Pointačné a zobrazovacie CCD kamery G1-0300, G1-0800, G1-1400 a G1-2000

 

 

Sortiment CCD kamier od Moravian Instruments nájdete v našom e-Shope. 

Nové CCD kamery rady G1(quider) sú založené na CCD čipoch Sony ICX. Kamery G1 napájané z USB zbernice, sú veľmi ľahké a kompaktné , takže môžu byť pripojené k akémukoľvek ďalekohľadu pomocou 1.25" adaptéru. Štandardný C alebo CS-závit tiež dovoľuje ich použitie s ľubovolnými CCTV objektívmi, mikroskopmi a ďalšími zariadeniami.

 

Kamery G1 sú veľmi kompaktné, ľahké a ľahko použiteľné. Užívateľ ich iba zasunie do okulárového výťahu ďalekohľadu, pripojí USB kábel a kamera je pripravené k práci.

 
Telo kamery G1 s 1.25 palcovým adaptérom pre ďalekohľad

 

Citlivosť je veľmi dôležitá vlastnosť všetkých CCD kamier, vrátane kamier určených k vedeniu montáži. Pointačná kamera musí poskytovať obraz referenčnej hviezdy(hviezd) s dostatočným pomerom signál/šum v pomerne krátkom čase, aby bolo možné zaistiť perfektnú pointáciu. Nevyhnutnosť akumulovať svetlo veľa minút je pre kvalitný pointačný systém často neakceptovateľná. Z toho dôvodu používajú kamery G1 citlivé CCD čipy Sony ICX.

• Sony EXview HAD CCD majú kvantovú účinnosť nad 50% a veľmi nízky čítací šum.

• Kamery G1 digitalizujú pixle so 16 bitovým rozlíšením a naplno využívajú dynamiky CCD čipov.

• Silná anti-blooming ochrana udržuje obrazy i jasných hviezd kruhové, bez prietokov spôsobených rozlievaním náboja.

• Kamery G1 poskytujú veľmi rýchle čítanie – pixely sú digitalizované rýchlosťou 8Mpx/s v móde rýchleho čítania.

• Kamery G1 sa v móde pomalého čítania vyznačujú veľmi nízkym čítacím šumom.

Kamery G1 nepotrebujú externý napájací zdroj, sú napájané kompletne z riadiaceho počítača prostredníctvom USB káblu. Vzhľadom k omedzeným možnostiam napájania cez USB neobsahujú G1 kamery na energiu náročné Peltierové články, ale malý ventilátor pomáha udržať teplotu CCD čipu blízko teplote okolia a tým výrazne znižuje tepelný šum.

• Kamery G1 sú napájané z USB zbernice (k prevádzke stačí zapojiť jediný kábel).

• Absencia Peltierového chladiča nedovoľuje znížiť teplotu CCD čipu pod teplotu okolia, ale zabudovaný ventilátor udržuje čip veľmi blízko okolitej teplote. Inak teplo produkované pracujúcou elektronikou zvýši teplotu zariadenia o veľa stupňov nad okolie.

Hoci moderné montáže astronomických ďalekohľadov podporujú pointáciu prostredníctvom komunikačnej linky z riadiaceho počítača, kamery G1 sú vybavené štandardným 6-pinovým konektorom pre „autoguider“ vstup montáže. Ovládací počítač teda môže pointovať montáž aj pokiaľ nemá priame pripojenie na jej elektroniku.

• Kamery G1 sú vybavené štandardným „autoguider“ konektorom.

 

 
USB a Autoguider konektory na spodnej strane kamery G1

 

Poznámka:

• 
  Maximálny prúd, ktorý môže pretekať Autoquider konektorom kamier G1, nemôže presiahnuť 100mA. Pokiaľ montáž nepracuje s pointačnými signálmi ako s „logickými hodnotami“, ale priamo nimi spája pointačné motory, je nevyhnutné vložiť medzi kameru G1 a montáž tzv. „reléový blok“, ktorý zaistí spínanie potrebných prúdov vyžadovaných montážou.
  
  Ovládací software SIMS podporuje automatické pointovanie cez rozhranie pointačnej kamery takisto ako cez rozhranie medzi ďalekohľadom s riadiacim počítačom.

 

Autoguider konektor na kamerách G1 zodpovedá štandardnému zapojeniu zavedenému kamerami ST-4:

 

1	R.A. + (doprava)
2	DEC + (hore)
3	DEC - (dole)
4	R.A. – (dolava)
5	Common (zem)
6	Zapojené

 

 

CCD kamery série G1 sú určené k pointovaniu montáži aj k CCD fotografovaniu. Najmä kamery s progressive-scan čipmi môžu byť použité ku snímaniu astronomických alebo mikroskopických snímkov. Môžu byť pripojené k ľubovolnému ďalekohľadu alebo k objektívu vybaveného štandardným C alebo CS-závitom.

• Ovládací software SIMS dovoľuje zvoliť ktorá z pripojených kamier bude zobrazovacia a ktorá bude pointačná.

 

 

 

 

 

 

 
Okno CCD kamera programu SIMS dovoľuje zvoliť, ktorá kamera bude zobrazovacia a ktorá pointačná

 

Série CCD kamier G1 zahrňuje nasledujúce modely. Písmeno C na konci označuje použitie CCD čipu s farebnou maskou. Vďaka tomu sú schopné robiť farebné expozície v jednom snímku.

 

Model	CCD čip	Architektura čipu	Farebné filtre	Rozlíšenie	Veľkosť pixlu	Obrazová plocha	Čas stiahnutia
G1-0300	ICX424AL	progresívna	none	656 × 494	7,4 × 7,4 ?m	4,9 × 3,7 mm	~ 0,05 s
G1-0300C	ICX424AQ	progresívna	RGBG (Bayer)	656 × 494	7,4 × 7,4 ?m	4,9 × 3,7 mm	~ 0,05 s
G1-0800	ICX204AL	progresívna	none	1032 × 778	4,65 × 4,65 ?m	4,8 × 3,6 mm	~ 0,1 s
G1-0800C	ICX204AK	progresívna	RGBG (Bayer)	1032 × 778	4,65 × 4,65 ?m	4,8 × 3,6 mm	~ 0,1 s
G1-1400	ICX285AL	progresívna	none	1392 × 1040	6,45 × 6,45 ?m	9,0 × 6,7 mm	~ 0,18 s
G1-1400C	ICX285AQ	progresívna	RGBG (Bayer)	1392 × 1040	6,45 × 6,45 ?m	9,0 × 6,7 mm	~ 0,58 s
G1-2000	ICX274AK	progresívna	none	1628 × 1236	4,4 × 4,4 ?m	7,2 × 5,4 mm	~ 0,25 s
G1-2000C	ICX274AQ	progresívna	RGBG (Bayer)	1628 × 1236	4,4 × 4,4 ?m	7,2 × 5,4 mm	~ 0,25 s

Poznámka:

Čas stiahnutia snímku platí pre USB 2.0 High Speed pripojenie. Pokiaľ je kamera pripojená cez USB 1.1 rozhranie, časy stiahnutia sú výrazne dlhšie.

 

Zatiaľčo monochrómny CCD čip zachycuje všetkými pixlami všetky vlnové dĺžky na ktoré je citlivý , farebný CCD snímač má na jednotlivých pixloch červené, zelené a modré filtre, usporiadané do tzv. Bayerovej masky. Monochromatický čip je teda podstatne citlivejší, pre urobenie farebného snímku ale musíme použiť viacej expozícii cez farebné filtre. Farebný snímač oproti tomu obmedzuje svetlo dopadajúce na jednotlivé pixly, dovoľuje ale rekonštruovať farebný obraz z jedného snímku, aj keď nie v plnom rozlíšení.

 

 

 

 

 
Schéma monochromatického (vľavo) a farebného (vpravo) CCD čipu

 

Hoci maximálne citlivosti dosahujú tzv. Full Frame (FF) čipy, sú použiteľné iba v spojení s mechanickou uzávierkou. Tzv. Interline Transfer (IT) čipy sú oproti tomu vybavené tzv. elektronickou uzávierkou dovoľujúcou aj veľmi krátke expozície. Z týchto dôvodov používajú kamery G1 IT čipy. Aj IT čipy sa ale líšia spôsobmi vyčítania – zatiaľčo čipy s progresívnym čítaním prečítajú všetky pixly naraz, CCD čipy s prekladaným čítaním rozdeľujú pri čítaní snímok na dva polsnímky obsahujúce vždy iba sudé alebo iba liché riadky výsledného obrazu.

 
Schéma čipu s tzv. progresívnym čítaním (vľavo) a prekladaným čítaním (vpravo)

 

CCD kamery G1 sú navrhnuté pre spoluprácu s osobným počítačom (PC). Pointačné algoritmy sú vykonávané na PC a nie v kamere samostatne. Pre prácu s kamerami G1CCD je potrebný počítač, ktorý:

1. Je kompatibilný so štandardom PC.

1. Používa moderný 32 bitový operačný systém Windows.

 Poznámka:

USB ovládač kamier G1CCD je navrhnutý pre Windows 2000 a vyššiu verziu tohto operačného systému (napr. Windows XP). Staršie 16/32 bitové systémy, ako napr. Windows 95/98 a Windows Me, nie sú ovládačom podporované. G1CCD nemôžu s týmito systémami správne pracovať.

1. Poskytuje aspoň jeden USB port.

   
          
   
         Poznámka:
   
         Súčasná séria kamier G1CCD je navrhnutá pre prácu s rozhraním USB 2.0 high-speed (480 Mbps). Hoci sú kamery plne spätne kompatibilné s USB 1.1 full-speed (12 Mbps) rozhraním, čas stiahnutia obrazu je za použitia USB 1.1 spojenia dlhší.
    

 

 

Technické špecifikácie kamier G1 CCD

 

CCD čip

Kamery G1 CCD G2 používajú citlivé čipy Sony EXview HAD s nízkym šumom. Firma Sony nezverejňuje absolútnu kvantovú účinnosť svojich CCD, ale odhadovaná účinnosť presahuje 50 %.

Temný prúd a vyčítací šum týchto CCD čipov je veľmi nízky.

 

Model G1-0300

Model G1-0300 používa VGA (640 × 480 pixlov) CCD čip Sony ICX424AL s progresívnym čítaním.

Rozlíšenie	656 × 494 pixlov
Veľkosť pixlu	7,4 ?m × 7,4?m
Obrazová plocha	4,9 mm ×3,7 mm

Špecifikácia CCD čipu Sony ICX424AL

Model G1-0300C

Model G1-0300C používa VGA (640 × 480 pixlov) CCD čip Sony ICX424AQ s RGBG Bayerovou farebnou maskou. Ostatné parametri čipov zostávajú zhodné so Sony ICX424AL.

Model G1-0800

Model G1-0800 používa XGA (1024 × 768 pixlov) CCD čip Sony ICX204AL s progresívnym čítaním.

Rozlíšenie	1032 × 778 pixlov
Veľkosť pixlu	4,65 ?m × 4,65 ?m
Obrazová plocha	4,8 mm × 3,6 mm

Špecifikácia CCD čipov Sony ICX204AL

Model G1-0800C

Model G1-0800C používa XGA (1024 × 768 pixlov) CCD čip Sony ICX204AK s RGBG Bayerovou farebnou maskou. Ostatné parametry čipov ostávajú zhodné so Sony ICX204AL.

Model G1-1400

Model G1-1400 používa SXGA (1280 × 1024 pixlov) CCD čip Sony ICX285AL s progresivnym čítaním.

Rozlíšenie	1392 × 1040 pixlov
Veľkosť pixlu	6,45 × 6,45 ?m
Obrazová plocha	9,0 × 6,7 mm

Špecifikácia CCD čipov Sony ICX285AL

Model G1-1400C

Model G1-1400C používa SXGA (1280 × 1024 pixlov) CCD čip Sony ICX285AQ s RGBG Bayerovou farebnou maskou. Ostatné parametri čipov zostávajú rovnaké so Sony ICX285AL.

 

Model G1-2000

Model G1-2000 používa UXGA (1600 × 1200 pixlov) CCD čip Sony ICX274AL s progresívnym čítaním.

Rozlíšenie	1628 × 1236 pixlov
Veľkosť pixlu	4,4 ?m × 4,4 ?m
Obrazová plocha	7,2 mm × 5,4 mm

Špecifikácia CCD čipu Sony ICX274AL

Model G1-2000C

Model G1-2000C používa UXGA CCD (1600 × 1200 pixlov) čip Sony ICX274AQ s RGBG Bayerovou farebnou maskou.Ostatné parametri čipov zostávajú rovnaké so Sony ICX274AL.

 

Poznámka:

Firma Sony nezverejňuje niektoré kľúčové charakteristiky svojich CCD čipov (absolútna kvantová účinnosť, čítací šum, kapacitu pixlov, citlivosť výstupného uzlu a pod. )

 

Elektronika kamery

16 bitový analógovo/digitálny prevodník s korelovaným dvojitým vzorkovaním zaisťuje vysoký dynamický rozsah, v skutočnosti presahujúci kapacitu pixlov CCD. Rýchle USB rozhranie dokáže prečítať obraz za zlomok sekundy.

Maximálna dĺžka USB káblu je 5m. Táto dĺžka môže byť rozšírená až na 100m použitím USB rozbočovača (USB hub) alebo aktívneho USB káblu. Aktívne predlžovacie prvky dovoľujú vzdialiť USB zariadenie až na 100m.

Rozlíšenie ADC	16 bitov
Digitalizácia	Korelované dvojité vzorkovanie
Čítacie módy	Rýchly (8 Mpx/s)
	Pomalý, veľmi nízky šum (2,5 Mpx/s)
Čítanie podoblastí	áno
Rozhranie k počítaču	USB 2.0 High Speed
	USB 1.1 Full Speed kompatibilné

Špecifikácia elektroniky kamery G1 CCD

 

Poznámky:

1. Ovládací software SIMS dovoľuje použitie tzv. programového binningu, pokiaľ sú požadované snímky s nižším rozlíšením.

2. Časy stiahnutia sú platné pre USB 2.0 rozhranie a závisia na použitom PC. Časy uvedené tu sú zmerané na počítači s procesorom Pentium M pracujúcom na 1.5 Ghz.

   Časy sťahovania môžu byť výrazne dlhšie, pokiaľ je použité rozhranie USB 1.1

3. Niektoré základné charakteristiky elektroniky CCD kamery, ako napr. systémové zosilnenie alebo vyčítací šum nemôžu byť určené bez znalosti niektorých vlastností CCD čipov (napr. citlivosť výstupného uzlu), ktoré ale firma Sony nezverejňuje.

 

Chladenie čipov

 

Séria kamier G1 CCD nepoužíva Peltierové články k aktívnemu chladeniu čipu, takže čip nemôže byť chladený pod okolitú teplotu.

Pracujúca elektronika (vrátane samotného CCD čipu) produkuje pomerne značné množstvo tepla, ktoré zvýši vnútornú teplotu kamery o veľa stupňov nad okolitú teplotu. Pretože tepelný šum CCD čipov sa typicky zdvojnásobuje s každými 5 až 7 °C, môže byť tepelný šum kamery po chvíli práce kamery aj viac ako dvojnásobný. Odvádzanie produkovaného tepla z kamery je tak veľmi dôležité.

Preto obsahujú kamery G1 CCD malý ventilátor, ktorý odvádza produkované teplo z tela kamery a udržuje čip tak blízko teplote okolia ako to je len možné. Beh ventilátoru môže byť riadený z ovládacieho software.

 

Kamery G1 tiež obsahujú zabudovaný teplotný senzor, ktorý meria teplotu CCD čipu. Táto vlastnosť dovoľuje monitorovanie teploty CCD a napr. umožňuje zaistiť, aby použitý snímok bol urobený za podobnej teploty, ako je teplota čipu pri robeniu ostrých snímkoch apod.

 

 
Zadná strana hlavy kamery zo vstupom vzduchu pre ventilátor

 

Napájanie kamery

Kamery G1 sú napájané prostredníctvom USB káblu z riadiaceho počítača. Žiadny ďalší napájací zdroj nieje potrebný.

Prúdový limit pre USB zariadenie je 500 mA z 5V zdroja. Spotreba kamier G1 sa líši podla pracovného režimu a ukazuje ju nasledujúca tabulka. V každom prípade ale kamery G1 nedosahujú limitu 500 mA definovaného normou USB.

 

Pracovný režim kamery	Požadovaný prúd
Nečinný, ventilátor vypnutý	185 mA
Nečinný, ventilátor zapnutý	260 mA
Digitalizácia snímkov, ventilátor vypnutý	285 mA
Digitalizácia snímkov, ventilátor zapnutý	360 mA

Spotreba kamier G1CCD

 

Poznámky:

1. Pokiaľ je kamera pripojená cez USB rozbočovač (USB hub), prúd, ktorý je k dispozícii pre jednotlivý USB zariadenia, môže byť iba100 mA. V takomto prípade je preto nutné vždy používať USB rozbočovače s vlastným napájaním.

2. Poznamenajme, že tzv. „ aktívne predlžovacie USB kábly“ sú v skutočnosti štandardné USB rozbočovače s jedným USB konektorom na vzdialenej strane káblu. Taký hub spotrebováva časť energie a musí preto s kamerou G1 pracovať.

3. Niektoré USB káble majú veľmi tenké napájacie žily z relatívne vysokým odporom. Pokiaľ USB zariadenie spotrebováva niekoľko stoviek miliampérov, úbytok napätia na takom kábli môže byť aj okolo jedného voltu. Hoci kamera G1 by mala i s takým napätím pracovať, niektoré funkcie môžu byť nepriaznivo ovplyvnené. Vždy je potrebné použiť čo možno najkratší USB kábel s napájacím žilami s nízkym odporom.

 

Mechanické špecifikácie:

 

Kompaktná a robustná hlava kamery meria iba 83 × 76 × 26 mm. Hlava CNC obrábaná z kvalitného duralu a eloxovaná na čierno-striebornú farbu.

 

Hlava obsahuje závit štandardu CS alebo C dovoľujúcich prišrobovať rôzne CS alebo C objektívy.

Do C závitu môže byť rovnako zašrobovaný 1,25" nos dovoľujúci pripojenie kamery k okulárovému výťahu pre štandardné 1,25" okuláry.

 

Kamery G1 používajú tzv. „Interline Transfer“ CCD čipy, takže nie sú vybavené mechanickou uzávierkou. Pred robením temného snímku je teda nutné mechanicky zakryť použitý ďalekohľad.

Interná mechanická uzávierka	Nie
Najkratšia expozícia	0,000 125 s
Najdlhšia expozícia	Neomezená, limitováná saturáciou čipu
Rozmery hlavy	83 mm × 76 mm × 26 mm
Vzdialenosť senzoru od hlavy kamery	12,5 mm (CS-thread standard)
	17,5 mm (C-thread standard)
Hmotnosť hlavy	0,2 kg

Mechanická špecifikácia

 
 
Kamera G1 s adaptérom pre CS-závit

 

Poznámky:

1. Rozmery hlavy nezahŕňajú adaptér pre CS závit. Tento adaptér je 6,4 mm vysoký, takže hĺbka kamery vrátane adaptéru je 32,4 mm.

 

 

 

Automatická pointácia

 

Kamery G1 samozrejme môžu robiť snímky objektov v astronómii, mikroskopii alebo v ďalších aplikáciách snímania za nízkych úrovní osvetlenia, ich primárne zameranie je ale zaistenie automatickej pointácie (guiding) montáži astronomických ďalekohľadov pre vedecké CCD kamery rady G2 CCD s Full Frame CCD čipmi Kodak, prípadne pre iné kamery.

 

Kamera G1 pracuje ako „vzdialená pointačná hlava “ pre akúkoľvek CCD kameru, vrátane kamier série G2. Skutočnosť že G2 nieje pripojená k hlave kamier G2 nejakým špeciálnym káblom, ale priamo k USB portu prináša radu výhod:

• Pointačná kamera G1 môže pracovať s akoukoľvek kamerou alebo DSLR, nielen s jedným typom kamery, pre ňu by bola určená, ako je tomu u iných typov kamier.

• Nepoužívajú sa žiadne špeciálne a neštandardné konektory a kábli spájajúce hlavnú kameru so vzdialenou pointačnou hlavou.

  Štandardný USB kábel túto funkciu úplne zastúpi.

• Prakticky neexistuje limit vzdialenosti medzi kamerami G2 s G1. Hlava G1 môže byť umiestnená na akýkoľvek ďalekohľad alebo mimoosé zrkadlo.

• Aj pokiaľ pointačná kamera G1 zdieľa s hlavnou kamerou jeden ďalekohľad prostredníctvom mimoosého zrkadla, svetlo napájajúce kameru G1 je odklonené ešte skôr ako prejde filtrami. To zaisťuje dostatok svetla pre pointovanie dokonca aj keď hlavná kamera exponuje cez niektorý veľmi „tmavý“ filter, ako napr. modrý, UV nebo H?.

 

Na druhej strane prostý USB rozbočovač (USB hub) vytvori z páru samostatných kamier G1 s G2 jedno integrované riešenie.

Vedecká kamera s chladeným CCD čipom a výkonná pointačná kamera G1

 

Pointačné kamery G1 sú napojené priamo do USB portu riadiaceho počítača alebo do USB rozbočovača (USB hub), nieje potrebný žiadny „CPU box“, alebo podobné zariadenie. Pointačné algoritmy sú prevádzané riadiacim PC. Pretože procesor typického PC je o veľa výkonnejší než akýkoľvek procesor zabudovaný priamo v CCD kamere, algoritmy vyhodnocujúce odchýlky môžu byť veľmi prepracované. Takéto algoritmy implementuje aj riadiaci software SIMS.

SIMS používa pre pointáciu dvoch algoritmov:

• Pointovanie na jedinú hviezdu. PC počíta centroid najjasnejšej hviezdy na obrázku urobenom pointačnou kamerou. Pozícia hviezdy je určená s presnosťou zlomku pixlov, takže pointácia je veľmi presná aj pokiaľ je použitý ďalekohľad s relatívne krátkou ohniskovou vzdialenosťou.

• Pointovanie porovnávaním trojuholníkov. PC prevádza v zásade také isté výpočty ako pri skladaní rady expozícii so sub-pixelovou presnosťou alebo pri astronomickej redukcii snímkov. Rada trojuholníkov je vytvorená z najjasnejších hviezd a ty sú zoradené s trojuholníkmi na referenčnom snímku.

   

  Hoci porovnávanie trojuholníkov vyžaduje minimálne tri hviezdy detekované na pointačnom snímku a je teda vhodné skôr pre ďalekohľady s krátkym ohniskom alebo pre na hviezdy bohaté zorné polia, posun obrazu je vyhodnocovaný z viacerých hviezd a je teda menej citlivý na náhodné odchýlky ako je napr. seeing a pod.

 
Záložka Guider nástroja CCD Camera programu SIMS

 

Podpora automatickej pointácie v programe SIMS dovoľuje ovládanie montáže ďalekohľadu cez Autoguider konektor kamery G1. Zapojenie tohto konektoru je de-facto štandard a je kompatibilný z celou radou montáži. SIMS ale dovoľuje ovládať montáž prostredníctvom ovládača ďalekohľadu (napr. cez protokol Meade LX-200 nebo Celestron Nexstar) a žiadny kábel spájajúci montáž z kamerou nieje potrebný. Ale špecializované zariadenie, ako je pointačná kamera G1, je obvykle schopné ovládať montáž s lepšou presnosťou v porovnaniu s aplikáciou pracujúcou na PC. Jej možnosti časového rozlíšenia udalostí sú obvykle podstatne horšie. 

Ďalší článok