Для того, чтобы приступить к фотографированию планет Web камерой, необходимо установить с диска, прилагаемого к камере, драйвера для работы с ней, направить телескоп с присоединенной камерой на интересующий объект, навести на резкость и подобрать параметры экспонирования. Для съемки годится программное обеспечение, идущее в комплекте с камерой, но гораздо удобнее использовать специализированные астрономические программы, например, K3CCDTools, бесплатную для некоммерческого применения программу, которую можно скачать с сайта 
http://www.pk3.org K3CCDTools. С помощью этой программы можно снимать как отдельные кадры, так и целые последовательности — видеосюжеты. В планетной съемке обычно получают видеофильм, который записывают на компьютер в видеофайл формата AVI. Программы, предназначенные для последующей обработки изображения, как правило, умеют работать с такими файлами, рассматривая их как последовательность отдельных кадров. Программа K3CCDTools позволяет задать расположение этих файлов на диске и шаблон для их наименования.
Перед началом съемки необходимо установить параметры видеозахвата. Для этого выбираем пункт меню Options/Settings и работаем с диалоговым окном:
Необходимо обратить особое внимание на два обстоятельства — в выборе Video необходимо установить «Разрешение» — 640*480, чтобы изображение, получаемое камерой, не перемасштабировалось, а в выборе Compress запретить использование программы сжатия изображения (выбрать пункт «Без повторного сжатия»), для предотвращения потери информации при сжатии по алгоритмам MPEG. Конечно, стоит отключить запись аудиосигнала, а число кадров Frame rate установит равным 15 кадров в секунду, чтобы за короткое время съемки набрать как можно большее количество кадров. Уменьшать частоту кадров стоит только в том случае, если компьютер, принимающий изображение, не в состоянии справиться с потоком и пропускает большое количество кадров. В этом же диалоговом окне проверьте значение времени обновления предварительного изображения Preview rate, слишком большое значение приведет к тому, что предварительное изображение будет изменяться слишком редко, что осложнит фокусирование и выбор подходящих для съемки моментов.
Параметры экспонирования следует работать с реальным изображением фотографируемого объекта. Поймав планету в кадр и предварительно наведясь на фокус, выбираем пункт меню Video Capture/Video Source и работаем с диалоговым окном «Источник Видео», где все важное для нас расположено на двух первых вкладках:
Следует отменить полную автоматизацию установок камеры (Full auto), выбрать, в зависимости от сюжета и задачи, цветной или черно-белый режим работы. В случае цветного режима, можно использовать автоматическую установку баланса белого цвета или подобрать коэффициенты для цветового баланса вручную. Время экспозиции следует взять от 1/25 до 1/50, а совокупность параметров Gain (коэффициент усиления) Brightness (яркость) и Gamma (контраст) следует подбирать из следующих соображений: для того, чтобы в кадре было наилучшее соотношение сигнал/шум, желательно, чтобы максимальный отсчет в кадре (от самой яркой детали сюжета) был порядка 2/3 максимального значения, в нашем случае (для данного динамического диапазона максимальное значение 255) около 150–170. Отсчет от фона не должен быть большим, лучше, если он в 8 — 10 раз меньше максимального отсчета. Увеличивать Gain не очень желательно, так как при усилении возрастают шумы матрицы, поэтому если света в кадре недостаточно, можно остановиться на меньших значениях (около 100) максимального отсчета, то есть, смириться с некоторой недодержкой, но увеличение этого параметра за пределы 255 приводит к безусловной потере информации при выходе за границы динамического диапазона, что совершенно недопустимо. В этом случае необходимо уменьшать время экспозиции. Следить за диапазоном отсчетов в кадре позволяет инструмент Level meter, показывающий эти отсчеты в маленьком перемещаемом окошке. Общий вид экрана программы в режиме предварительного просмотра показан ниже (ведется съемка в черно-белом режиме):
Для получения высококачественных изображений очень важна точная фокусировка, ошибки в фокусировке не могут быть исправлены при дальнейшей обработке изображения. При фотографировании Луны и Марса для фокусировки можно использовать резкие детали изображения или лимб планеты, при съемке Сатурна резкими деталями могут служить границы кольца планеты. Для наведения на резкость при фотографировании Юпитера можно использовать его спутники, если их расположение позволяет сделать это. Но лучше предварительно сфокусироваться по яркой звезде, после чего навестись на планету, что, впрочем, бывает непросто, так как размер поля камеры не очень велик и требуется очень точная соосность искателя и телескопа или наличие вспомогательной трубы большего, чем у искателя, увеличения — гида. Очень затрудняет фокусировку нестабильность установки телескопа, приводящая к медленно затухающим колебаниям от прикосновения руки к фокусеру. Лучшим вариантом является наличие у телескопа электрофокусера, исключающего прикосновение к телескопу при фокусировке.
Последующая обработка позволяет отобрать для результирующего изображения только лучшие кадры, но сколько будет лучших и насколько хороши они будут, зависит от оптимального выбора условий съемки. Качество атмосферы над нами не в нашей власти, но мы можем выбирать для съемки лучшие ночи (иногда качество ощутимо изменяется в течение нескольких минут!), снимать объекты вблизи меридиана, когда их высота над горизонтом максимальна, избегать факторов, локально портящих изображение — восходящих потоков теплого воздуха, выбирая место для работы. Наконец, в процессе работы, необходимо выбирать для экспозиций моменты улучшения качества изображения — уменьшения дрожания, искажений и наибольшей резкости. Несмотря на все математические ухищрения, из ряда плохих кадров не получить хорошего результирующего изображения.
Говоря о факторах, влияющих на качество получаемых кадров, необходимо упомянуть негативное влияние близкой инфракрасной части спектра, которая плохо фокусируется любой линзовой оптикой. Глаз и фотоматериалы нечувствительны к этой части спектра, поэтому при визуальных и классических фотографических наблюдениях ИК излучение не мешает, но ПЗС матрицы его воспринимают, и это ухудшает резкость изображений. Для борьбы с этим используются специальные фильтры, поглощающие ИК диапазон (IR_Bloking filters), например UV/IR-Cut_Filter производства Baader Planetarium (эти фильтры поглощают и ультрафиолетовое излучение). При фотографировании через рефракторы применение таких фильтров почти обязательно, но и при использовании зеркальных и зеркально-линзовых телескопов они ощутимо улучшают изображение.
При всей простоте фотографирования планет с использованием Web камер, только максимально возможное устранение всех негативных факторов позволит получить действительно хорошие результаты. Например, несоосность телескопа и искателя может привести к тому, что изображение планеты не удастся привести в поле зрения камеры долгое время, а неисправные механизмы движения телескопа по осям приведут к тому, что любая попытка поправить положение планеты в кадре будет вызывать ее уход из поля или сильные колебания инструмента. В таких условиях о кропотливом выборе моментов наилучшего изображения и говорить не приходится… Даже такая мелочь, как недостаток места на жестком диске компьютера (15 секундный AVI файл с разрешением 640*480 занимает на диске около 100 мегабайт!) может сорвать наблюдения в самую идеальную ночь. Важно также иметь в виду, что некоторые матрицы имеют дефектные участки и необходимо избегать попадания планеты на них.
Но допустим, все факторы учтены, резкость наведена, качество атмосферы позволяет начать съемку. Как показывает опыт, для получения хороших изображений необходимо получить 500 — 1500 первичных кадров (если съемка ведется в черно-белом режиме через светофильтры для последующего получения цветного изображения, 500–1500 кадров в каждом канале). При частоте 15 кадров в секунду, мы должны получить видеофильм длительностью 33–100 секунд. Если по каким-то причинам получение длинного видеофрагмента неудобно или невозможно (при съемке неподвижной камерой за тридцать секунд планета может уйти из поля зрения), можно поступить по другому — снять, например, 10 десятисекундных фрагментов. Очень желательно перед съемкой полного ряда изображений получить небольшой по длительности видеофрагмент и сразу посмотреть и оценить его. Это позволяет избежать досадных ошибок и потери времени, если что-то не так. Если все получилось, можно снимать основную серию кадров.
Наряду с прямым получением цветных изображений используется и метод получения изображений через светофильтры в красном, зеленом и синем каналах с последующим сведением их в один RGB снимок. Этот метод более трудоемок и требует больших затрат дефицитного при съемках планет времени, так как приходится получать не одну, а три (в крайнем случае две) серии изображений. В профессиональной астрономии именно такой метод почти всегда и применяется, а любителями он используется тогда, когда приемник изображения «черно-белый». Однако, в процессе фотографирования Марса летом-осенью 2003 мы, после серии экспериментов, остановились именно на нем. Причина заключается в том, что из-за низкого положения планеты над горизонтом (не более 20 градусов), ее изображение сильно страдало от атмосферной рефракции. Изображения, получаемые через светофильтры, в меньшей степени подвержены искажениям из-за рефракции и RGB изображение получается более высокого качества, чем прямое цветное.
Теоретически получение серий изображений через светофильтры почти ничем не отличается от вышеописанной процедуры, только нужно выбрать показанный на рисунке 5 пункт Black and white. На практике же, если нет специального устройства для быстрой смены фильтров, все оказывается гораздо сложнее. Для замены фильтра приходится снять камеру с окулярного конца телескопа, менять фильтр и возвращать камеру на место. При этом уходит время, телескоп может сместиться от случайного толчка и планета уйдет из поля зрения. Кроме того, при этих манипуляциях камеру необходимо вернуть ровно в то же положение, чтобы избежать расфокусирования или поворота изображения. Если обеспечить неизменность взаимного расположения матрицы и фокальной плоскости телескопа относительно несложно, например, установкой ограничителя продольного перемещения камеры, то избежать поворота камеры вокруг оси телескопа при данной конструкции переходника очень сложно. Кроме того, очень желательно использовать светофильтры, после смены которых не требуется перефокусировка камеры. Дело в том, что при перефокусировке с использованием штатного фокусера телескопа мы изменяем положение линзы Барлоу относительно фокальной плоскости телескопа — а, следовательно, увеличение на линзе Барлоу и масштаб изображения на матрице. Конечно, на стадии обработки можно исправить поворот изображения и скомпенсировать разность масштабов, но качества это явно не улучшит. Тем не менее, как нам кажется, борьба с этими трудностями окупилась лучшими результатами. Мы использовали светофильтры фирмы Baader Planetarium — Red Green и Dark blue. Сигнал при использовании этого синего фильтра был слабым и очень зашумленным, возможно, следовало бы использовать другой синий фильтр.
Поскольку наиболее интересные подробности на планетах проявляют себя в красном (поверхность Марса, Большое Красное Пятно Юпитера, глубокие слои атмосферы Юпитера и Сатурна) либо в голубом (облака и иней Марсианской атмосферы, облачные структуры планет-гигантов) спектральных диапазонах, тогда как зеленая часть спектра сравнительно бедна на подробности. Поэтому иногда используют получение псевдо RGB изображений — получают снимки в красном и голубом каналах, а зеленый имитируют полусуммой красного и голубого8. Такие R(G)B изображения требуют меньше времени при съемке, по резкости, естественно, равноценны RGB, и лишь немного уступают им по визуальному впечатлению.
Продолжение: 5. Обработка изображений