Astrofotografie met de Webcam

(Dick van Tatenhove)

In 1972 maakte ik mijn eerste maanfoto’s en opnamen van Saturnus met een vaste camera op statief op Kodak Recording 2475 achter de 115 mm newton. De film werd vervolgens in Diafine ontwikkeld naar 32 DIN om de lichtgevoeligheid op te schroeven, om zo een acceptabel beeld te verkrijgen. In die tijd vergaapte ik mij aan schitterende planeet- en maanfoto’s gemaakt met professionele apparatuur. Dankzij het digitale tijdperk zijn wij nu in staat om met relatief eenvoudige optische apparatuur de foto’s van de profs van 30 jaar geleden te evenaren. De laatste jaren is de ontwikkeling snel gegaan. Voor maan- en planetenfotografie evenaart de simpele webcam van enkele tientjes de peperdure CCD-camera’s van enkele duizenden euro’s. Voor het echte deepsky-werk is de gekoelde CCD-camera vooralsnog het enige alternatief, hoewel men al druk bezig is met het “opvoeren van de webcam” om langere belichtingstijden mogelijk te maken. In het onderstaande wordt het webcammen besproken en in hoofdlijnen wordt de benodigde software beschreven waarmee de video-opnamen worden bewerkt.

Wat is er nodig voor planeet- en maanfotografie ?

De telescoop dient voorzien te zijn van een montering met volgmotoren om het onderwerp gedurende de opname in beeld te houden.

De webcam wordt door middel van een adapter aan de telescoop gemonteerd. Vaak wordt ook een 2 of 3x barlowlens gebruikt om het brandpunt te verlengen en hiermee het beeld te vergroten. Om de adapter te plaatsen dien je het objectiefje van de webcam te verwijderen. De adapter past in de oculairhouder en op een barlow (zie foto voorblad). De webcam wordt via de USB-poort gekoppeld aan de laptop. Een geschikte webcam is bijvoorbeeld de Philips ToUcam PRO.

De webcamopname en de software

De foto’s die uiteindelijk worden gerealiseerd zijn opgebouwd uit losse frames (beelden) van AVI filmpjes. Deze filmpjes variëren van enkele tientallen seconden tot enkele minuten. Om een webcam-opname te maken, heb je een video-capture programma nodig. Hiervoor kun je het standaard programma gebruiken dat bij de webcam is geleverd of speciale programma’s downloaden, die specifiek zijn ontwikkeld voor astrofotografie.

K3CCD-tools is een bijna freeware programma ontwikkeld door Peter Katreniak waarmee je videobeelden kunt vastleggen. K3CCD-tools is de eerste 30 dagen gratis te gebruiken en daarna voor ca. €32,- aan te schaffen.

Tijdens het webcammen kan het onderwerp iets verschuiven op het scherm omdat de telescoop niet 100% is afgesteld. Dit effect wordt verholpen door de losse beeldjes uit te lijnen zodat ze op elkaar passen. Om de signaal/ruisverhouding te optimaliseren is het noodzakelijk om beelden te stapelen (stacken). Bij het optellen van de beelden wordt de ruis “uitgemiddeld”. De ruis neemt af met de wortel van het aantal gestapelde beeldjes, bijvoorbeeld, een foto van 16 gestapelde beeldjes heeft 4 x minder ruis dan de afzonderlijke beeldjes.

Registax is een freeware programma dat is ontwikkeld door de Nederlander Cor Berrevoets waarmee foto’s en losse avi beeldjes uitgelijnd en gestapeld kunnen worden. Het programma wordt voortdurend geoptimaliseerd dankzij contact tussen Cor Berrevoets en astrofotografen over de gehele wereld.

K3CCD heeft tevens een volgfunctie, om bij tijdopnamen met een CCD-camera automatisch een ster te kunnnen volgen en de telescoopaandrijving te corrigeren. Dit laatste is voor webcamopnamen van maan en planeten niet van belang.

K3CCD tools heeft evenals Registax de mogelijkheid om beelden te stapelen, echter Registax, dat geen videocapture-functie heeft, is hierin wat geavanceerder.

Focusseren

Het maken van webcamopnamen heeft alleen succes bij een goede seeing, ofwel bij een rustige atmosfeer met een goede transparantie. Als het beeld op en neer danst heeft het geen zin om de webcam en laptop te voorschijn te halen.

Nadat de webcam op de telescoop is gemonteerd en K3CCD is ingeschakeld, ga je naar DEVICE. Klik vervolgens WDM aan. De software herkent de webcam. Het type webcam staat 2 x vermeld, bij audio en video. De video dient te worden aangevinkt. Het video beeld verschijnt nu op de laptop.

Ga vervolgens naar SETTINGS (hamertje) en naar VIDEO-Format en kies uitvoergrootte, b.v 640x480. Het gekozen formaat blijft als default gehandhaafd als opnieuw wordt opgestart. Ga vervolgens naar VIDEO SOURCE (het cameraatje) en klik op BEELDINSTELLINGEN en CAMERA INSTELLINGEN om de helderheid en signaalversterking te regelen. Schakel bij belichtingsregeling AUTOMATISCH uit. De signaalversterking kies ik meestal laag om de ruis te verminderen. Het zwakkere beeld compenseer je door een hogere helderheid te kiezen. Neem de tijd om te focusseren.

Bij planeten kies ik voor een overbelichting om te focusseren op de rand van de planeet of op maantjes die in het beeldveld staan. Na het focusseren draai je de helderheid terug. Je zou voor het focusseren ook een masker kunnen gebruiken, zie b.v.(http://velatron.com/dca/articles/focus/). Kleinste details zijn alleen zichtbaar met een optimaal gefocusseerde telescoop.

De opnametijd

Bij K3CCD wordt de keuze van het aantal beeldjes aangegeven d.m.v. de grijze filmrol-icoontjes met 5,10 of 15 frames per seconde. Bij het aanklikken van de blauwe icoontjes wordt de video-opname gestart. Onder in het beeld wordt de opnametijd geregistreerd. Met de rechter muisknop wordt de opname gestopt en wordt de video automatisch als AVI opgeslagen.

Hoe lang zou je moeten opnemen? Hoe langer de opname hoe groter het aantal beeldjes. Bij stapeling wordt de signaal/ruisverhouding gunstiger. Je dient echter rekening te houden met de rotatiesnelheid van planeten waardoor er een maximum is aan opnametijd en het aantal “gestackte” beeldjes. De verplaatsingssnelheid van de details op het oppervlak van de planeten varieert in breedtegraad. De grootste verplaatsingssnelheid bevindt zich in het midden van de planeet, op de equator, met een afname naar de polen. Er is ook een afname van de verplaatsingssnelheid naar de rand van de planeet, t.g.v een lagere schijnbare hoeksnelheid.

Met de huidige positie van de planeten betekent dit in de praktijk voor Jupiter een maximale belichting van ruim 2 minuten, voor Saturnus en Mars met een kleinere diameter zijn langere belichtingstijden mogelijk tot ca. 4 minuten.

Bij de foto’s van Jupiter en Saturnus, afbeelding 3, die zijn gemaakt met de 102 mm Vixen ED refractor, gebruikte ik 15 beelden per seconde gedurende ruim 2 minuten zodat er uiteindelijk ca 2000 frames gemaakt worden. Om maantjes vast te leggen wordt de planeet wat overbelicht. Uiteindelijk combineer ik de maantjes en planeet in Photoshop.

Voor maanfoto’s worden kortere webcamopnamen gemaakt. Het probleem bij maanbeelden zijn de lensvormige vervormingen van het oppervlak bij een matige seeing. Het beeld vervormt dan terwijl toch scherpe details zichtbaar blijven. Wanneer dan de z.g. scherpe beelden gestackt worden, is het resultaat qua schepte vaak minder dan het individuele scherpste Avi-beeldje. Door stapeling is de signaal/ruisverhouding echter wel beter waardoor het resultaat toch minder ruis bevat en dan het enkele Avi-beeldje.

Bij een goede seeing met stacking van gelijkvormige kraters zijn zeer goede resultaten haalbaar. Amateuropnamen (met grotere telescopen dan mijn 10 cm kijker) laten zelfs details zien van 0,1 boogseconden, zoals de Encke-scheiding in de ringen van Saturnus.

Vaak wordt gemiddeld voor de maan een bruto opname gemaakt van ca. 300 beelden. Schroom niet om te experimenteren met opnametijd en beeldsnelheid. Onthoudt dat slechts één onderdeel van essentieel belang is voor het resultaat en dat is een goede seeing. Het blijft vanuit ons winderige, met licht en lucht vervuilde landje lastig concurreren met de astrofotografen uit de droge donkere gebieden op aarde….maar wellicht is dat juist de uitdaging. Ook bij ons zijn er, hoewel niet vaak, momenten dat de seeing heel goed is.

Filters

Tijdens het webcammen wordt soms gebruik gemaakt van filters om infrarood(IR) te blokkeren of juist door te laten, IR-blocking- en IR-pass filters.

De atmosferische seeing is bij lange golflengten vaak stabieler. Het IR-pass filter zorgt voor een contrastrijk en redelijk gedetailleerd beeld bij planeten, met name bij Mars en Jupiter, ook bij een matige seeing.

De detectiechip van de webcam is zeer roodgevoelig, ook voorbij het zichtbare licht. Pixels verliezen hierdoor lading en vertalen dit als een wazig randje rond heldere objecten. Dit is de reden dat aangepaste astrowebcams vaak standaard voorzien zijn van een IR-blocking filter. Dit filter blokkeert het onzichtbare infrarood licht en zorgt ervoor dat erscherpe “gestoken” sterrenpuntjes ontstaan. De ToUcam van Philips heeft overigens geen ingebouwd IR-blockfilter.

Er zijn inmiddels ook “Venus filters” om details te onderscheiden in de wolken van deze planeet. De firma Baader heeft diverse filters die als webcamfilter worden aanbevolen.

De afgebeelde opnamen zijn overigens zonder filter gemaakt.

Selecteren, uitlijnen en stapelen

De verdere verwerking van de AVI kan geschieden in K3CCD tools, echter REGISTAX heeft een aantal sterke functies die ontbreken in K3CCD dus stappen we over naar het freeware programma van Cor Berrevoets.

afbeelding 1

Hierboven staat het openingsscherm van Registax V3 afgebeeld. De interface is logisch in elkaar gezet. Je werkt van links naar rechts. Omdat het hier een globale beschrijving van de mogelijkheden betreft worden in dit stuk niet alle schermen getoond.

Bij SELECT wordt de AVI geopend die is opgenomen met K3CCD. Onder in het beeld staat het aantal beeldjes vermeld. Met de schuif(ruler) kun je het beste beeldje kiezen, hier frame nr. 144 van totaal 2016 beeldjes.

In geval van Saturnus vink ik links onder in beeld NEGATIVE IMAGE aan, omdat ik dan de ring beter kan zien. Vervolgens wordt het object met de muis aangeklikt waardoor er een ALIGMENT BOX ontstaat. Er zijn diverse afmetingen die voor de Aligmentbox kunnen worden gekozen. Kies in ieder geval een gedeelte op het object met voldoende contrast. Vervolgens kiest je boven in het scherm een methode om de kwaliteit te laten bepalen. Er zijn meerdere keuzen, persoonlijk gaven HUMAN en GRADIENT bij mij goede resultaten, maar schroom niet om te experimenteren.

Vervolgens selecteer je het percentage dat elk beeldje van het ideaalbeeldje (nr. 144 in ons geval) mag afwijken. Wanneer er een te hoog percentage wordt gekozen zullen er uiteindelijk te weinig beeldjes overblijven om te stapelen zodat de signaal/ruisverhouding onvoldoende is. Nu kun je stapsgewijs door het proces gaan of gedeeltelijk automatisch het programma afwerken.

Indien je stapsgewijs verder gaat kun je na een eerste ALIGN-opdracht nog handmatig de beelden nalopen en selecteren/verwijderen, zie framelist rechts op het openingsscherm. Het eenvoudigste en snelste werkt de automatische instelling.

Let er op dat COLOUR en AUTOMATIC is aangevinkt, selecteer het referentiebeeldje en klik op ALIGN. Het programma begint nu te lopen. De beeldjes worden d.m.v een grove selectie geselecteerd op kwaliteit, daarna vindt een optimalisatieslag plaats, waarbij uiteindelijk het programma stopt op het tabblad WAVELET (zie afbeelding 2)

afbeelding 2

De beelden zijn nu gestapeld. Nu komt eigenlijk het spannendste moment van de bewerking van de opname. Op dit scherm zie je links de 6 wavelet filters. Dit is een serie onscherpe maskers.XXXXXXX Het bovenste filter is hoogfrequent en geeft scherpte op pixelniveau, het volgende iets minder, waarbij de scherpte verspreid word over meerdere pixels, etc. De kunst is om weloverwogen met de verscherping om te gaan.

Verschuif de rulers en zie wat er gebeurt… details die visueel door een kijker amper te zien zijn, zullen opdoemen uit een mistige wereld.

Wanneer te heftig met de rulers wordt geschoven zullen er artefacten ontstaan die niets met het oppervlak te maken hebben, zoals ringvorming aan de rand van de planeet en korreligheid. De laatste filters hebben de neiging om korrelvorming te geven, ga hier dus bescheiden mee om.

Als het wavelet-tab aan de rechterzijde van het scherm word aangeklikt dan komt er een matrix in beeld en zie je hoe het filter is opgebouwd. De standaardwaarde voor de middelste pixel is 50. Dit getal heeft een relatie met de grootte van de stappen tijdens het verscherpen. Indien je een hogere waarde aangeeft, b.v. 300, ontstaan er fijnere stapjes zodat je meer gecontroleerd kunt corrigeren.

Corrigeer tijdens het afstellen met de Wavelets ook het contrast en de helderheid. Vaak dien je de helderheid iets terug te nemen, zie tab aan de rechterzijde van het scherm.

Onder op het scherm kan de verhouding R-G-B worden afgesteld om bij een bepaalde golflengte meer details te laten zien.

afbeelding 3

Het doel is om een mooi egaal fotografisch beeld te krijgen en niet een te contrastrijk korrelig beeldje. Wat de beste instelling is? E.e.a hangt af van het gestackte resultaat, het ene beeld kan wat meer verscherping aan dan het andere. Dit hangt mede af van het aantal beeldjes dat gestackt is. Bij een klein aantal gestapelde beeldjes onstaat al vrij snel korreligheid. Ik zou zeggen schuif, maar schuif met mate!

Een andere sterke functie op dit scherm is de RGB-SHIFT. Bij een relatief lage stand aan de hemel, zoals momenteel met Jupiter het geval is, zorgt onze dampkring ervoor dat het licht breekt (atmosferische dispersie). Dit uit zich d.m.v. een blauwe en rode rand langs onder en bovenzijde van de planeet. Wanneer je op het object klikt, ontstaat er een kader. Klik vervolgens op ESTIMATE en zie hoe deze kleurverschuiving voor een groot gedeelte wordt gecorrigeerd. E.e.a is ook handmatig te corrigeren door de waarden te wijzigen.

Om de atmosferische dispersie op te heffen kun je ook tijdens het webcammen een dispersiecorrector gebruiken. Deze bestaat uit 2 prisma’s die t.o.v. van elkaar kunnen worden verdraaid, waardoor het gebroken licht weer wordt gecorrigeerd. (Zie www.astrosystems.nl)

Met de knop REALIGN WITH PROCESSED kun je alle beelden opnieuw uitlijnen met het verscherpte eindresultaat als referentie. Het nieuwe eindresultaat kan dan iets beter zijn dan de huidige referentie.

Onder de Tab FINAL, kun je de kleuren en helderheid nog bijstellen, het beeld middels RESIZE vergroten/verkleinen en kiezen uit 4 filters. Je kunt hier het beeld in meerdere formaten opslaan.opslaan, ondermeer in FIT formaat, waarbij de gescheiden kleureninformatie behouden blijft, zodat hiermee in andere astrofoto-programma’s, zoals IRIS, bewerkingen mogelijk zijn.

SUCCES!