Jste zde

Zajímavost - Špičkové astronomické kamery z ČR!

Antonín Vojáček, 11. Duben 2006 - 21:37
Pro extrémní oblasti lidského poznání se musí použít extrémní zařízení, tak jako pro výzkum vesmíru speciální kamery s super citlivými CCD snímači. Ty se v současnosti vyrábějí také v České republice, českou firmou. Pokud Vás to zaujalo, nahlédněte do následujícího článku....

Na světe existuje je několik výrobců vyrábějící speciální astronomické kamery se super citlivými CCD snímači. K pouze několika výrobcům se připojil i výrobce ČESKÝ, konkrétně firma Moravské přístroje, která jako jediný výrobce v EU produkuje elektronické astronomické kamery. Tyto zařízení malé velikosti, ale velké výkonem, s přímým připojením k PC prostřednictvím USB, dokáží pořizovat velmi kvalitní záběry hvězdné oblohy, včetně detailů vzdálených hvězd. S dodávaným PC softwarem a kompletním upevňovacím zařízením pro teleskop ji může prakticky okamžitě použít každý astronom, včetně těch poloprofesionálních. Důkazem kvality je jejich nasazení v takových institutech jako je Ústav fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského ČSAV (J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry). V kameře označené jako "Vědecká CCD kamera řady G2" se využívá super citlivého CCD snímače Kodak termoelektricky chlazeného pro maximální snížení jeho šumu. Tento článek volně navazuje na před několika dny zveřejněný článek na serveru automatizace.HW.cz o vlastnostech a principech CCD snímačů: "Principy a málo známé vlastnosti CCD snímačů obrazu"

Obr. 1. Snímek mlhoviny M57 pořízený kamerou G2 s CCD snímačem KAF401ME

Astronomické CCD kamery řady G2

Extrémní podmínky vyžadují extrémní techniku. A právě fotografování objektů, od nichž přichází pouhé tisíce či jen stovky fotonů za sekundu je jedním z takových extrémů. V běžném životě nikoho nenapadne fotografovat v téměř úplné tmě a pokud ano, vezme si na pomoc osvětlení nebo blesk. Jsou ale oblasti, kde jich použít nelze a přitom z pohledu běžné lidské zkušenosti se jedná prakticky o tmu. Příkladem je mikroskopie, kde jsou vzorky díky extrémnímu zvětšení jen slabě osvětleny, a především astronomie, kde je jas fotografovaného objektu dán jeho svítivostí a vzdáleností a není zde možnost jakkoliv si v tomto směru pomoct. Zachytit tak slabý objekt, jako je osamocená planetka nebo celá galaxie vzdálená miliardy světelných let, skutečně vyžaduje velkou přesnost a citlivost snímacího zařízení.

Obr. 2. Vědecká CCD kamera řady G2 firmy Moravské přístroje


 

Jak již bylo napsáno v článku "Principy a málo známé vlastnosti CCD snímačů obrazu", pro elektronickou kameru vhodnou pro získávání fotografií podobné těm na obrázkách 1., je možné použít jediný typ senzoru, a to velmi citlivý CCD snímač s minimálním šumem a co největší kvantovou účinností EQ blížící se 100 %. Pouze takové senzory mohou detekovat velmi slabé světelné záblesky a záření po dobou expozice až několik desítek minut. Všechny náročné požadavky na vysokou rychlost digitalizace, velmi nízký čtecí šum a kvalitní regulované chlazení čipu splňuje nová řada vědeckých CCD kamer řady G2 firmy Moravské přístroje. Ty jsou vybaveny vysoce citlivými CCD čipy firmy Kodak řady KAF s mikročočkami na povrchu čipu umožňující dosahovat kvantové účinnosti až 85%. Digitalizace analogového náboje je prováděna velmi přesným 16bitovým A/D převodníkem produkující velké množství dat, která musí být zpracovány velmi rychle pracujícím procesorem a periferiemi. Pro požadavky dlouhých expozičních časů je nutné zajistit velmi nízkou hodnotou temného proudu, čehož se dosahuje velmi přesným dvojnásobným termoelektrickým chlazením. Pro připojení k PC slouží USB rozhraní, které okamžitě přenáší pořízené záběry do PC a v něm nahraného softwaru.

Obr. 3. Vnitřní provedení kamery řady G2 s mechanickým karuselem s barevnými filtry

Hlavní vlastnosti kamer řady G2 (popis parametrů - "Principy a málo známé vlastnosti CCD snímačů obrazu"):

  • Použité snímače: CCD čipy firmy Kodak řady KAF
  • Rozlišení: 400 tisíc až 3 milióny pixelů (běžné fotoaparáty až 10 miliónů)
  • Kvantová účinnost EQ: až 85 % (běžné fotoaparáty jen max. 20 %)
  • Digitalizace: 16bitový A/D převodník s úrovní šumu kolem 16 elektronů (běžné fotoaparáty obvykle 10bitový)
  • Chlazení: dvojnásobné termoelektrické chlazení o 30 °C, tzn. při teplotě okolí 25°C schlazení pod 0°C, teplota čipu regulována s přesností 0.1 °C
  • Napájení: DC 12 V
  • Spotřeba: cca 3 A
  • Komunikační rozhraní: USB-B konektor
  • Rozměry: 114x114x74 mm

Obr. 4. Parametry kamery v nastavení na PC

 

Obr. 5. Závislost kvantové účinnosti EQ na vlnové délce světla pro CCD snímač s a bez mikročoček

Obslužný software

Pro tak speciální aplikaci, jako je snímání vesmíru, je potřeba i speciální software. Ke kameře dodávaný software program SIMS (Simple Image Manipulation Program) v zásadě provádí 2 funkce:

  • řízení samotné kamery - zajišťuje např. expozice snímků, nastavení filtru, regulace teploty čipu, apod.
  • zpracování záběru a fotografií, které se ukládají v tomto odvětví standardním formátu FITS

Formát FITS obrázky nijak nekomprimuje a dovoluje plné 16 nebo 32bitové zpracování na PC v operačním systému Windows.

Obr. 6. Program SIMS pro řízení kamery z PC a profesionální zpracování snímků

Závěr

V tomto článku jsem chtěl poukázat na fakt, že i v české firmy mohou vyrábět jedinečné výrobky, které najdeme u žádné jiné evropské firmy a navíc jsou plně srovnatelné s podobnými americkými produkty. Zároveň jsou astronomické kamery vybavené těmi nejlepšími snímači, které se momentálně produkují, což platí i o CCD snímačích, i když na první pohled (v kritériu počtu pixelů) to tak nevypadá. Nepředpokládám, že mnoho čtenářů HW serveru pracuje nebo se zabývá astronomií, ale pokud přece, tak pro bližší informace odkazuji na stránky firmy Moravské přístroje a.s.,, jejíž sídlo můžete najít na GPS souřadnicích N49°12'26.3" E17°35'41.2".

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: