Camere CMOS per astronomia
novembre 2007
.
L'offerta di telecamere e camere CCD o CMOS di categoria entry-level ma dotate di funzionalità superiori a quelle delle comuni webcam è in continua crescita, e si assiste ad una continua proliferazione delle offerte anche nel campo specializzato delle autoguide CCD e delle camere CCD raffreddate. Ma la cosa più importante è che, finalmente, alla crescita delle prestazioni di queste camere corrisponde puntualmente una diminuzione drastica dei prezzi d'acquisto, probabilmente causata dalla debolezza del dollaro americano rispetto all'euro. |
 |
Pertanto chi si dedica alle riprese digitali dei corpi celesti ha ora a disposizione un'offerta sempre più ampia di modelli, e può trovare più facilmente la camera più adatta alle proprie esigenze e alle proprie tasche.
In questa occasione ho testato due piccole camere con sensore CMOS prodotte in Cina da un noto OEM (produttore per conto terzi) su progetto dei tecnici dell'Ottica San Marco di Pordenone e distribuite dallo stesso negozio.
|
 |
Si tratta di una prima serie di piccole camere con sensori da 1/2 pollice e 1.3 Megapixel, in bianco e nero o a colori, con l'ottima risoluzione di 1280 x 1024 pixel quadrati da 5.2 x 5.2 micrometri, e con una dinamica di base di 10 bit (1024 livelli) che viene però compressa in output a 8 bit (256 livelli). Queste camerine non sono raffreddate e quindi trovano applicazione soprattutto nel campo dell'imaging planetario e lunare, nonché per l'autoguida. Esiste un modello superiore, la MagZero MZ-8, con sensore a colori raffreddato da 6 Megapixel, che testeremo in un'altra occasione.
Essenziali ma complete
Le due camere MagZero MZ-5m e MZ-5c si presentano come due piccoli cilindri di alluminio anodizzato (grigio satinato il modello B/N, violaceo il modello a colori) da poco più di 6 cm di diametro, con due connettori sul retro: la presa USB e una presa telefonica a 6 contatti per l'autoguida standard ST-4; il pannello posteriore è completato da un piccolo LED rosso che si accende quando la camera è collegata e in funzione. La parte frontale comprende un attacco filettato standard diametro T2 (M42 x 0.75mm) a cui si avvita un barilotto diametro 31.75mm con filettatura portafiltri standard. Nella camera in bianco e nero il sensore si trova dietro una normale lastrina protettiva di vetro, mentre nella camera a colori è incorporato un filtro IR-Cut, indispensabile per mantenere il corretto bilanciamento cromatico delle immagini.
Al termine dell'esame statico di queste camere di ripresa appare evidente lo sforzo, da parte dei progettisti, di facilitare al massimo l'utente, fornendo connettori standardizzati sia dal punto di vista meccanico che elettrico (anche i cavi USB e di autoguida, che sono lunghi 5 metri, una soluzione intelligente!!), oltre ad offrire un prodotto leggerissimo ed estremamente compatto, caratteristiche molto apprezzabili dagli appassionati che devono sempre fare i conti con attrezzature leggere.
La velocità dell'interfaccia USB 2.0
Questa serie di telecamere utilizza la diffusissima USB 2.0, in grado di sopportare un flusso dati teorico di 480 KBps. Si tratta di una banda di trasmissione molto ampia e quindi ottimale per trasferire la grande mole di dati video generato da queste camere, i cui driver supportano un frame rate di 10 fps alla massima risoluzione di 1280 x 1024 pixel, che sale via via fino a 60 fps per la risoluzione 160x120 pixel. Va sottolineato che le webcam, anche i modelli che dichiarano di usare l'interfaccia USB 2.0, molto spesso usano in realtà la USB 1.1, e per far stare i dati nella stretta banda di trasmissione effettuano una "compressione al volo" che causa una forte degradazione della qualità dei filmati.
Questo non accade con le camere MagZero, che, per merito dell'interfaccia USB 2.0, trasferiscono i filmati al computer senza compressione e senza elaborazione (in gergo informatico questo tipo di dati si chiamano RAW, cioè "grezzi"), il che rappresenta un forte vantaggio per le successive elaborazioni in quanto i dati non contengono artefatti dovuti a pre-elaborazioni. Va detto che, per gestire flussi dati di queste proporzioni, è opportuno utilizzare PC con processori, memorie e soprattutto dischi fissi piuttosto veloci. Per riferimento, il mio Asus Centrino 1.3 GHz, anche se vecchiotto, ha superato la prova senza particolari affanni.
Il vantaggio di un chip di dimensioni più che doppie
Come si è detto, queste camere montano sensori di tipo CMOS (Complentary Metal Oxide Semiconductor) con una risoluzione massima di 1280x1024 pixel. Se si considera che le webcam più diffuse utilizzano ancora sensori da 640x480 e con pixel di dimensioni paragonabili, questo significa che le camere MagZero inquadrano, a parità di focale del telescopio, un campo con una superficie più che quadrupla, con evidenti vantaggi quando si vogliono fare riprese di oggetti estesi come la Luna e il Sole.
Un software essenziale ma potente
Il software offerto a corredo con le camere Magzero si chiama QGVideo ed è stato scritto appositamente da una software house europea che ne cura il continuo sviluppo, anche sulla base dei suggerimenti che pervengono dagli utenti. QGVideo offre, oltre ai normali comandi e funzioni per regolare i parametri fondamentali di acquisizione (risoluzione, tempo di posa, guadagno elettronico, bilanciamento del bianco, istogramma.) alcune caratteristiche innovative e di sicuro interesse per gli imager astronomici, tra le quali sono da segnalare:
- la possibilità di salvare immagini singole in FITS oppure filmati non compressi (RAW) direttamente compatibili con software freeware di elaborazione come Registax o IRIS
- Cattura in memoria RAM - utile per aumentare il framerate con PC lenti. Al termine della cattura del filmato, il software lo trasferisce sul disco fisso.
- Finestra di aiuto per la messa a fuoco - si attiva cliccando sull'immagine dell'oggetto che si vuole fotografare. Questa finestra contiene indicazioni grafiche (2D o 3D) e numeriche che aiutano l'utente a raggiungere una messa a fuoco ottimale.
- Funzione ENR (Enhanced Noise Reduction): si tratta di un potente algoritmo di riduzione del rumore che agisce analizzando un'area nera dell'immagine e che consente di ottenere immagini di migliore qualità senza influire negativamente sui dettagli e sul contrasto.
- Dark Frame Processing: questa funzione permette di sottrarre automaticamente il Dark Frame dalle immagini e dai video registrati. E' possibile selezionare e mediare da 1 a 10 Dark.
Il software QGVideo richiede di essere registrato entro 15 giorni comunicando un numero seriale (in formato esadecimale) al distributore, ottenendo come risposta un altro codice che convalida la copia installata.
Bianco e nero o colori?
La MagZero MZ-5m è una camera in bianco e nero con una efficienza quantica di picco del 56%, risultando all'atto pratico molto più sensibile del modello a colori MZ-5c. Infatti i sensori a colori hanno davanti ai pixel un mosaico di filtri colorati (filtri di Bayer), che attenuano inevitabilmente la luce che giunge agli elementi fotosensibili. Anche se il modello a colori ha una QE dichiarata del 52% (alle lunghezze d'onda di picco), di fatto la sensibilità reale che ho potuto stimare durante il test è pari a circa la metà del modello con sensore monocromatico. Pertanto, per l'uso come autoguida o per le riprese degli oggetti del cielo profondo, è di gran lunga preferibile il modello in bianco e nero, in grado di catturare la luce di stelle più deboli e soprattutto di inseguirle con maggiore facilità. E' da sottolineare che entrambe le camere possiedono una presa di autoguida con standard SBIG ST-4,
Il test
Applicata la camera monocromatica al fuoco di un Gladius 315 (un Cassegrain DK dedicato alla ripresa planetaria) per la "Prima Luce", ho puntato Giove, apprezzando la comodità di un sensore ben più grosso di quello delle webcam, ed ho messo a fuoco dopo avere regolato il tempo di posa e il guadagno elettronico osservando sul monitor le immagini in tempo reale e l'istogramma dell'immagine. Cliccando sull'immagine ho ottenuto la schermata di aiuto della messa a fuoco, che mi è stata utile per raggiungere la massima nitidezza. Dopo avere ottenuto le giuste regolazioni, ho molto apprezzato la possibilità data all'utente di "stringere" l'inquadratura sul pianeta, che si ottiene cliccando su appositi pulsanti nella parte alta dello schermo che riducono la risoluzione del filmato. E' infatti del tutto inutile registrare una enorme regione di cielo nero attorno all'immagine di un pianeta: di fatto questo comando permette di selezionare la regione centrale del sensore, scartando quelle esterne, e quindi è necessario che l'immagine del pianeta sia centrata. Ho dovuto, durante il primo utilizzo, pulire accuratamente il sensore CMOS per rimuovere innumerevoli granelli di polvere che, sadicamente, si trovavano sovrapposti all'immagine di Giove. Dopo avere eseguito la pulizia, ho avvitato al barilotto della camera un filtro IR-Cut per impedire l'ingresso di altra polvere, e che non più smontato. Ho subito notato che le immagini, anche tenendo basso il guadagno elettronico con l'apposito cursore, erano parecchio disturbate da strisciate di rumore elettronico. Ho quindi provato a fare qualche ripresa dopo avere attivato la funzione di riduzione del rumore (aggiunta con la release 2.5 del software QGVideo), che rallenta un pochino le riprese ma che riduce il rumore in modo visibile, una cosa apprezzabile soprattutto in fase di elaborazione.
Ho poi provato a sostituire il filtro IR-Cut con un filtro IR-Pass (passa infrarosso), che ha esaltato il contrasto delle bande di Giove (e che userò presto anche su Marte) migliorando anche il seeing. Sostituita la camera monocromatica con quella a colori (che già incorpora un filtro IR-Cut), dopo un piccolo ritocco della messa a fuoco, ho constatato la necessità di alzare il guadagno elettronico per compensare la minore sensibilità del sensore a colori ed ho dovuto eseguire un ribilanciamento del bianco per ottenere immagini cromaticamente fedeli.
In tutti i casi ho deciso di registrare filmati (è possibile scegliere la lunghezza del filmato) e non immagini singole, ottenendo file AVI RAW, che sono stati poi elaborati in Registax versione 4 senza bisogno di conversioni.
Le camere MagZero MZ-5 sono utilizzabili anche per effettuare pose relativamente lunghe, fino a 60 secondi, ma tenendo conto che si tratta di camere non raffreddate il rumore elettronico è molto forte e limita le prestazioni della camera in modo evidente. Tuttavia è possibile, tramite un apposito comando, sottrarre il dark frame (ricavato anche da una mediana di più frame) dalle immagini, ottenendo una vistosa riduzione degli hot pixel e un miglioramento della visibilità degli oggetti registrati. Tuttavia la tecnica migliore consiste sempre nel fare molte immagini (almeno 9, meglio più), salvarle in FITS e poi fare una decina di scatti con il telescopio tappato (dark frame) con la stessa posa, una decina di scatti con il tempo più breve possibile (BIAS) e magari anche qualche scatto di uno sfondo uniformemente illuminato (FLAT FIELD) e poi elaborare il tutto con software come DSS o IRIS. Per ottenere qualcosa di buono, sempre restando consapevoli del fatto che bisognerà fare i conti con i notevoli limiti imposti dall'assenza di un dispositivo di raffreddamento del sensore (che riduce il rumore termico) e dalla dinamica di soli 8 bit, è opportuno utilizzare telescopi con rapporti focali molto veloci (almeno f/5) e fare più pose possibile da sommare ed elaborare nel modo descritto.
Ripresa della Luna
Ho eseguito qualche ripresa lunare, usando il Gladius 315 della Lazzarotti Optics, uno strumento ottimale per alta risoluzione. La Luna era molto bassa e il seeing, deformava continuamente le immagini. Con la camera a colori, ho dovuto spendere un po' di tempo per trovare un bilanciamento cromatico decente ma ho apprezzato le grandi dimensioni del sensore e la buona velocità del frame rate alla massima risoluzione (10 fps) che mi hanno facilitato non poco nel trovare una buona messa a fuoco. Siccome il software registra i filmati in formato AVI senza compressione, bisogna fare i conti con lo spazio disponibile sul disco fisso, perché ogni minuto di filmato a piena risoluzione occupa vari Gbyte di spazio. Nel complesso le camere MZ-5 si sono rivelate idonee per le riprese lunari.
Giove
Il pianeta Giove è abbastanza luminoso, ma è difficile da mettere a fuoco perché ha un bordo molto sfumato e i suoi dettagli hanno un contrasto piuttosto basso. Per fortuna è circondato dai 4 satelliti galileiani che aiutano parecchio nella ricerca della messa a fuoco, specie usando la funzione di aiuto prevista nel software della camera. Inoltre Giove emette fortemente nell'infrarosso e permette la registrazione di interessanti filmati con filtri IR-Pass. E' stato quindi possibile ottenere con relativa facilità dei filmati decenti di Giove in IR con tempi di posa relativamente corti e guadagno elettronico tenuto molto basso e frequenze di quadro di 1/15 di secondo (dopo avere scelto la risoluzione di 640x480).
Profondo cielo
Ho fatto qualche breve tentativo di riprendere, nella prima parte della notte, l'ammasso globulare M13 e un paio di nebulose relativamente brillanti contenute nel Sagittario con la camera monocromatica. Ho usato il C8 ridotto a f/5.8 con riduttore Alan Gee II, ma con 30 secondi di posa e sottraendo automaticamente il dark frame dai fotogrammi non ho ottenuto granché, anche tenendo conto del cielo velato e del sito cittadino. Solo la somma di una decina di fotogrammi (sempre da 30 secondi) e la sottrazione separata dei dark frame (registrati a parte) mi ha permesso di ottenere un qualche, seppure modesto, risultato. E' ragionevole pensare che, potendo scattare un numero molto più elevato di fotogrammi (ad esempio una cinquantina), alzando il tempo di posa ad 1 minuto e usando un filtro UHC-S si possono ottenere risultati più interessanti, anche se bisogna essere consapevoli che queste camere non sono progettate per effettuare lunghe pose. L'uso di ottiche (anche teleobiettivi) molto luminosi (ad esempio f/2.8-f/4), di riduttori di focale 0.33x per SC o ancora l'uso di adattatori Fastar /Hyperstar sui Celestron o Meade SC (che permette di lavorare a f/2) dà alla camera una maggiore possibilità registrare la debole luce degli oggetti deepsky.
Autoguida
La camera MagZero MZ-5m è utilizzabile come efficiente autoguida, sfruttando la sua buona sensibilità, il grande sensore, e la presa autoguida di tipo ST-4 incorporata. Basta collegare il cavo alla presa autoguida della montatura, installare il software Guidemaster o Phd Guiding per guidare in modo efficiente con la maggioranza delle montature predisposte. Ho fatto un breve test con il software Guidemaster, collegando la camera monocromatica alla montatura 10micron GM2000 QCI, ed usando come telescopio il mio vecchio e fidato Celestron 8, usato a f/10. Il software Guidemaster è molto facile e intuitivo, e dopo avere eseguito al primo tentativo una calibrazione dell'autoguida, ho lanciato la guida su una stella di magnitudine circa 7a, ottenendo una guida impeccabile, con minimi scarti di errore.
Conclusioni
Le camere MagZero MZ-5 e il software QGVideo hanno superato in brillante questo test preliminare, dando la netta impressione di essere molto più di webcam evolute. Considerato il prezzo d'acquisto straordinariamente conveniente, e tenendo conto della elevata risoluzione, dell'uso come efficienti autoguide, della buona sensibilità e del software ben progettato, oltre che del manuale in italiano, dell'assistenza tecnica in Italia e del continuo sviluppo del software ne fanno un prodotto di livello notevolmente superiore alle concorrenti americane LPI e NexImage e un probabile best-seller. Ringraziamo l'Ottica San Marco di Pordenone per avere messo a disposizione gli esemplari testati.
Caratteristiche tecniche
Camera MZ-5m MZ-5c
Sensore Micron MT9M001 a colori (CMOS da 1/2") Micron MT9M001 (CMOS da 1/2")
Risoluzione 1280 x 1024 1280 x 1024
Dimensione pixel 5.2 x 5.2 micron 5.2 x 5.2 micron
Otturatore elettronico
Interfaccia USB 2.0
Porta Autoguida Integrata, con connettore telefonico modulare tipo ST-4
Efficienza Quantica (QE) 56% di picco 52% di picco
Gamma dinamica: ADC 10 bit, uscita: 8 bit ADC 10 bit, uscita: 8 bit
Alimentazione Tramite cavo USB
Tempi di esposizione: fino a 60"
Requisiti di sistema: Microsoft Windows XP, Vista
Dimensioni: d= 64mm, p=32mm
Peso: 105 g
Produttore / Distributore Ottica San Marco - Pordenone - www.magzero.it - info@magzero.it
Prezzo di lancio: Euro 285,00 Euro 215,00
|
