potente e flessibile, che supera in modo brillante molti dei limiti che penalizzano le webcam. Il prezzo di circa 727 euro, pur non essendo un prezzo basso in assoluto, è adeguato considerando l'elevata risoluzione della camera e le funzioni veramente ben progettate del suo software fornito a corredo. Per chi desidera risparmiare sono disponibili le camere Imaging Source con risoluzione 640x480, offerte al prezzo molto interessante di 377 euro. Per chi invece desidera una risoluzione ancora superiore, è disponibile anche una coppia di camere (tutte le camere Imaging Source sono disponibili sia nella versione a colori che quella in bianco e nero) con risoluzione di 1280x1024 pixel.
Ringraziamo l'Ottica San Marco di Pordenone per avere messo a disposizione l'esemplare testato.
Caratteristiche tecniche
Camera Imaging Source DMK31AF03.AS
Sensore: Sony ICX204AK
Tipo: scansione progressiva
Grandezza: 1/3"
Risoluzione: 1024x768
Dimensione pixel: 4,65 x 4,65 micron
Illuminazione minima: 0.5 lx in caso di 1/15s, guadagno 20 dB
Gamma dinamica: ADC: 10 bit, uscita: 8 bit
Rapporto S/N: ADC: 9 in caso di 25 °C, guadagno 0 dB
Tempi di esposizione: da 1/10000 a 60 minuti
Guadagno: 0 a 36 dB
Dimensioni: 50.6 mm x 50.6 mm x 50 mm
Peso: 265 g
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