Marsin yksityiskohtien kuvaaminen

Ari Haavisto:

Marsia voi myös valokuvata piirtämisen lisäksi. Tässä artikkelissa kerrotaan planeettojen, erityisesti Marsin, yksityiskohtien tallentamisesta valokuvaan. Suositeltavin tapa on käyttää planeettakameraa, mutta tämän artikkelin ohjeilla kannattaa kokeilla myös muilla välineillä kuvaamista.

Marsin yksityiskohtien kuvaamisen voisi tiivistää seuraavaan: kokoa ja säädä tarkoituksenmukainen kuvauskokoonpano ja kuvaa sen kanssa aina kun mahdollista – silloin tällöin yllättäen esiintyvää hetkellistä hyvää kuvausikkunaa odottaen. Sen osuessa kohdalle kuvaa raakaruutuja mahdollisimman paljon, tuhansia ja taas tuhansia. Jälkiprosessoi kuviksi ja nauti tuloksista. Opi, säädä ja kokeile, tulokset paranevat kerta kerralta. Älä lannistu huonosta seeingistä.

Kuvauskalusto

Kaukoputkiksi kelpaavat kaikenlaiset mallit. Mitä isompi putki, sen parempi. Mahdollisuus saada pienempiä detaljeja näkyviin paranee koon kasvaessa, mutta samalla lisääntyy myös haastavuus saada koon tuoma potentiaali hyödynnettyä. Kaukoputken kollimointi on opeteltava, ainakin jos kyseessä on peiliputki, muuten ei hyvää kuvaa ole odotettavissa.

Seuranta on tarpeellinen, jotta isoksi suurennettu Mars pysyy kennolla kuvauksen ajan. Täydellinen sen ei kuitenkaan tarvitse olla. Alt–Az-jalusta kelpaa mainiosti, jälkikäsittelyohjelmat hoitavat kuvakentän kiertymisen. Toinen tarpeellinen varuste on fokusointimoottori, vaikka sitten itsetehty kuminauhaveto pienellä sähkömoottorilla. Korkean resoluution planeettakuvauksessa tarkennusta haetaan koko ajan livenä kohdetta ruudulta katsoen, eikä käsintarkennus kerta kaikkiaan onnistu tärinän takia. Myös tarkennusmaskit kannattaa unohtaa.

Yksinkertainen kuminauhavetoinen fokusointimoottori.

Planeettakuvauksen periaate

Ihmissilmä ja -aivot ovat käytännössä signaalin keräys- ja käsittelylaitteisto. Ihminen ei näe still-kuvaa, vaan käytännössä kykenee yhdistämään liikkuvasta kuvasta itselleen tietoa, joka sisältää enemmän informaatiota kuin yhdellä hetkellä on näkyvissä. Samoin ihminen kykenee ”poistamaan” kuvasta kohinaa. Niinpä hyvälläkin kameralla planeetasta otettu still-kuva ei koskaan vastaa visuaalisesti okulaarissa nähtyä näkymää, vaan on huonompi ja kohinaisempi. Pinoamalla iso määrä yksittäiskuvia saadaan visuaalista näkymää vastaava tai usein paljon parempi loppukuva, ja ilmakehän vaikutusta saadaan kompensoitua.

Tästä esimerkkinä kolme videota Jupiterista, joissa ensin on kuvattu video eri värisuotimien läpi ja lopuksi pinottu ja terävöitetty loppukuva.

Kamera on melkein tärkeämpi kuin itse putki. Planeettakamerassa tulee olla hyvä herkkyys, korkean frameraten videomoodi, videon taltiointi aidossa raakaformaatissa sekä mielellään kyky taltioida myös infrapunakanavaa, jossa ilmakehän huonontava vaikutus on pienempi. Viimeinen mainittu onnistuu yleensä vain dedikoiduilta planeettakameroilta, mutta kaksi ensimmäistä saattavat onnistua myös ns. normaaleilta kuvauslaitteilta (digipokkarit, järjestelmäkamerat, puhelimet, padit yms.) ainakin jossain määrin.

Seuraavassa muutamia asioita eri laitteilla kuvaamisesta.

Kuvaaminen digijärkkärillä

Järjestelmäkameroihin saa kamerakohtaisia T2-sovitteita, joiden avulla kameran rungon saa kiinni kaukoputken tarkennuslaitteeseen. Syvän taivaan kuvauksesta poiketen pelkkä natiivilta polttotasolta kuvaaminen ei riitä, vaan kuvaskaalaa on jotenkin kasvatettava. Paras tapa on, jos T2-sovittimen saa ruuvattua kiinni sopivaan Barlow-linssiin, joka sitten laitetaan fokuseriin.

Monista Barloweista saa ruuvattua linssistöosion irti, jolloin sen saa kiinni adapteriin. Toisaalta kameran T2-sovitteeseen voi laittaa sopivan 1,25” tai 2” nokkapalan, joka sujahtaa suoraan Barlowiin. Tukevuuden vuoksi kannattaa suosia kierre- ja 2”-okulaariliitoksia. Jos Barlowia ei saa kameran ja fokuserin väliin, voi käyttää adapteria, johon saa okulaarin sisään ja kuvata okulaariprojektiolla. Laadullisesti Barlow-vaihtoehto on kuitenkin yleensä parempi.

Myöhemmin tulee juttua sopivan suurennuskertoimen valinnasta, mutta monesti etenkin okulaariprojektiossa kannattaa vain kokeilla erilaisia suurennuksia. Jos ottaa vain still-kuvia, suurennukseksi voi valita, mikä hyvältä näyttää. Pinoamismenetelmää varten videota kuvattaessa suurennus kannattaa valita hieman “yli”, niin että yksittäinen ruutu näyttää kohinaiselta ja hiukan liian suurelta, mutta yksityiskohtia silti edelleen näkyy, eivätkä ne ole täysin pehmeitä.

Järjestelmäkameralla käytettävissä on vaihtoehto ottaa iso määrä raakakuvia, kääntää ne jälkikäsittelyssä esim. tiffeiksi ja sitten pinota esimerkiksi Autostakkert3-ohjelmalla. Hyvään planeettakuvaan tarvitaan kuitenkin mielellään jopa tuhansia yksittäisruutuja, jolloin yksittäiskuvien otto käy työlääksi ja video onkin parempi vaihtoehto.

Pinottaessa kuvien tulisi olla raakaformaatissa ja harvassa järjestelmäkamerassa on saatavilla vakiona raakaformaatin videota. Tällöin vaihtoehto on valita parhaan mahdollisen kuvanlaadun videokuva (crop-video) ja pinota siitä. Järjestelmäkameroihin on saatavilla firmware-hackeja, kuten Canoniin Magic Lantern, jotka mahdollistavat raakavideon taltioinnin, mutta tällaisen ohjelmiston asennuksessa on aina omat riskinsä. Lisäksi raakavideon taltiointi ja konvertointi pinoamisohjelman ymmärtämään muotoon on melko monimutkaista.

Tällöin onkin jo paljon helpompaa siirtyä suoraan dedikoituun planeettakameraan. Mutta jos tuota haluaa kokeilla, tai jos omasta järkkäristä löytyykin raakavideomahdollisuus, linkeistä löytyy tietoa kokeiluistani vanhalla EOS500D:llä ja Magic Lanternin raakavideolla kuukuvauksessa ja etenkin siitä, miten tuollainen video konvertoidaan pinoamisohjelman ymmärtämään formaattiin.

Joistain järjestelmäkameroista voi myös sopivalla softalla kaapata liveview-kuvaa tietokoneelle, joka on yksi tapa saada raakavideota ulos.

Digijärjestelmäkameran käyttäminen planeettakuvaukseen.

Jos järjestelmäkamera on käytettävissä, kannattaa siis kokeilla yksittäiskuvien ja saatavilla olevista videoformaateista pinotun kuvan eroa. Ja tähän siis pätee, että mitä raaempi, sen parempi!

Kuvaaminen digipokkarilla

Järjestelmäkameroista poiketen digipokkareista ei yleensä saa objektiivia irti, jolloin kuvaus on aina tehtävä okulaariprojektiolla ns. digiscopingia käyttäen. Eli käytännössä tarkennuslaitteeseen pitää saada kiinni sopiva teline, joka pitää kameran suunnattuna okulaariin. Toki kameraa voi pitää myös käsin, mutta oikean paikan etsiminen ja säilyttäminen on vähintäänkin tuskaista, ellei mahdotonta. Astrokaupoissa on tarjolla monenlaisia sopivia telineitä, joista osaan saa digipokkarin lisäksi kiinni myös puhelimen tai padin.

Digipokkari kiinnitettynä okulaariin Orionin digiscoping-adapterilla. Kuminauhan tehtävä on vetää mekanismin välykset toiseen laitaan.

Okulaariksi kannattaa valita mahdollisimman hyvä ja pitkän polttovälin okulaari, jolloin kameran objektiivin voi viedä hiukan kauemmas okulaarista. Etäisyyden lisäys kasvattaa suurennusta. Muuten pokkarikuvaamiseen pätevät samat säännöt kuin järkkärilläkin eli paljon raakaruutuja tai mahdollisimman hyvälaatuista videota.

Myös digipokkareihin on saatavilla firmware-hackeja, joilla raakakuvaus tai jopa raakavideo on mahdollista, kuten CHDK Canonille. Näidenkin asentamiseen sisältyy riskejä. Natiivi raakavideo pokkareissa on harvinaista herkkua.

Kuvaaminen mobiililaitteella

Mobiililaitteella kuvaaminen vastaa digipokkarikuvaamista. Sopiva digiscoping-adapteri pitää laitteen paikallaan, ja laitteesta riippuen tarjolla on raakaformaatin still-kuvaa tai jopa raakavideota. Yleensä tähän tarvitaan erillinen maksullinen sovellus ja tietoa joutuu googlettamaan laitekohtaisesti. Yhtään mobiililaitteen raakavideo-pinottua kuvaa ei ole tullut vastaan, joten tässä on haastetta.

Kuvausta kännykällä ja digiscoping-adapterilla.

Kuvaaminen dedikoidulla planeettakameralla

Parhaisiin tuloksiin päästään dedikoidulla astrokameralla tai vastaavalla webbikameratyyppisellä konenäkölaitteella. ASI-kamerat ovat tämän hetken parhaita planeettakameroita, yleisesti käytettyjä ja suhteellisen edullisiakin. Käyttö on myös huomattavasti helpompaa kuin mobiililaitteiden tai vastaavien kanssa. Tämän sanottuani heitän kyllä haasteen, että pokkareilla ja mobiililaiteilla olisi kyllä potentiaalia, ja liian vähän niillä otettua materiaalia näkee. Etenkin kun usein tällaista kalustoa kuitenkin on jo valmiiksi käytössä.

Planeettakameroita on kahta tyyppiä, mono- eli mustavalkokennoisia tai OSC- eli värikameroita. Mono-kameroilla on paras herkkyys, mutta värit pitää kuvata erillisten suodinten läpi ja yhdistää jälkikäteen. Värikamerassa värit saadaan kerralla, mutta tällöin pitää käyttää erillistä infrapunan (IR) poistosuodinta värejä kuvattaessa. Monesti IR-kaista kuvataan sitten erikseen ja sitä käytetään osaluminanssina terästämään detaljeja loppukuvassa. Etenkin Mars on hyvin kirkas infrapunassa ja infrapunakanavaa käyttäen saadaan monesti lisää detaljeja näkyviin.

Hyvissä olosuhteissa mono-kameralla saa hiukan enemmän yksityiskohtia esiin, mutta kuvaaminen on työläämpää ja monimutkaisempaa sekä oikean väritasapainon saaminen kuviin haastavaa.

OSC-kamerasetti yksinkertaisimmillaan.

Monokamera-setup.

Planeettakuvauksessa kennokoolla ei ole niin väliä. Isoimmillaankin Mars on vain muutaman sadan pikselin pallura keskellä kennoa. Kuvatessa kannattaakin käyttää ROI-toimintoa rajaamaan turhat pois ja keskittyä saamaan mahdollisimman paljon ruutuja. Oleellista on käyttää sopivaa kuvausskaalaa, eli putken polttoväli pitää saada kameran pikselikokoon nähden sopivaksi.

Nyqvistin teoreeman mukaan kaiken saatavilla olevan yksityiskohtatiedon taltioimiseksi kaukoputken pienin erotuskyky pitää venyttää kahden pikselin yli, mielellään kulmittain. Eli jos esimerkiksi 20 cm:n putken erotuskyky on Rayleighin rajan mukaan 0,69 kaarisekuntia, pitäisi tuo 0,69 kaarisekuntia projisoida kameran kennolle kahden pikselin yli kulmittain. Tämä kuitenkin vain silloin, kun seeing on hyvä. Muulloin kannattaa käyttää hiukan pienempää kerrointa. Jos ei halua näitä laskeskella, hyvä laskuri löytyy BBC Sky at Night Magazinen sivuilta. Huomaa, että tuo laskee pikseliskaalan kohtisuoraan pikselin yli, eli kulmittain pitää saatu skaala kertoa 1,4:lla. Huomaa myös käyttää luvuissa pistettä pilkun sijaan.

Kätevä keino on käyttää kaukoputken koosta riippumatonta nyrkkisääntöä: kameran pikselikoon ollessa y mikrometriä, tulee kaukoputken aukkosuhteeksi kuvaustilanteessa saada noin 4,5*y Suomen olosuhteissa. Eli esimerkkinä omasta 400 mm:n f/4,5 putkestani ja 2,4 μm pikselisestä ASI183MM-kamerasta;  4,5*2,4 = 10,8  => F tulisi olla 10,8. Minulta löytyy Televuen Powermate, joka toimii 2,3× moodissa, jolloin f/4,5 putkeni toimii f/4,5*2,3 => f/10,6 -tilassa, joka on juuri sopiva!

Kuvaskaalan tuottamiseen ei kannata planeettakameralla käyttää okulaaria, vaan hyvälaatuista Barlowia. Koska kameran etäisyys Barlowista muuttaa Barlowin ”suurennuskerrointa”, tulee Barlowin käyttäytyminen tuntea. Monesti myös Barlowin kuvanlaatu on optimaalinen vain tietyllä etäisyydellä. Kannattaa siis käyttää laadukasta Barlowia, jonka käyttäytyminen kuvatason etäisyyden funktiona on tiedossa. Objektiivin sisältämien mobiililaitteiden kanssa on sitten pikku pakko käyttää okulaaria ja edellä mainitut laskelmat menevät aika hankaliksi.

Parhaimman tuloksen saa monokameralla (mustavalkoinen) ja sen eteen laitettavilla erillisillä suodattimilla. Tällöin jokainen väri kuvataan erikseen oman suotimen läpi, mutta tällöin tarvitaan suotimille suodinpyörä, jolla filttereitä saa kuvauksen aikana vaihdettua. Värikuva muodostetaan sitten vasta jälkikäsittelyvaiheessa. Erikseen kannattaa kuvata infrapunakaista, koska infrapunakaistalla ilmakehä on rauhallisempi ja toisaalta Marsin yksityiskohdat ovat kontrastikkaampia infrapunassa.

Värikameralla saa useimmiten käytännössä yhtä hyvän tuloksen, etenkin jos raakaformaatin videot pinoaa Autostakkertilla, jossa on ns. bayer override -toiminto. Tällöin erillistä suodinpyörää ei tarvita. Värejä kuvattaessa kameran eteen ruuvata air/UV block – suodin ja infrapunaa kuvattaessa sitten erikseen IR-pass-suodin.

Kuvaustilanne

Kuvaukseen tarvitaan käytännössä läppäri, joka taltioi kameran syöttämää kuvavirtaa esim. Firecapture-ilmaisohjelman avulla. Kuvaformaatin tulee olla raw-muotoa, kuten RAW AVI tai SER. Raakaformaatiksi riittää 8-bittinen muoto, mutta kameran AD-muuntimen kannattaa antaa työskennellä isoimmassa natiivissa bittisyydessään (Suomeksi: Firecapturesta ”high speed” = OFF). Gain säädetään reippaasti ylös niin, että valotusaika saadaan hyvin lyhyeksi. Kannattaa pyrkiä 30 millisekunnin valotusaikoihin tai lyhyempiin, eikä raakavideon kohinaa pidä pelästyä. ROI säädetään mahdollisimman pieneksi niin, että saadaan mahdollisimman suuri FPS (kuvaruutua sekunnissa).

Marsin pyörähtäminen tekee sen, että yhden kuvan raakavideoita on aikaa kuvailla ehkä kymmenisen minuuttia ennen kuin planeetan pyöriminen alkaa haitata. Käytännössä fokusointi on tehtävä itse planeettaan ja toistettava jokaisen videon välissä ja jokaiselle suodattimelle erikseen. Jo pelkkä kaukoputken lämpölaajenemismuutos muuttaa fokuspistettä koko ajan, samoin ilmakehän tilan muuttuminen. Itse käytännössä sahaan fokusmoottorilla koko ajan edestakaisin parasta fokusta hakien, ja kun jonkinlainen kompromissi löytyy, taltioin tyypillisesti parin minuutin pätkän videota ja sitten fokusoin taas uudelleen.

Seeing vaihtelee koko ajan, eikä ennusteista juuri ole iloa. Käytännössä siis kannattaa olla kuvaamassa aina, kun mahdollista, ja jos keli näyttää hiukankin kelvolliselta, on olemassa mahdollisuus, että jossain välissä yötä on muutaman minuutin mittainen hyvä jakso, jonka aikana taltioidusta materiaalista syntyy sen yön paras kuva. Joskus menee useampikin yö putkeen ilman tuollaista hyvää hetkeä. Silloin pitää vain olla sitkeä ja jatkaa kuvaamista, kunnes hetki joskus tulee.

Jos hetkeä ei vain tule, mutta keskustelupalstoilla paljastuu, että muut ovat eri puolilla Suomea saaneet hyvää jälkeä, kannattaa alkaa epäillä mahdollista vikaa kuvaussysteemissä. Jokin säätö ei ole kohdallaan, jokin komponentti ei ole optimaalinen tai kenties putken optiikka on huono. Vika voi myös olla havaintopaikassa; naapurin katon yli ei kannata kuvailla, eikä putkea päin hengitellä.

Putken pitää myös antaa jäähtyä kunnolla ennen kuvauksia. Jos taas tuntuu, että kuvanlaatu on hyvä ja tasainen yöstä toiseen ja läpi yön, ei ole välttämättä syytä onnitella itseään, vaan kuvaskaala ja/tai putken koko saattaa olla turhan pieni saavutettavissa olevaan potentiaaliin nähden.

Jälkikäsittely

Raakavideot käsitellään Autostakkert!3-ohjelmalla pinotuiksi kuviksi. Myös Registaxia voi käyttää, mutta AS!3 on etenkin värikameralla parempi, sillä se osaa ”drizzlaamalla” yhdistellä kunkin osavärin kuvan vain kyseisen värisestä raakadatasta eikä laatua huonontavan bayer-muunnoksen kautta, kuten värikameradatan kanssa muuten tapahtuu.

Pinoamisohjelma pinoaa myös järjestelmäkameran, pokkarin tai mobiililaitteen videot, myös ei-raakamuotoiset, mutta ei-raakadatasta jälkikäsittely ei saa irti vastaavaa detaljiloikkaa kuin raakadatasta.

Jos värit oli kuvattu erikseen monokameralla, kukin väri pinotaan erikseen ja kuvat yhdistetään värikuvaksi esim. Photoshopissa tai Gimpissä. Samoin, jos värikameran kuvaa boostataan erillisellä infrapunasuotimen läpi kuvatulla datalla.

Erityistä huomiota on kiinnitettävä kuvaformaatteihin ja koodekkeihin! Käsittely- ja muunto-ohjelmat ja jopa itse kuvauslaitteet pyrkivät joka välissä pakkaamaan ja muuntamaan dataa huonompaan suuntaan. Pyri pitämään käsittelyketju yksinkertaisena. Esimerkiksi itselläni kamerasta Firecapturella RAW-AVI:na koneelle. RAW-AVI suoraan AS!3:een ja siitä terävöitetty 16bit TIFF ulos ja se suoraan Photoshopin loppupitelyillä ulos.

Kaikki ketjun vaiheet ovat tärkeitä ja jatkuva säätäminen, iterointi ja kelien kyttäys osa harrastusta. Ei ole kyse siitä, että kootaan unelmalaitteisto, mennään ulos ja ”näpätään” se kuva, vaan kuvataan/kerätään kuvadataa satoja ja satoja tunteja ja sieltä seasta sitten joskus löytyy ainekset siihen kuvaan. Ideologia on hiukan sama kuin kalastuksessa, ja Moby Dick lienee sopiva vertaus.

Kuvaus pähkinänkuoressa

• Kaukoputki
• Kamera
• Jotain, millä ne saa yhteen, ja väliin jotain millä suurennusta saadaan isommaksi (Barlow/okulaari)
• Tarkennetaan planeettaan, haetaan parasta fokusta koko ajan
• Taltioidaan niin raakaa formaattia kuin mahdollista, niin monta ruutua kuin mahdollista
• Pinotaan ja terävöitetään
• Kuvankäsittelyssä jälkisäädöt
• Iloitaan ja jaetaan kuvaa, opitaan seuraavaa sessiota varten
• Kuvataan aina kuin keli sallii

Linkit

Kuvaustekniikasta raakavideolla Avaruus.fi-foorumilla
Astronomy field of view calculator. BBC Sky at Night Magazine.