使用冷凍CCD的業(yè)余天文攝影

使用冷凍CCD的業(yè)余天文攝影許維倚談起數(shù)碼天文攝影，早幾年有很多同好都寫過(guò)相應(yīng)的文章，隨著科技的進(jìn)展，社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的提高，我們的天文攝影也越來(lái)越多樣化，業(yè)余天好者越來(lái)越專業(yè)。民間天文攝影從一開(kāi)頭的膠片盒子到膠片相機(jī)，再進(jìn)展到一般消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)，而后到單反數(shù)碼相機(jī)，現(xiàn)在業(yè)余天好者手里的冷卻天文專用CCD也越來(lái)越多了。其實(shí)冷卻CCDCCD只消滅在CCD在天文攝影上的應(yīng)用相對(duì)于一般數(shù)碼單反相機(jī)的好處在于超低穩(wěn)下CCD曝光熱噪音小，讀出噪音小，輸出數(shù)據(jù)完全無(wú)壓縮，無(wú)損壞，對(duì)焦便利，后期制作靈敏等。所以他的消滅引起了天好者的留意，單是極其可觀的價(jià)格卻只能忘而此步，21世紀(jì)處，一些國(guó)外的冷卻CCD相機(jī)生產(chǎn)商開(kāi)頭制作了一些相對(duì)低端的產(chǎn)品，但是價(jià)格相對(duì)于一般愛(ài)好者還是比較高，那些相對(duì)地端的產(chǎn)品折合人民幣也在10007QHY系列冷卻天文專用CCD在國(guó)際市場(chǎng)上消滅后，由于QHY系列冷凍CCD相對(duì)于其他品牌的天文CCD擁有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，業(yè)余天CCD市場(chǎng)馬上吵鬧起來(lái)。使用冷凍CCD的天文攝影優(yōu)勢(shì)或許有幾點(diǎn)。超低溫下CCD成像的熱噪音小，讀出噪音小，也就是信噪比高。下面是使用單反數(shù)碼相機(jī)和冷凍CCD分別一般同一個(gè)目標(biāo)，曝光時(shí)間都是10MIN。由于冷凍CCD的增益〔相當(dāng)于相機(jī)的ISO〕讀出數(shù)據(jù)原始，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)潔后期后跟數(shù)碼單反拍攝時(shí)的增益一樣。在圖中我們可以明顯地看到冷凍CCD在噪點(diǎn)方面的優(yōu)勢(shì)。單反相機(jī)：QHYCCD：原始數(shù)據(jù)輸出，圖片質(zhì)量無(wú)壓縮，無(wú)損壞，后期制作靈敏。以以下圖中使用單反數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片使用RAW格式拍攝的10MIN原片，照舊后壓縮，而CD拍攝10MINMaxIm、IRIS、PS等。單反相機(jī)：QHYCCD：另外通過(guò)專業(yè)軟件讀取，由于CCD16位，可以做一些科學(xué)爭(zhēng)論或者獲得一些有用的信息，比方通過(guò)像素讀取曝光天區(qū)的面積、通過(guò)亮度讀取一些波段的數(shù)據(jù)等。也可以通過(guò)專業(yè)的步驟做一些圖象處理，得到更為準(zhǔn)確的天體作品。比方去本底、減暗流、除平場(chǎng)等。在這里有必要摘錄好友余恒的《所謂本底，暗流和平場(chǎng)的概念》解析一BIAS、DARK、FLAT。本底〔BIAS〕:啟零秒曝光，無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，所記錄的CCDCCD限制，不同的像元不完全全都，即使有一樣的啟動(dòng)?xùn)牌珘?，也有不同的預(yù)加電荷數(shù)CCD啟動(dòng)后背景就不是均勻的了學(xué)上來(lái)信號(hào)時(shí)像元的光子計(jì)數(shù)值應(yīng)0零點(diǎn)不同、3……都有可能，則要在計(jì)數(shù)結(jié)果中減去初始值，才是真實(shí)獲得的光子數(shù)。這是CCD的固有屬性，與溫度、時(shí)間無(wú)關(guān)。通常選取最短的曝光時(shí)間0.01秒以下——這時(shí)熱噪聲可以無(wú)視，不開(kāi)鏡頭蓋〔留意防止漏拍5-10張進(jìn)展疊加。current暗流(dark noise，也稱“熱噪聲”)：currentCCD器件是將接收到的光子轉(zhuǎn)換為電子進(jìn)展計(jì)數(shù)，但是由于電子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)〔隨溫度上升而CCD勢(shì)阱中也會(huì)有電子積聚，產(chǎn)生輸出，便為暗流。暗流也是隨機(jī)產(chǎn)生的，符合高斯分布。CCDCCD暗流隨溫度而轉(zhuǎn)變，一般每上升5～7℃，暗流就增加一倍。而且天文攝影曝光時(shí)間較長(zhǎng)，感光元件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間使用而升溫，圖像質(zhì)量快速下降，因此數(shù)碼相機(jī)的曝光時(shí)間不能太長(zhǎng)。通常以疊加消退。業(yè)余CCD系統(tǒng)則多承受半導(dǎo)體制冷，而專業(yè)CCD-110℃，此時(shí)暗流很小，可以無(wú)視不計(jì)。平場(chǎng)(flatfield)：由于CCDCCD各像元的靈敏度并不完全全都，即使是對(duì)均勻光源面的反響也會(huì)消滅差異。因此觀測(cè)天體之后，還要拍攝均勻光源作為比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，稱作平場(chǎng)。均勻光源可以承受白熾燈均勻照耀的白布，黃昏或晨光中的天光背景等，選擇確定的曝光時(shí)間拍攝多幅圖像，疊加平均便得平場(chǎng)。其中選擇天光背景時(shí)每拍一張之后都要旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，以防止最終的平場(chǎng)圖像中消滅星點(diǎn)。假設(shè)每個(gè)像元從均勻光源面接收到100個(gè)光子應(yīng)轉(zhuǎn)換出60個(gè)電子〔設(shè)由于CCDCCD到準(zhǔn)確的相對(duì)亮度。為606、57……，1000個(gè)電子的像元所接收的光子數(shù)可能并不一樣，這時(shí)要從最終的電子計(jì)數(shù)結(jié)果中除以各像元對(duì)應(yīng)的平場(chǎng)值，便得到準(zhǔn)確的相對(duì)亮度。通常業(yè)余天文攝影只做以上3星云屬于不行見(jiàn)波段范圍內(nèi)，一般單反相機(jī)在CCD前面附加了一塊紅外截止濾外截止濾鏡。天文專用CCD無(wú)紅外截止濾鏡或者使用了更寬的紅外截止濾鏡，文文CCD拍攝的同樣的散射星云比照。單反相機(jī)：QHYCCD：由于彩色CCD的后期制作和操作相對(duì)簡(jiǎn)潔，所以一般入門級(jí)的業(yè)余天好者使用彩色CCD的相對(duì)多一些，更專業(yè)的天文攝影都要使用黑白的CCD，由于黑白CCD靈敏度高，合成彩色照片后像素高，通過(guò)黑白CCD協(xié)作濾鏡進(jìn)展不同波段的拍攝和科學(xué)爭(zhēng)論，業(yè)余天好者使用黑白CCD進(jìn)展天文拍攝也在增加，或者由彩色升級(jí)到黑白。天文專用CCD正漸漸普及，天好者的拍攝水平也越來(lái)越高，我們也都漸漸拋棄單