دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye62ACسفارشیToupTek SkyEye62AC Color Astronomy Camera

دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye62AC

تشریح مشخصات فنی دوربین تصویربرداری نجومی ToupTek مدل SkyEye62AC درتصویر بالا از چپ به راست:

1. دوربین تصویربرداری نجومی مجهز به سنسور تصویر برداری رنگی شرکت سونی با نام  IMX455  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 6380 در 9568 پیکسل برابر با 61 مگاپیکسل است.
4. با مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال (Analog to Digital Converter=ADC) برابر با 16Bit هر سیگنال آنالوگ به 16bit 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 FPS6.2 نشان می‌دهد که این دوربین عکسبرداری و فیلمبرداری نجومی در بالاترین کیفیت قابلیت تصویربرداری 6.2 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 51ke نشان دهنده این است که هر پیکسل تراشه تصویربرداری دوربین نجومی SkyEye62AC توانایی نگه داری 51000 الکترون را دارد  که مقدار  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 ۲۲۴ 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 SkyEye62AC با مبدل بسیار قدرتمند سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) برابر با 16Bit

دوربین‌های نجومی مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) دارند. کار این واحد، تبدیل سیگنال‌های آنالوگ (فوتون‌ها) به سیگنال‌های دیجیتال است (اعدادی که کامپیوتر بخواند). برای میزان روشنایی هر «پیکسل» تصویر، تعداد بیت مشخصی توسط  ADC‌ تولید می‌شود که به آن «وضوح داده‌ها» Data Resolution گفته می‌شود. مثلا دوربینی با مبدل (ADC) ۱۲ بیت می‌تواند 4096=2¹² سطح روشنایی متفاوت برای هر پیکسل ثبت کند. و دوربینی با مبدل (ADC)  ۱۰ بیت می‌تواند 1024=2¹⁰ سطح روشنایی برای هر پیکسل ثبت کند که کیفیت تصویر پایین‌تری است. بنابراین رزولوشن ۱۲ بیت (12bit resolution) ، یعنی هر پیکسل تصویر می‌تواند ۴۰۹۶ سطح روشنایی متفاوت از سفید تا سیاه داشته باشد.

با یک مثال واقعی مفهوم رزولوشن ۱۲ بیتی را روشن می‌کنیم. مثال: مقایسه تصاویر ۸ بیتی و ۱۲ بیتی

فرض کنید یک عکس سیاه و سفید می‌گیرید:

۱ . با یک دوربین ۸ بیتی مانند یک عکس استاندارد JPEG

• هر پیکسل می‌تواند ۲۵۶ سطح روشنایی داشته باشد (از ۰= سیاه تا ۲۵۶= سفید)
• اگر سطح روشنایی یک پیکسل ۱۲۸ باشد، آن پیکسل خاکستری متوسط است.

۲ . با یک دوربین ۱۲ بیتی مانند یک تصویر RAW در عکاسی نجومی:

• هر پیکسل می‌تواند ۴۰۹۶ سطح روشنایی داشته باشد (از ۰ = سیاه تا ۴۰۹۵ = سفید)
• اگر مقدار روشنایی یک پیکسل ۲۰۴۸ باشد، آن پیکسل نیز خاکستری متوسط است، اما با جزئیات روشنایی بسیار دقیق‌تر.

چرا  بیت بالاتر مهم است؟ در ۸ بیت، تغییری کوچک در روشنایی به اندازه ۱ از۲۵۶ کل دامنه است که می‌تواند باعث باندینگ (پله‌پله شدن روشنایی) شود. در ۱۲ بیت، تغییر کوچک در روشنایی به اندازه ۱ از ۴۰۹۶ است، که خیلی نرم‌تر است و جزئیات دقیق‌تری را ثبت می‌کند. در تصویر بعدی می‌توانید این تفاوت را مشاهده کنید.

دوربین ToupTek مدل SkyEye62AC 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. شکل زیر نمونه ای از درخشش آمپر را از دوربین های سری ASI183 نشان می دهد.

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 SkyEye62AC: (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 SkyEye62AC و سایر تجهیزات نجومی ثبت شده است. منیع ToupTek SkyEye62AC - AstroBin