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Effettuare riprese planetarie utilizzando una webcam

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Tra le recenti piccole "rivoluzioni" nel campo dell'astronomia amatoriale non si può non parlare delle tecniche di ripresa planetaria mediante webcam. Credo pochi non sappiano cosa sia una webcam, mentre forse un numero più nutrito di persone ignora che questi piccoli apparecchi si possano rivelare così versatili e potenti da potersi utilizzare in campo astronomico (amatoriale, si intende). Mediante queste piccole telecamere per computer è stato possibile portare sul banco di lavoro di ogni astrofilo un sensore CCD (o CMOS) a colori dalle buone prestazioni e, cosa più importante, a costi relativamente bassi.
Come già accennato in precedenza queste camere vengono utilizzate per effettuare riprese di corpi del sistema solare (luna, sole, pianeti..), l'incapacità di questi strumenti di eseguire delle lunghe pose le esclude dal campo della ripresa di soggetti del profondo cielo. Questo però è vero in parte visto che è possibile modificare la componente circuitale di una webcam in modo da poterla utilizzare anche nella cattura di immagini deep-sky, anche se non ci occuperemo di queste modifiche nel corso dell'articolo. Andiamo quindi a vedere di cosa necessitiamo per lavorare con questa tecnica e come operare.

 

Attrezzatura necessaria

WebcamScontato possedere un computer. Ovviamente per prima cosa dovremo dotarci di una webcam per computer, è bene scegliere un modello a colori, che possa acquisire filmati ad una risoluzione di 640X480, almeno a 30 frames al secondo. In commercio esistono webcam munite di sensori CCD e altre di sensori CMOS.
Ora non ci addentreremo in spiegazioni tecniche, sappiate solamente che i sensori CCD presentano un minore "rumore di fondo", e una maggiore sensibilità, rispetto ai sensori CMOS, anche se il prezzo di quest'ultimi risulta inferiore ai primi menzionati. Il rumore di fondo, nelle camere CCD professionali per uso astronomico, viene attenuato raffreddando opportunamente il sensore stesso, questo invece non avviene nel caso delle comuni webcam.

Nell'immagine a lato potete osservare una delle webcam più apprezzate per utilizzo astronomico, la Philips ToUcam Pro II.

La webcam appena acquistata non può però venire utilizzata immediatamente, è prima necessario rimuovere le ottiche che equipaggiono di serie il prodotto: normalmente l'operazione si rivela molto facile in quanto le ottiche sono rimuovibili semplicemente svitandole. Con questa operazione metteremo a "nudo" il sensore della webcam.

RaccordoOra come fare per collegare la webcam alla cella portaoculari del vostro telescopio? Non esiste un solo metodo: volendo potete utilizzare un portarullini in plastica nera ,tagliato e incollato al corpo della webcam. Inutile sottolineare come questo metodo appaia assai grezzo e le difficoltà nel centrare esattamente il cilindretto in plastica con il sensore stesso. Il consiglio che personalmente vi do è quello di utilizzare dei raccordi metallici studiati ad hoc: alcuni negozi che trattano materiale astronomico producono e vendono siffatti raccordi, oppure potete ottenere il pezzo semplicemente rivolgendovi ad un tornitore, che lo realizzerà secondo le vostre indicazioni. In quest'ultimo caso ricordatevi di annerire le pareti interne con della vernice nera opacizzante.

Nell'immagine a destra è visibile un esempio di raccordo per webcam (nel caso specifico per Philips ToUcam Pro).

Un altro vantaggio che risiede nell'utilizzare dei raccordi studiati specificatamente è quella di poter anteporre al sensore un qualsiasi filtro a nostra scelta, a seconda delle necessità, che andrà ad avvitarsi all'interno del corpo dello stesso raccordo (se siete intenzionati a farvi tornire un raccordo quindi non dimenticate di far effettuare anche una breve filettatura interna)). Ma di quali filtri necessitiamo per effettuare le nostre riprese? Sostanzialmente di uno in particolare, un filtro IR-Cut, ovvero un filtro in grado di bloccare la componente infrarossa della luce in entrata. Non dimentichiamoci difatti che gli obiettivi che equipaggiano di serie le webcam sono già dotati di un filtro taglia IR, proprio perchè i sensori che vengono utilizzati presentano una certa sensibilità anche verso lo spettro delle radiazioni infrarosse.
Sia ben inteso che tale filtro non è assolutamente essenziale per iniziare ad effettuare riprese, ma conviene munirsi di esso visto che aiuta ad ottenere immagini a colori di buona qualità. La presenza di un filtro inoltre rende "ermetico" il raccordo, evitando che col tempo si depositino sul sensore polvere e sporcizia.

Nell'immagine sottostante si può vedere un tipico spettro di assorbimento di un filtro ir-cut. Tutte le frequenze sopra i 700 nanometri (fino a 1200 nm circa) vengono assorbite dal filtro:

Spettro ir-cut

Voglio far notare che il filtro IR-CUT trova molta utilità quando andiamo ad utilizzare degli strumenti a lenti (rifrattori) per le nostre riprese. Questo perchè i rifrattori comuni soffrono di aberrazione cromatica più o meno accentuata, e questo comporterebbe l'ottenimento di una immagine nella quale siano praticamente a fuoco le frequenze del visibile ma non altrettanto quelle dell' IR, con l'ottenimento di un alone diffuso e sfuocato. Per gli strumenti a specchi, che non soffrono di aberrazione cromatica, il vantaggio dell'uso di un filtro taglia-infrarosso è molto meno evidente. (alcune fonti affermanoa che sia nullo).

Di seguito una foto che vi mostra come appare il sistema webcam + raccordo + filtro, completamente assemblato e pronto per l'utilizzo:

Webcam assemblata

 

Tecniche di ripresa

La webcam, così opportunamente modificata è pronta per effettuare riprese dei soggetti del sistema solare. In che modo possiamo operare? Ecco i metodi che possono essere utilizzati:

1 - Fuoco diretto: con questa tecnica la webcam viene utilizzata al posto dell'oculare, collegandola direttamente alla cella portaoculari dello strumento. Il problema principale in questo caso risiede nel fatto che la focale equivalente sarà quella del telescopio che andiamo ad utilizzare, ne conseguiranno ingrandimenti un po' troppo bassi per fornire immagini planetarie di un certo interesse. E' nostra necessità quindi ricorrere a dei metodi per aumentare la focale equivalente:

2 - Utilizzare un duplicatore di focale: ovvero una lente di barlow, che sarà in grado di duplicare, triplicare o moltiplicare a seconda del modello la focale dello strumento che stiamo utilizzando. Inutile dire che in questo modo stiamo introducendo sul cammino ottico delle lenti aggiuntive, indi per cui sarebbe opportuno utilizzare una lente di barlow di ottima qualità.

3 - Metodo in proiezione all'oculare: mediante l'utilizzo di un apposito raccordo chiamato "Tele-extender" è possibile anteporre alla webcam un oculare a nostra scelta. Questo è un metodo che ci permettere di raggiungere focali equivalenti davvero elevate, quindi ingrandimenti davvero interessanti. Anche in questo caso bisogna prestare attenzione alla qualità degli accessori ottici che andremo ad utilizzare.

Siamo arrivati dunque alla fase di cattura vera e propria del filmato astronomico. Saranno principalmente due i problemi che si presenteranno all'inizio. Il primo è il raggiungimento del fuoco esatto, in questo caso potete utilizzare un maschera di Hartmann (La procedura per realizzarne una è descritta nell'articolo relativo ai suggerimenti pratici per le osservazioni). Il secondo problema principale è riuscire ad inquadrare il soggetto: questa è una operazione resa difficoltosa dalle scarse dimensioni del sensore CCD della nostra webcam. Con un po' di pratica e di pazienza risolveremo anche questo problema.

Prima di catturare il filmato però dobbiamo lavorare sui parametri che regolano la ripresa: velocità dell'otturatore, guadagno, luminosità, contrasto, saturazione (parametro molto importante), etc etc.. tutti parametri che dovrete impostare a mano fino al raggiungimento della migliore configurazione. Inutile dire che questo corrisponde ad avere sul video una immagine il più possibile dettagliata del soggetto che intendiamo riprendere.
Prestate molta attenzione alla frequenza di ripresa, ovvero ai fotogrammi per secondo che la camera andrà a catturare: minore sarà il frame rate (esempio 5 frames per secondo) e maggiore sarà la qualità dei fotogrammi! Ovviamente bisogna trovare un giusto compromesso tra qualità e numero di fotogrammi totali, si consiglia sempre comunque di non superare i 15 fotogrammi al secondo. Un ottimo compromesso sono 10 fps.

Discorso a parte per quanto riguarda i tempi di ripresa. Se su luna e sole possiamo utilizzare tempi di ripresa relativamente molto lunghi (tranne che per riprese in h-alfa del sole), non si può dire lo stesso per quanto riguarda la cattura di filmati dei più vicini giganti gassosi del nostro sistema solare, ovvero Saturno e Giove.
Esistono dei tempi di ripresa massimi determinati dal fatto che tali pianeti ruotano lentamente anche su se stessi, ne consegue che la loro immagine cambia abbastanza nel corso di alcuni minuti. Tali tempi variano anche in funzione della focale equivalente della nostra strumentazione, quindi dagli ingrandimenti che stiamo utilizzando. Per uno strumento di 150 mm di diametro generalmente conviene non superare i tre minuti di ripresa su Giove, su Saturno possiamo spingerci anche a 7 minuti, per Marte anche 14 minuti, Venere 24 minuti. Non ci sono particolari limitazioni per Urano e Nettuno, visto che non presentano quasi alcun dettaglio apprezzabile.
Nota: esiste la possibilità di calcolare i tempi esatti massimi di ripresa su soggetti planetari, trovate la procedura in un articolo presente su questo sito. Prestate attenzione quindi ai tempi di ripresa ma anche al numero di fotogrammi catturati.
Consiglio di non scendere sotto i 100: maggiore è il numero di fotogrammi dei quali disponete e maggiore sarà il numero di buoni fotogrammi utilizzabili.

 

Programmi di acquisizione dei video

Per caturare il filmato astronomico è necessario utilizzare dei programmi specifici di acquisizione. Molto usati e apprezzati sono K3ccdTools e VirtualDub. Sono programmi gratuiti, che potrete trovare molto facilmente in rete mediante una semplice ricerca con un qualsiasi, appunto, motore di ricerca. Salvate il filmato catturato sul vostro hard disk in formato .avi non compresso, e sarete pronti per la successiva fase.

 

Elaborazione delle riprese ottenute

Questa è la parte probabilmente più divertente di tutta l'operazione. E' la fase nella quale fotogrammi dalla mediocre qualità si trasformano assieme per darci una nuova immagine dalla qualità sorprendente, se rapportata al metodo che abbiamo utilizzato.

FotogrammiCome potete vedere dall'esempio, da una ripresa video che mostra scarsi dettagli è possibile ottenere un risultato interessante, a volte davvero più che interessante. Tutto dipende dalle condizioni nelle quali viene effettuata la ripresa, condizioni che vanno inevitabilmente ad influire sulla qualità dei fotogrammi catturati. Il processo di "sommatoria" dei frames viene effettuato in automatico da alcuni programmi specifici, i più famosi sono Iris e Registax (potete trovarli nella sezione Software di questo stesso sito). Il secondo programma risulta molto più facile da utilizzare quando si è agli inizi, mentre Iris è più complesso, anche se fornisce risultati di poco superiori.
Questi programmi lavorano selezionando i fotogrammi che presentano la qualità migliore, e quindi mediando gli stessi assieme per ottenere l'immagine finale.

Il ultimo Per ottenere dei buoni risultati spesso bisogna anche ricorrere a dei ritocchi da applicare manualmente, con programmi specifici (ad esempio Astroart, Iris, Photoshop, The Gimp).

 

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