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 BREVE TUTORIAL SULL'USO DELLE WEBCAM IN ASTRONOMIA

PREMESSA

Fino ai primi anni 90 le camere ccd non erano appannaggio che di pochi astrofili fortunati
e l'utilizzo di webcam per l'astronomia non era ancora stato neanche pensato da nessuno. Quindi le osservazioni venivano riportate unicamente mediante disegni e stime delle intensità e dei colori. Ma poco dopo, con l'avvento delle prime webcam di fascia alta, dotate di sensore ccd, alcuni pionieri iniziarono a puntare i loro telescopi muniti di tali accessori, spesso aggiustati alla meno peggio per trovar posto al porta oculari dei telescopi, verso i maggiori pianeti. Le potenzialità si rivelarono subito enormi, addirittura stupefacenti se paragonate ai risultati ottenibili con le classiche reflex analogiche soprattutto sulle riprese planetarie.

Da quei primi anni, l'uso delle webcam in astronomia oggi è prassi ormai consolidata anche se ancora non è facile trovare sul mercato il tipo di apparecchiatura adatta. Le webcam più performanti a tale scopo, infatti, sono quelle dotate di sensori CCD molto più sensibili alla debole luce degli astri di quelli CMOS comunemente usati nelle telecamerine di fascia bassa. Nonostante negli anni anche quest'ultimi abbiano goduto di uno sviluppo importante, ancora oggi non sono a livello delle vecchie webcam con ccd quali i Sony ICX098AK o il Sony ICX098QB che equipaggiavano le varie Philips Vesta, Philips Toucam I II e III e Logitech
QUickcam Pro. Oggi in commercio troviamo solamente un prodotto della Celestron
denominato Neximage che altro non è che una webcam che adotta proprio un sensore
di quelli prima citati, altrimenti bisogna giocoforza affacciarsi al mercato dell'usato.

Una Quickcam VC smontata con sensore Sharp LZ2547

Le webcam vanno bene per la ripresa dei corpi più luminosi del sistema solare, ma purtroppo non sono adatte a riprendere oggetti deboli come nebulose o galassie. Nonostante si possa, attraverso delle semplici modifiche sull'hardware, forzare i tempi di acquisizione anche oltre il secondo, il sensore non essendo raffreddato e non essendo stato concepito per questo genere di utilizzo, inizierà a saturare l'immagine con punti bianchi, detti rumore elettronico, che altro non è che il manifestarsi della sovrabbondante saturazione dei pixel del sensore.
Per questo genere di riprese esistono delle camere apposite, i ccd per uso astronomico, dotate di sistemi sensori migliori e di sistemi di raffreddamento che eliminano, in parte, i problemi suddetti.

PRIMI PASSI

Se siete felici possessori di un piccolo telescopio, e vi siate procurati una di queste webcam, probabilmente avrete il dubbio su come si debba operare per riuscire a fare delle riprese interessanti.
Prima di tutto partiamo da cosa fare per adattare la camera al telescopio.
Le cose importanti da fare sono due.
In primo luogo occorre smontare l'ottica della webcam che non ci servirà per le riprese (infatti come ottica useremo quella del telescopio). Solitamente inglobato in quest'ultime dovrebbe trovarsi un piccolo filtro IRCUT di scarsa qualità che andremo a sostituire con un filtro uguale ma appositamente concepito per l'uso in astronomia. Se si avesse tra le mani un modello di webcam col piccolo filtro attaccato invece sopra al sensore, bisognerà con pazienza e
attenzione rimuoverlo dolcemente dal suo alloggiamento.

    

Smontaggio dell'ottica della webcam Kodak dvc325

Fatto questo, sarà necessario collegare la webcam ad un barilotto adattatore del diametro adatto al portaoculari del telescopio. Anche qui i sistemi sono vari, si può acquistare il barilotto già pronto da avvitare alla webcam al posto dell'ottica o si può costruirsene uno usando un portarullini fotografici opportunamente tagliato e sagomato o il barilotto di qualche oculare in disuso, provvedendo poi ad attaccalo ,con della colla resistente, alla webcam facendo attenzione a mantenere un'ortogonalità più precisa possibile.
 

        

                                      La Dvc325 pronta per l'uso astronomico

La Logiteck Quickcam 3000 modificata e con filtro ircut inserito

Fatto questo primo passo, non siamo ancora pronti ad iniziare le nostre riprese.
Una volta installati i driver della telecamera infatti bisogna scegliere il programma che si userà per l'acquisizione dei filmati. Su Internet se ne possono trovare tanti, molti freeware, e tutti di ottime caratteristiche. per citarne alcuni c'è K3CCD , la cui versione 1 è liberamente scaricabile, o gigiwebcapture, oppure si possono usare alcuni programmi di elaborazione grafica delle immagini astronomiche ( su cui torneremo più avanti) che offrono spesso dei
tools per guidare le camere ccd, come Iris (freeware) o Astroart 3 ( a pagamento).
Personalmente uso un ottimo programma francese, purtroppo poco conosciuto, che si
chiama TeleAuto (gratuito) che trovo veramente fatto bene e ricco di funzionalità.
A corredo di questi software io uso abitualmente anche il programma WcCtrl che serve ad avere in ogni momento a portata di click tutti i parametri da settare della webcam, luminosità, tempi di acquisizione, gamma, guadagno ecc...

Il software di acquisizione TeleAuto

Il software WcCtrl

 

INIZIAMO LE NOSTRE RIPRESE

Bene, abbiamo installato i software ( e mi auguro abbiamo dato almeno un'occhiata ai relativi manuali..), siamo andati fuori col telescopio, lo abbiamo messo in stazione, cioè orientato verso nord, abbiamo posizionato il computer e abbiamo la nostra webcam tra le mani...da dove iniziamo?
Iniziamo a puntare il nostro pianeta col telescopio, usando un oculare di media grandezza. Una volta puntato, inseriamo un oculare che dia un ingrandimento elevato. Ora colleghiamo la webcam ad una barlow 2 o 3x per poter usufruire di un ingrandimento adeguato. Bene,adesso siamo pronti ad un giochetto di velocità e abilità, cioè una volta centrato il soggetto dobbiamo togliere velocemente l'oculare ed inserire la nostra barlow con webcam e osservare sul monitor se siamo riusciti a inquadrarla.

                                    


Va detto che i sensori delle webcam sono molto piccoli ed inquadrano una porzione di cielo assai limitata, per questo è a volte difficile centrare subito il soggetto che vogliamo riprendere. Un piccolo trucco sta nello sfuocare leggermente l'immagine già prima di inserire la barlow/webcam in modo che venga inquadrata l'immagine del pianeta sfocata ma leggermente ingrandita.

Per esperienza, usando piccoli telescopi dotati di normali motorini di inseguimento, dovremo ripetere con pazienza più volte l'operazione e una volta centrato l'oggetto dovremo fare le opportune correzioni usando la pulsantiera per mantenerlo centrato.

Fatto questo, la parte più difficile sta nel tenere centrato sul monitor il nostro pianeta e con l'altra mano iniziare a mettere a fuoco con movimenti piccoli ma precisi. A tale scopo è utile attaccare ad una delle manopole di messa a fuoco del telescopio, qualcosa di un po più grande, tipo una manopolona ricavata da un tappo, che faccia da demoltiplicatore di giri per avere maggior sensibilità sulle dita. Al tocco della manopola di messa a fuoco, probabilmente l'immagine vibrerà parecchio quindi tutto il gioco sta nell'essere delicati nel focheggiare stando a guardare gli effetti sul monitor. E' questione solo di prendere un pò di confidenza e di non scoraggiarsi.

Per chi inizia, è consigliabile farlo in una serata con la presenza della luna.
Prima inquadreremo questa e metteremo a fuoco su un soggetto quindi grande e brillante. Quando si vedranno bene i crateri apparire a fuoco sul nostro monitor, andremo a ripuntare senza toccare piu nulla il pianeta prescelto.

Ripresa con 114 e webcam

Ora che abbiamo il nostro soggetto a fuoco sul monitor, sempre stando attenti a che non esca dal campo, andremo ad operare sui settaggi di ripresa. Solitamente i più importanti sono : luminosità, contrasto, gamma, Guadagno (gain), tempi esposizione, frame rate.

Partiamo dall'ultimo elemento, quello del frame rate. E' la velocità di trasferimento, cioè quante immagini al secondo deve riprendere la telecamera.

Ora, se da un lato uno dei vantaggi della webam è proprio quella di riprendere centinaia di immagini in rapidissima sequenza, congelando di fatto gli effetti deleteri del movimento dell'aria (seeing), dall'altro lato una velocità troppo elevata porterà ad un degrado della qualità dell'immagine semplicemente per il fatto che la banda passante per il trasferimento dei dati via USB è limitata per sua natura ed il software nel momento in cui comincerà a trovarla satura (troppe Immagini insieme) inizierà a comprimerle, introducendo per forza di cose un degrado. La velocità consigliata, o almeno quella che io uso di solito, quindi è
di 5 o 10 frame per secondo.

Tralasciando la lumonosità, contrasto e gamma che sono settaggi intuibili guardando cosa si sta riprendendo, passiamo agli altri due parametri importanti, il guadagno e tempi di acquisizione. Di solito un sensore ha due parametri: sensibilità e guadagno. Il primo determina la sua capacità di percepire le differenze di luminosità, il secondo la grandezza della sua risposta a tali differenze.

                                    Regolazioni delle Impostazioni della ripresa

Agendo sul Gain si può aumentare la sensibilità di ripresa ma esagerando si tenderà ad introdurre dei "falsi particolari" dovuti all'aumentare del rumore elettronico. E' bene quindi tenere il guadagno abbastanza basso ed agire piuttosto sugli altri parametri trovando un giusto equilibrio. Per quanto riguarda invece i tempi di posa, questi sono molto simili a quelli delle normali fotocamere, e sulle comuni webcam variano da 1/500 a 1/50. Anche qui basterà agire osservando il nostro soggetto sul monitor per capire se si sta sovraesponendo o
sottoesponendo.

Come dicevo prima, la buona riuscita delle riprese dipende dal giusto settaggio di tutti questi parametri insieme e per arrivare a questo non c'è altro da fare che provare e riprovare molte volte magari iniziando da soggetti facili come appunto la luna.

A questo punto clicchiamo finalmente sul nostro pulsante "start".

Avremo avuto prima cura però di scegliere il formato di acquisizione, solitamente un file formato AVI, che sarebbe meglio scegliere non compresso, sempre per evitare i già citati problemi di degrado dell'immagine.

                                 Settaggio della comressione del flusso video

Considerate che in questo modo alcuni minuti di ripresa occuperanno nel vostro hard disk parecchi megabyte, anche centinaia per filmato, e dotatevi quindi di dischi capienti.

Bene, una volta iniziata l'acquisizione, cercheremo di farla durare più tempo possibile correggendo l'inseguimento con la pulsantiera, per acquisire più frame possibili che andremo poi a sommare coi programmi appositi. Tenete comunque conto della velocità di rotazione dei pianeti, soprattutto quelli più grandi, che impongono dei tempi di acquisizione non superiori ad alcuni minuti.
 

ELABORAZIONE FINALE


Una volta finita l'acquisizione bisognerà iniziare la procedura di elaborazione che spesso occupa molto più tempo davanti al pc della ripresa vera e propria. I frame che compongono i filmati andranno scorporati, mediati per qualità e sommati, utilizzando programmi quali Registax o Iris, dopodichè si opererà con le correzioni del caso su luminosità, maschera sfocata, livelli ecc utilizzando i software appositi, anch'essi presenti su internet spesso in forma gratuita, che tratteremo però in un altro momento, essendo un argomento piuttosto complesso ma fondamentale per ottenere immagini interessati.

                               Allineamento e somma delle immagini con Registax

Per ora sappiate che tutto ciò che ho descritto,nonostante sembri complesso, in realtà è facilmente alla portata di chiunque abbia voglia di sperimentare e di sacrificare qualche ora per capire il funzionamento dei software, ma che la fatica sarà presto ricompensata con la possibilità di accendere in ogni momento il proprio computer e avere davanti agli occhi un'istantanea della serata appena trascorsa sotto le stelle.

 

 

 

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Ultimo aggiornamento Giugno 2012