دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24ACسفارشیToupTek SkyEye24AC Color Astronomy Camera

دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24AC

تشریح مشخصات فنی دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24AC درتصویر بالا از چپ به راست:

1. دوربین تصویربرداری نجومی مجهز به سنسور تصویر برداری رنگی شرکت سونی با نام  IMX410  است.
2. ابعاد سنسور یا حسگر تصویربرداری برابر است با 36 میلی‌متر در 24 میلیمتر‌ و قطر آن برابر با 43 میلی‌متر است که ابعاد بسیار بزرگی نسبت به سایر دوربین‌ها است و مناسب عکاسی نجومی با کیفیت بالا از اجرام گسترده و وسیع آسمان شب است.
3. بالاترین کیفیت عکسبرداری این دوربین برابر است با 4040 در 6064 پیکسل برابر با 24 مگاپیکسل است.
4. با مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال (Analog to Digital Converter=ADC) برابر با 14Bit هر سیگنال آنالوگ به 14bit خروجی دیجیتال تبدیل می‌شود.
5. دارای 512 مگابایت حافظه داخلی DDR3 برای ارسال تصاویر با سرعت بالا.
6. دوربین مجهز به پورت USB3 است که سرعت بسیار بالایی در انتقال اطلاعات دارد.
7. دارای سیستم خنک کننده داخلی دو مرحله‌ای ترموالکتریک TEC cooling برای خنک کردن سنسور و کاهش نویز
8. اصطلاح FPS16 نشان می‌دهد که این دوربین عکسبرداری و فیلمبرداری نجومی در بالاترین کیفیت قابلیت تصویربرداری 16 فریم در ثانیه را دارد.
9. اصطلاح  بازدهی کوانتومی (QE)  نسبت فوتون فرودی به الکترون تبدیل شده در یک  حسگر نوری است. هر چه QE بیشتر باشد و نویز Read noise  کمتر باشد کیفیت تصویر خروجی بهتر است. در این دوربین نجومی بازده کوانتومی 80 درصد است که مقدار خوبی است.
10. اصطلاح  Full Well 104ke نشان دهنده این است که هر پیکسل تراشه تصویربرداری دوربین نجومی SkyEye24AC توانایی نگه داری 104000 الکترون را دارد  که مقدار  بسیار خوبی است. در هر سنسور نوری اگر اندازه پیکسل‌های بزرگ‌تر باشد « ظرفیت اشباع کامل هر پیکسل» (full-well depth) معمولاً بیشتر است. در زمان نورگیری هر دوربین عکاسی، نور وارده شده به هر پیکسل حسگر باعث تولید الکترون میشود. اما محدودیتی برای تعداد این فوتوالکترون‌هایی که هر پیکسل می‌تواند در خود نگه دارد وجود دارد. این حالت « ظرفیت اشباع کامل هر پیکسل» (full-well depth) است. وقتی مقدار فوتوالکترون‌ها از این عدد فراتر رفت، سیگنال (الکترون‌های اضافی) به پیکسل‌های مجاور سرازیر می‌شوند و باعث می‌شوند تا تصویر ستاره‌های درخشان در آسمان شب «شکوفه کنند» یا بزرگ و متورم به نظر برسند.
11. این مقدار نشان می‌دهد که سیگنال مفید (نور ستاره‌ها، سحابی‌ها و کهکشان‌ها) چه‌قدر نسبت به نویز ناخواسته‌ی دوربین (مثل نویز الکترونیکی یا نویز حرارتی) قوی‌تر است.هرچه مقدار SNR بیشتر باشد، تصویر شفاف‌تر و تمیزتر خواهد بود. وقتی گفته می‌شود SNR = 47 dB یعنی سیگنال حدود 324 برابر قوی‌تر از نویز است. این مقدار بسیار بالا محسوب می‌شود و برای عکاسی نجومی فوق‌العاده است، به‌ویژه در رصد اجرام کم‌نور آسمان عمیق.
12.  اصطلاح Read Noise به این واقعیت اشاره دارد که هر دستگاه دوربین Cmos یا CCD نویز‌هایی ناخواسته روی تصویر ایجاد می‌کند. این مسئله بویژه در زمان نوردهی طولانی مدت از اهمیت زیادی برخوردار است. هر چه Read Noise کمتر باشد تصویر بهتری دریافت خواهد شد. در هر تراشه (چیپ‌ست) تصویربرداری نوری، فتون‌های آنالوگ نوری باید تبدیل به اطلاعات دیجیتال شوند، این فرآیند با کمک مبدل آنالوگ به دیجیتال (Analog to Digital Converter=ADC) انجام می‌شود در این فرآیند نویزهایی ناخواسته ایجاد می‌شوند که Read out  نویز نامگذاری شده‌اند.

دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24AC با پیکسل‌های نوری بزرگ 5.94 میکرومتری و ظرفیت اشباع بسیار بالای 100ke

سنسورهایی با پیکسل های بزرگتر نسبت به سنسورهایی با پیکسل‌های کوچکتر نویز کمتری دارند، به خصوص در نور کم. به همین دلیل است که، برای مثال، در هنگام عکاسی در شب دوربین موبایل (گوشی هوشمند در مقایسه با دوربین های DSLR، تصاویری با نویز بیشتر (یا دانه دانه) در شب ثبت می‌کند. گوشی موبایل ممکن است دارای پیکسل‌هایی به اندازه 1.5 میکرومتر 1.5μm  باشد در حالی که یک DSLR ممکن است دارای پیکسل‌های 4 میکرومتر 4μm  یا حتی 6 میکرومتر 6μm باشد. پیکسل‌های بزرگتر نیز نویز دارند اما نور بیشتری را جمع آوری می‌کنند و بنابراین نسبت سیگنال به نویز بالاتری(بهتری) دارند. دوربین‌هایی که برای عکاسی اجرام روشن منظومه شمسی طراحی و ساخته شده‌اند، پیکسل‌های کوچک‌تری دارند. دوربین های عکاسی اعماق آسمان معمولا ​​پیکسل‌های بزرگ‌تری دارند.

در هر سنسور نوری اگر اندازه پیکسل‌های بزرگ‌تر باشد « ظرفیت اشباع کامل هر پیکسل» (full-well depth) معمولاً بیشتر است. در زمان نورگیری هر دوربین عکاسی، نور وارده شده به هر پیکسل حسگر باعث تولید الکترون میشود. اما محدودیتی برای تعداد این فوتوالکترون‌هایی که هر پیکسل می‌تواند در خود نگه دارد وجود دارد. این حالت « ظرفیت اشباع کامل هر پیکسل» (full-well depth) است. وقتی مقدار فوتوالکترون‌ها از این عدد فراتر رفت، سیگنال (الکترون‌های اضافی) به پیکسل‌های مجاور سرازیر می‌شوند و باعث می‌شوند تا تصویر ستاره‌های درخشان در آسمان شب «شکوفه کنند» یا بزرگ و متورم به نظر برسند. پیکسل‌های بزرگتر به طور کلی می توانند الکترون‌های بیشتری را در خود نگه دارند. به عنوان مثال، دوربین ZWO ASI290MM با پیکسل‌های 2.9 میکرومتر دارای «ظرفیت اشباع» 14,600e چهارده هزار و ششصد الکترون در هر پیکسل است. دوربین تصویربرداری نجومی توپ تک مدل SkyEye24AC پیکسل‌های بزرگ  5.94 میکرون با «ظرفیت اشباع» بسیار بالای 100 هزار الکترون دارد.

دوربین ToupTek مدل SkyEye24AC با قابلیت Binning دیجیتال و سخت‌افزاری 

باینینگ (Binning) چیست؟

باینینگ به معنی ادغام پیکسل‌های مجاور با یکدیگر برای ساخت یک «سوپرپیکسل» بزرگ‌تر است. و باعث می‌شود در کل نسبت سیگنال‌های تولید شده به نویز بهتر شود. در نهایت «ترکیب پیکسل‌ها» Binning باعث روشن‌تر شدن تصویر و بالاتر رفتن نسبت سیگنال به نویز است اما به بهای کم شدن رزولوشن تصویر.

ترکیب  پیکسل‌ها «باینینگ» کمک می‌کند تا «مقیاس تصویر» (Image Scale) دوربین (میزانی از آسمان که هر پیکسل ثبت می‌کند) با دید نجومی یا seeing (میزانی که جو زمین باعث تاری تصویر می‌شود) هماهنگ شود. فرض کنید دوربین و تلسکوپ شما می‌توانند جزئیات بسیار دقیقی را ثبت کنند (۰.۳ ثانیه قوسی در هر پیکسل). اما اگر جو زمین نابسامان باشد و بهترین جزئیاتی که می‌توانید ببینید ۱.۵ ثانیه قوسی باشد، در این صورت دوربین شما جزئیاتی فراتر از حد دید نجومی را ثبت می‌کند .این وضعیت یعنی حساسیت بالا بدون اینکه وضوح  افزایش یابد.  علاوه بر آن کار هدایت خودکار (Guiding) هم به علت حساسیت بالا دشوارتر است. کوچکترین خطایی در هدایت ‌خودکار اثرات بیشتری در کیفیت تصویر خواهد داشت. «باینینگ»  چند پیکسل را ترکیب می‌کند و باعث می‌شود هر پیکسل بخش بزرگ‌تری از آسمان را ثبت کند. این کار  کمک می‌کند تا وضوح تصویر با شرایط جوی واقعی همخوانی داشته باشد. همچنین باعث می‌شود ردیابی تلسکوپ آسان‌تر شود، زیرا نیازی به دقت بسیار بالا در هدایت آن نیست. برای مثال در باینینگ 2×2، چهار پیکسل (۲ در ۲) با هم ترکیب می‌شوند و مثل یک پیکسل واحد عمل می‌کنند.

انواع باینینگ:

1. باینینگ سخت‌افزاری (Hardware Binning)

   • این نوع باینینگ مستقیماً در خود سنسور انجام می‌شود.

   • پیکسل‌ها قبل از خوانده شدن با هم ترکیب می‌شوند، بنابراین نویز تصویر کاهش می‌یابد و در عین حال وضوح کمتر می‌شود.

   • در دوربین SkyEye62AC این باینینگ تا 3×3 پشتیبانی می‌شود.

2. باینینگ دیجیتال (Digital Binning)

   • این کار توسط نرم‌افزار و پس از ثبت تصویر کامل انجام می‌شود.

   • پیکسل‌ها به‌صورت ریاضی با هم ترکیب می‌شوند، نه به‌صورت فیزیکی.

   • در این حالت نویز کاهش پیدا نمی‌کند، اما باز هم وضوح کمتر و ظاهر سیگنال قوی‌تر می‌شود.

   • در دوربین SkyEye62AC باینینگ دیجیتال تا 8×8 پشتیبانی می‌شود.

معنی باینینگ 1×1 تا 8×8

• 1×1 → حالت عادی، بدون باینینگ، وضوح کامل.

• 2×2 → چهار پیکسل یکی می‌شوند، وضوح نصف می‌شود، حساسیت بیشتر.

• 4×4 → شانزده پیکسل یکی می‌شوند، وضوح یک‌چهارم می‌شود.

• 8×8 → شصت‌وچهار پیکسل یکی می‌شوند، وضوح یک‌هشتم می‌شود (خیلی کم‌جزئیات ولی خیلی روشن‌تر).

 پس، دوربین ToupTek SkyEye62AC هم باینینگ سخت‌افزاری تا 3×3 دارد و هم باینینگ دیجیتال تا 8×8.

دوربین تصویربرداری توپ تِک مجهز به تکنولوژی Zero-amp glow (بدون درخشش‌های اضافی در تصویر)

این اصطلاح برای توصیف سیگنال‌های ناخواسته در یک سنسور دوربین CCD  رایج شد. این سیگنال‌ها در نتیجه تقویت‌کننده‌های سیگنال که معمولاً در لبه سنسور دوربین قرار داشت به وجود می‌آمد. در دوربین‌های نجومی جدید CMOS، هر پیکسل تقویت کننده خودش را دارد، بنابراین «درخشش آمپر» معمولاً نوعی سیگنال ناخواسته است که توسط سنسور یا مدار دوربین ایجاد می‌شود. درخشش آمپر در نوردهی‌های طولانی و  یا «گین بالا» high gain  بیشتر می‌شود. این خطا معمولاً به دما بستگی ندارد.

نکته: گین بالا به تنظیمی اشاره دارد که در آن دوربین سیگنال دریافت‌ شده از سنسور را به ‌شدت تقویت می‌کند. دوربین سیگنال‌های ضعیف را تقویت می‌کند تا اجرام کم‌نور بهتر دیده شوند. اما افزایش گین می‌تواند باعث Amp Glow شود که به معنی روشن شدن ناخواسته لبه‌های تصویر به دلیل فعالیت الکترونیکی سنسور است. وقتی گین بالا باشد، حتی سیگنال‌های ناخواسته کوچک مانند (Amp Glow) نیز به ‌شدت تقویت شده و بیشتر دیده می‌شوند.

نکته: با وجود اینکه هر پیکسل در حسگرهای CMOS دارای تقویت کننده خودش است، درخشش‌های اضافی Amp Glow  معمولاً در نتیجه فعالیت مدارهای اطراف لبه حسگر ایجاد می‌شود، نه از تقویت ‌کنندهای کوچک داخل پیکسل‌ها. به همین دلیل است که این پدیده در یک ناحیه خاص (مثلاً در گوشه تصویر) ظاهر می‌شود، نه به‌صورت یکنواخت در سراسر تصویر. البته «درخشش آمپر»  را می‌توان با گرفتن «فریم تاریک» و پردازش تصویر برطرف کرد. بعلاوه اینکه بسیاری از دوربین‌ها جدید  مجهز به تکنولوژی Anti-amp glow (ضد درخشش آمپر)  هستند. در این تکنولوژی با کمک نرم‌افزار و سخت‌افزار مصرف برق سنسور و بردهای اطراف آن کاهش می‌یابد تا اثر درخشش آمپر به حداقل برسد. در نتیجه کاهش قابل توجه یا حتی حذف درخشش آمپر در بسیاری از کاربردها ممکن می‌شود.

وسایل موجود در جعبه دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24AC: (از آنجا که محصول وارداتی است ممکن است شرکت توپ تک وسایل در جعبه (کابل و آداپتورها) را بر اساس زمان سفارش کمی تغییر دهد).

تصویر زیر با دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye24AC و سایر تجهیزات نجومی ثبت شده است. منبع:  ToupTek SkyEye24AC - AstroBin