CCD kamery řady Gx. Instalace a použití ovladačů a aplikací

CCD kamery řady Gx Instalace a použití ovladačů a aplikací

Verze 3.2 Modifikováno 21. září 2017 Tato publikace byla vytvořena ve snaze poskytnout přesné a úplné informace. Společnost Moravské přístroje a.s. nepřejímá žádné záruky týkající se obsahu této publikace a vyhrazuje si právo měnit obsah dokumentace bez závazku tyto změny oznámit jakékoli osobě či organizaci. Kamery řady Gx CCD nejsou autorizovány a nemohou být používány v systémech podpory života bez písemného svolení firmy Moravské přístroje. Záruka na produkt zahrnuje opravy a případně náhradu vadných součástí, nikoliv však náhradu jakýchkoliv následných škod. Copyright 2000-2017, Moravské přístroje a.s. Moravské přístroje Masarykova 1148 763 02 Zlín tel./fax: +420 577 107 171 www: http://www.gxccd.com/ e-mail: info@gxccd.com

Obsah Začínáme...4 Instalace ovladače kamery...4 Instalace systémového ovladače v systémech Windows 7, Windows 8/8.1 a Windows 10...5 Instalace systémového ovladače v systémech Windows XP a Windows Vista...6 Scientific Image Processing System...8 Varianty SIPS...8 Instalace programu SIPS...9 Konfigurační soubory programu SIPS...10 Ovladače kamer Gx CCD pro SIPS...12 Definice typů filtrů ve filtrovém kole...12 Definice filtrů s použitím konfiguračního souboru...15 Použití více konfiguračních souborů pro různé kamery...16 Omezení výřezu CCD čipu...17 Připojení kamery...18 Indikace stavu kamery...19 Práce s více kamerami...19 Práce s kamerou...21 Kamera a dalekohled...22 Řízení teploty...23 První snímky...26 Jas a kontrast jasová škála snímků...27 Kalibrace...28 Barevné snímky s monochromní kamerou s filtry...31 Barevné snímky s barevnou kamerou...33 Vyvážení barev...36 Některá pravidla pro úspěšné fotografování...37

Začínáme Ačkoliv jsou kamery Gx CCD navrhovány pro práci v noci (nebo ve dne při extrémně malých úrovních osvětlení), je vždy lepší (a velmi doporučované) instalovat software a ubezpečit se o bezchybné funkci celého zařízení během dne, před první nocí pod hvězdami. Kamery Gx CCD mohou v principu pracovat s různými programy pro ovládání kamer (navštivte prosím firemní WWW server, kde je seznam podporovaných programů zveřejněn). Tento manuál ale ukazuje práci s kamerami v programu SIPS (Scientific Image Processing System) programu pro ovládání kamer dodávaném spolu s kamerami Gx CCD. Instalace ovladače kamery Každé USB zařízení vyžaduje tzv. systémový ovladač, který pracuje jako součást jádra operačního systému. Některá USB zařízení (například USB Flash Disk) odpovídají určitým předdefinovaným standardům (v tomto případě velkokapacitní USB zařízení ), takže mohou používat ovladač, který je již součástí operačního systému. To ale není případ kamer Gx ty vyžadují instalaci vlastního systémového ovladače. Ačkoliv 64 bitové operační systémy mohou bez problémů spouštět 32 bitové aplikace, tyto aplikace musí běžet jako samostatné procesy a v zásadě není možná kombinace např. 64 bitového procesu a 32 bitové dynamicky linkované knihovny. Stejně v jádru 64 bitového systému není možno provozovat 32 bitový ovladač. Proto jsou všechny ovladače kamer Gx dodávány ve verzích pro 32 bitové systémy (označené x86 podle procesorů 386, 486 apod.) a pro 64 bitové systémy, označené x64 (podle procesorů podporujících 64 bitové instrukce označovaných x86-64 nebo jen x64). Nejjednodušší způsob instalace systémového ovladače kamer Gx CCD je spuštění pre-instalace ovladačů (soubor GxCamDrivers.exe, dodávaný s kamerou nebo stažený z WWW serveru) na cílovém počítači. Tato instalace nahraje na počítač ovladače všech kamer Gx, pak stačí kameru jen připojit a operační systém již ví jaký ovladač použít. 4

Pre-instalace je doporučený způsob instalace systémových ovladačů. Není nutno zabývat se odlišnostmi jednotlivých systémů, popsanými v následujících podkapitolách. Pokud se uživatel rozhodne nevyužít pre-instalce, je nezbytné vzít do úvahy rozdíly v implementaci Plug-and-play instalace ovladačů v jednotlivých verzích systémů Windows. Vzhledem k odlišnému ovládání KAF a KAI CCD čipů existují pro tyto varianty kamer odlišné systémové ovladače, rozlišené posledním písmenem názvu 'F' a 'I'. Kamery využívající zezadu osvětlované CCD senzory značky E2V používají ovladače s příponou 'BI'. Rovněž jednotlivé revize kamer mohou vyžadovat různé ovladače v závislosti na použité verzi digitální elektroniky. Např. starší kamery využívají ovladače g3ccdf.sys a g3ccdi.sys, novější pak ovladačů gxccdf.sys, gxccdi.sys a gxccdbi. Instalace systémového ovladače v systémech Windows 7, Windows 8/8.1 a Windows 10 Windows 7 a novější nenabízí uživatelům možnost instalace ovladačů metodou Plug-and-play, jako tomu bylo v systémech Windows 2000, Windows XP a Windows Vista. Ovladače je nezbytné předinstalovat, v opačném případě operační systém pouze informuje uživatele, že nenalezl ovladač k připojenému zařízení. Důvody tohoto omezení funkčnosti oproti starším verzím systému Windows lze jen odhadovat, zřejmě se výrobce snaží omezit problémy s neschopností řady výrobců vytvořit ovladače plně vyhovující standardu Plug-and-play (na řadě produktů je výrazné upozornění vyzývající uživatele, aby nejprve nainstaloval software ovladačů a teprve poté fyzicky připojil zařízení). I když je Plug-and-play mechanismus instalace ovladačů ve Windows 7 a novějších skryt, přesto je možné jej využívat. Nově připojené zařízení bez ovladače bude zobrazeno ve Správci zařízení ( Device Manager ) jako neznámé zařízení (zpravidla je takové zařízení označeno ikonou otazníku ve žlutém poli). Stačí kliknout na toto zařízení pravým tlačítkem myši a z nabízeného menu zvolit položku Aktualizovat software ovladače... ( Update Driver... ). Operační systém následně otevře průvodce instalací ovladače, v zásadě stejného jako je tomu u systémů Windows XP a Windows Vista. 5

Poznamenejme, že 64 bitové verze operačních systémů Windows 8, Windows 7 a Windows Vista vyžadují ovladače opatřené tzv. digitálním podpisem. Ovladače bez podpisu nemohou být ovladače do systému instalovány. Všechny ovladače dodávané ke kamerám Gx jsou dodávány s digitálním podpisem. Ovladače pro systém Windows 10 vyžadují digitální podpis bez ohledu na variantu operačního systému. Navíc ovladače pro tento systém musí vydat přímo firma Microsoft, které současně testuje ovladač na kompatibilitu a především bezpečnost, protože komponenta zavedená přímo do jádra operačního systému pracuje s nejvyšší úrovní oprávnění a může provádět libovolné operace bez omezení přístupovými právy. Z tohoto důvodu je instalace ovladačů pro operační systémy verze 7 a 8 oddělena od instalace pro Windows 10 obsahuje sice stejné ovladače, ale s jiným digitálním podpisem. Instalace systémového ovladače v systémech Windows XP a Windows Vista I u těchto systémů je také vhodné spustit pre-instalaci ovladačů. Není to ale nutné, je možné pouze připojit kamery k PC a zapnout napájení a sledovat instrukce průvodce instalací ovladačů. Operační systém informuje uživatele, že bylo připojeno nové USB zařízení otevřením bubliny Nalezen nový hardware. Poté operační systém otevře Průvodce připojením nového hardware. 1. Průvodce nabídne vyhledání ovladače na webovém serveru Windows Update. Odmítněte tuto nabídku (zvolte Nyní ne ) a klikněte na tlačítko Další. 2. V dalším kroku vyberte Instalovat software automaticky. Vložte USB Flash Drive do mechaniky a průvodce bude automaticky pokračovat dalším krokem. Není nezbytné instalovat soubory z USB Flash Drive. Je možné instalační soubory nakopírovat např. na sdílený síťový disk apod. Poté je možné zvolit Instalovat ze zadaného místa a určit cestu k souborům ovladačů. 6

3. Průvodce začne kopírovat soubory. Systém Windows XP kontroluje, zda-li ovladače obsahují tzv. digitální podpis. Pokud podpis nenaleznou, upozorní na to uživatele dialogovým oknem. Klikněte na Pokračovat, digitální podpis ovladače je pouze administrativní opatření a neovlivňuje správnou funkci ovladače. 4. Průvodce poté ukončí instalaci a kamera Gx CCD je připravena k práci. Operační systém Windows XP udržuje informace o každém instalovaném USB zařízení zvlášť pro každý USB port. Pokud později zapojíte kameru do jiného USB portu (např. do jiného konektoru na zadním panelu PC nebo přes USB hub), operační systém opět oznámí, že nalezl nový hardware a požaduje instalaci ovladače. Opakování stejné instalace není problém, nejlepší je nechat nechat proběhnout celou instalaci automaticky. 7

Scientific Image Processing System SIPS je programový systém navržený k ovládání zařízení používaných při astronomickém pozorování (kamery, filtrová kola, montáže dalekohledů, ostření, kopule atd.), k pořizování snímků během pozorování a také k následnému zpracování obrazů včetně kalibrací, skládání jednotlivých snímků apod. SIPS také nabízí pokročilé funkce pro zpracování obrazů (transformace, soft-binning a škálování, filtrace, zpracování Bayerovy masky, ) a také pokročilou analýzu obrazu jako je astrometrická a fotometrická redukce. Poznamenejme, že tento manuál není uživatelská příručka programu SIPS taková příručka je instalována spolu se systémem SIPS v podobě CHM souboru (kliknete na Nápověda Obsah... z hlavního menu programu SIPS). Tento manuál pouze stručně popisuje základní funkce přímo spojené s pořizováním snímků CCD kamerou. Varianty SIPS SIPS je dodáván ve dvou variantách 32 bitové a 64 bitové. 32 bitová varianta může být spuštěna na 32 bitových i 64 bitových systémech Windows, protože plná zpětná kompatibilita s 32 bitovými aplikacemi byla klíčovým prvkem návrhu 64 bitových procesorů x64 a také 64 bitových verzí operačního systému Windows. Nicméně tato varianta je omezena na 3 GB dostupné paměti, pokud je spuštěna pod 32 bitovým systémem Windows nebo na 4 GB, pokud běží pod 64 bitovým systémem Windows. 64 bitová varianta vyžaduje 64 bitový systém Windows. Neexistuje u ní praktický limit dostupné paměti, kromě množství paměti instalované v počítači. Také poznamenejme, že 64 bitová varianta programu SIPS dokáže zpracovávat komplexní algoritmy rychleji než 32 bitová varianta pracující na stejném počítači. 8

Velmi důležitá ale je kompatibilita ovladačů, protože není možné kombinovat 32 bitový a 64 bitový kód v rámci jednoho procesu. Každý proces je buď celý 32 bitový nebo celý 64 bitový, včetně všech DLLs, ovladačů a dalších komponent. Pokud ovladač nějakého zařízení (např. ASCOM ovladač ostření nebo dalekohledu) je pouze 32 bitový, pak je nutné používat 32 bitovou variantu programu SIPS, neboť 64 bitový SIPS nemůže pracovat s 32 bitovými ovladači. Instalace programu SIPS Program SIPS (název je zkratkou z anglického Scientific Image Processing System ) je navržen takovým způsobem, aby mohl pracovat bez nutnosti jej nejdříve nainstalovat. Celý systém je spustitelný i z USB Flash disku. SIPS je tedy distribuován ve dvou podobách: 1. V podobě spustitelných instalovatelných balíčků 'SIPS_CZ_32-bit.exe' a 'SIPS_CZ_64-bit.exe' (případně anglické verze 'SIPS_EN_32bit.exe' a 'SIPS_EN_64-bit.exe'). Z tohoto balíčku se SIPS instaluje jako jakákoliv jiná aplikace a uživatel se nemusí starat o přítomnost dalších potřebných komponent. Takto nainstalovaný program SIPS pak lze jednoduše odinstalovat z prostředí správy aplikací ve Windows. 2. V podobě tzv. přenositelné verze na USB Flash disku, v adresářích nazvaných SIPS (Executable files) nebo SIPS CZ (Executable files) s podadresáři 32bit (x86) a 64bit (x64), obsahujícími spustitelné obrazy systému (řadu souborů DLL a EXE a dalších pomocných souborů, např. INI). Tento obraz může být pouze zkopírován na pevný disk do uživatelem zvoleného (případně nově vytvořeného) adresáře. Přenositelnou verzi lze v podobě ZIP archivu (soubory 'sips.cz.x86.zip', 'sips.cz.x64.zip', 'sips.en.x86.zip' a 'sips.en.x64.zip') také stáhnout z WWW serveru. Opět stačí archiv rozbalit do zvoleného adresáře. Odinstalace přenositelné verze programu SIPS je rovněž jednoduchá stačí smazat adresář, ve kterém je program umístěn. 9

Přenositelná verze programu SIPS potřebuje, aby na daném PC byly nainstalovány knihovny Microsoft Visual C++. Zdůrazněme, že 32 bitová varianta programu SIPS potřebuje 32 bitovou verzi těchto knihoven, 64 bitová varianta pak 64 bitovou verzi. Verze Visual C++ knihoven tedy nezávisí na verzi operačního systému, ale na verzi programu SIPS (samozřejmě používat 64 bitovou verzi programu SIPS je možné pouze na 64 bitové verzi systému Windows). Pokud používáme obě varianty programu SIPS (např. 32 bitovou verzi pro řízení pozorování a 64 bitovou pro následné zpracování dat), je nutné instalovat obě varianty knihoven. Knihovny Visual C++ se liší také verzí překladače tohoto jazyka. SIPS až do verze 3.5 (včetně) používal překladač Visual C++ verze 9 (Visual Studio 2008). Počínaje verzí 3.5.1 je program SIPS sestavován překladačem Visual C++ verze 14 (Visual Studio 2015). Pro práci přenositelných verzí programu SIPS je tedy nutné, aby byly instalovány odpovídající verze knihoven Visual C++. Tyto knihovny bývají v řadě případů už v daném operačním systému nainstalovány, protože jsou využívány celou řadou dalších aplikací. Pokud ne, je nutné je nejprve doinstalovat. Instalační balíčky je možné stáhnout z WWW stránek společnosti Microsoft a jsou také umístěny na USB Flash Drive, dodávaného spolu s kamerami Gx: Redist\VS2008\vcredist_x86.exe (pro 32 bit SIPS v3.5 a nižší) Redist\VS2008\vcredist_x64.exe (pro 64 bit SIPS v3.5 a nižší) Redist\VS2015\vc_redist.x86.exe (pro 32 bit SIPS v3.5.1 a vyšší) Redist\VS2015\vc_redist.x64.exe (pro 64 bit SIPS v3.5.1 a vyšší) Je-li SIPS instalován spuštěním instalovatelného balíčku, jsou uživatelé starostí s knihovnami Visual C++ zcela ušetřeni. Proces instalace zajistí, aby na počítači byly přítomny všechny potřebné komponenty. Bez ohledu na to, jak je systém SIPS distribuován, program se spouští zavedením spustitelného souboru 'sips.exe'. Konfigurační soubory programu SIPS Programový systém SIPS rozlišuje dva druhy konfigurace: 10 Globální konfigurace, společná pro všechny uživatele.

Konfigurace s individuálními nastaveními jednotlivých uživatelů. Globální konfigurace definuje, jaký hardware bude program SIPS používat a pomocí jakých ovladačů k němu bude přistupovat. Tyto informace jsou uloženy v textovém souboru sips.ini, který musí být umístěn na stejném místě, jako je hlavní spustitelný soubor sips.exe. Struktura souboru je velmi jednoduchá: [Camera] Gx Camera on USB = gxusb.dll Gx Camera on Ethernet = gxeth.dll Legacy G2 camera = g2ccd2.dll ASCOM Camera = ascom_camera.dll [GPS] GarminUSB = gps18.dll NMEA = nmea.dll [Telescope] NexStar = nexstar.dll Meade = meade.dll ASCOM = ascom_tele.dll [Focuser] ASCOM = ascom_focuser.dll [Dome] ASCOM = ascom_dome.dll Jednotlivé sekce definují, které ovladače budou zavedeny a požádány o enumeraci všech připojených zařízení daného typu (CCD kamery, GPS přijímače, montáže dalekohledů, ). SIPS již obsahuje tento soubor obsahující odkazy na všechny ovladače zahrnuté do instalace. Tento soubor není modifikován programově, pokud je zapotřebí připojit nové zařízení, je nutné mimo nakopírování DLL souboru ovladače ručně tento soubor editovat. Uživatelská konfigurace je také uložena v souboru s názvem sips.ini, ale každý uživatel má svůj soubor umístěný v adresáři \Documents and Settings\ %user_name%\application Data\SIPS\ (Windows 8 a 10 umisťují tento soubor do adresáře '\Users\%user_name%\AppData\Roaming\SIPS'). V tomto souboru je uložena řada nastavení, např. pozice jednotlivých oken nástrojů na 11

obrazovce a informace, jestli jsou otevřeny (zobrazeny), ale také preferovaný astrometrický katalog a parametry pro vyhledávání hvězd na snímcích a řada dalších. Soubor s uživatelskou konfigurací je vždy načten při spuštění programu SIPS a při jeho ukončení je přepsán aktuálním stavem. Uživatelé s tímto souborem nijak nemanipulují, je vždy čten a zapisován pouze programem. Ovladače kamer Gx CCD pro SIPS SIPS je navržen pro práci s libovolnou CCD kamerou, pokud je pro tuto kameru nainstalován patřičný ovladač. Ovladače pro kamery Gx jsou zahrnuty do instalace programu SIPS a není tedy nutné instalovat jej zvlášť. Všechny modely kamer Gx používají společný ovladač 'gxusb.dll', pokud jsou připojeny přímo k řídicímu počítači přes USB, případně ovladač 'gxeth.dll', pokud jsou připojeny přes Gx Camera Ethernet Adapter. Společné ovladače pro všechny kamery série Gx byly zavedeny v programu SIPS verze 2.3, předchozí verze programu SIPS používaly různé ovladače pro kamery G0 a G1 a pro série G2, G3 a G4. Kamery G2, G3 a G4 pracovaly s ovladačem 'g3ccd.dll' (prefix g3 měl historické důvody, kamery používaly shodnou elektroniku, původně vyvinutou pro kamery G3 a protože byly programově kompatibilní, používaly stejný ovladač), ale ten byla nahrazen společným ovladačem 'gxusb.dll'. Definice typů filtrů ve filtrovém kole Každý ovladač CCD kamery pro SIPS musí poskytnout informace o instalovaných filtrech (pokud daná kamera má interní nebo externí filtrové kolo). Uživatel ale může používat libovolnou kombinaci filtrů, může jednotlivé filtry vyměnit, případně nahradit celé filtrové kolo. Přitom není možné automaticky zjistit, které filtry (jaké barvy) jsou v jednotlivých pozicích instalovány. Je tedy nezbytné, aby uživatel popsal typy jednotlivých použitých filtrů. Součástí programu SIPS je od verze 3.0 samostatný program, dovolující definovat filtry instalované v dané kameře (nebo kamerách). 12

Obr. 1: Hlavní okno programu pro konfiguraci filtrů Tento program se jmenuje 'gxfwcf.exe' a může být spuštěn buď kliknutím na ikonu na ploše nebo z menu Start. Program spravuje informace o filtrech uložené v části Windows Registry (databáze obsahující konfigurační informace pro aplikace i služby operačního systému), specifické pro právě přihlášeného uživatele (HKCU). Poznamenejme, že vzhledem k uložení konfigurace filtrů v části registry určené přihlášenému uživateli, není konfigurace definovaná jedním uživatelem dostupná, pokud je v operačním systému přihlášený jiný uživatel. Informace o filtrech je z Registry přečtena při startu programu. Pokud je program ukončen a změněná konfigurace nebyla uložena zpět do Registry, uživatel je dotázán jestli si přeje program skutečně ukončit a zrušit všechny provedené změny. Operace načtení a uložení mohou být také provedeny ručně: obnovit (načíst) konfiguraci z informací aktuálně uložených v Registry zapsat aktuální stav do Registry 13

Konfigurační nástroj dovoluje popsat filtry použité v jakékoliv kameře, určené svým identifikační číslem (Id): přidat novou kameru se zadaným Id odebrat (smazat) aktuálně vybranou kameru Seznam kamer s daným Id je uveden v levé části okna aplikace. Navíc je možné definovat globální <default> konfiguraci bez zadaného identifikačního čísla. Tato konfigurace bude použita, pokud je připojena kamera s Id neuvedeným v seznamu definovaných kamer. Jednotlivé filtry jsou popsány v tabulce v pravé části okna aplikace. Řádky tabulky, reprezentující jednotlivé filtry, mohou být ovládány následujícími příkazy: připojit popis nového filtru vložit popis nového filtru odstranit právě vybraný popis filtru posunout právě vybraný popis filtru o jednu pozici nahoru posunout právě vybraný popis filtru o jednu pozici dolů Pokud je v kameře více filtrů než popisuje konfigurace, budou doplněny další filtry s nedefinovaným jménem. Pokud naopak konfigurace obsahuje více záznamů než je filtrů v kameře, budou poslední záznamy vynechány. Každá definice filtru obsahuje tři hodnoty: 14 Jméno filtru, které bude zobrazováno v různých částech grafického rozhraní SIPS a rovněž bude použito pro tvorbu jména souborů ukládaných obrazů (pokud uživatel zvolí zahrnutí jména filtru do názvu souboru). Barva, jakou bude název filtru zobrazen. Barva může být zadána jménem (White, Red, LRed, apod.) nebo přímo číslem, reprezentujícím danou barvu (0 reprezentuje černou).

Offset filtru definuje vzdálenost, o kterou je potřeba přeostřit při nastavená daného filtru. Plan-paralelní sklo posune ohnisko zpět o 1/3 své tloušťky (přesná hodnota závisí na indexu lomu skla, ale pro prakticky všechna skla je 1/3 velice blízko přesné hodnotě). Přeostření je užitečné, pokud jsou používány filtry o různé tloušťce nebo jsou některé expozice prováděny bez filtru a některé s filtrem. Offset filtru může být definován v jednotkách závislých na daném typu ostření (krocích) nebo v mikrometrech (μm). Pokud jsou použity mikrometry, je nutné o tom ovladač informovat zaškrtnutím volby Focusing offset in micrometers. Výše uvedené informace budou použity např. při zobrazení výběrového seznamu filtrů nástroje Hlavní kamera programu SIPS: Obr. 2: Filtry nabízené nástrojem Imaging Camera Definice filtrů s použitím konfiguračního souboru Pokud definice filtrů není nalezena v Registry, ovladač kamer Gx programu SIPS může použít alternativní způsob popisu filtrů souboru 'gxusb.ini'. Soubor 'gxusb.ini' musí být umístěn ve stejném adresáři, jako je samotný ovladač kamery. Poznamenejme, že pokud není používána přenositelná verze programu SIPS, která může být umístěna v libovolném adresáři, ale verze instalovaná do adresáře Program Files, je adresář s programem SIPS chráněn mechanismem řízení přístupu uživatelů systému Windows (UAC User Access Control). Pokud je konfigurační soubor otevřen v nějakém editoru (např. notepad) a upraven, nelze jej uložit na původní místo. Je nezbytné uložit jej do nějakého jiného pracovního adresáře a až poté jej nakopírovat na původní místo v 15

adresáři Program Files, protože je nezbytné explicitně potvrdit povolení k zápisu do adresářů chráněných systémem UAC. Konfigurační soubor je obyčejný textový soubor vyhovující konvencím.ini souborů. Zde je příklad souboru 'gxusb.ini': [filters] Luminance, Gray, 660 Red, LRed, 660 Green, LGreen, 660 Blue, LBlue, 660 Clear, 0, 0 Filtry jsou popsány sekci [filters]. Každý řádek v této sekci definuje jednu pozici na filtrovém kole. Popis filtru se skládá ze třech hodnot oddělených čárkami, identických s hodnotami popsanými v předchozí kapitole. Offset filtru může být definován v jednotkách závislých na daném typu ostření (krocích) nebo v mikrometrech (μm). Pokud jsou použity mikrometry, je nutné o tom ovladač informovat parametrem MicrometerFilterOffsets v sekci [driver] v ini souboru: [driver] MicrometerFilterOffsets = true [filters] Luminance, Gray, 660... Hodnota parametru MicrometerFilterOffsets může být vyjádřena klíčovými slovy true a fale a také číslicemi 0 (pro false ) a 1 (pro true ). Použití více konfiguračních souborů pro různé kamery V některých případech je nezbytné pracovat s více kamerami sdílejícími stejný ovladač (celé série kamer Gx sdílejí jediný ovladač 'gxusb.dll' případně 'gxeth.dll') na jednou počítači. Pokud mají různé kamery různá filtrová kola osazená různými filtry, je poměrně problematické vždy přizpůsobit inicializační soubor 'gxusb.ini' právě připojené kameře. Pokud jsou kamery používány současně, není přizpůsobení 'gxusb.ini' ani možné. 16

Z těchto důvodů zavádí ovladače SIPS (a také ovladače kamer Gx pro další programy) rozšířenou konvenci pojmenování konfiguračních souborů. Každá kamera řady Gx má unikátní identifikační číslo, uvedené na plášti (toto číslo se také zobrazuje v přehledu připojených kamer nástroje Kamera programu SIPS). Ovladač kamery nejprve hledá konfigurační soubor, jehož jméno je rozšířeno o toto číslo. Pokud má například kamera ID 1234, ovladač nejprve hledá soubor jména 'gxusb.1234.ini'. Až pokud jej nenalezne, zkusí otevřít obecný soubor 'gxusb.ini'. Tak je možné pro každou používanou kameru vytvořit konfigurační soubor popisující filtry v této kameře. Omezení výřezu CCD čipu Ovladač kamer Gx může oříznout snímanou matici ještě před jejím předáním programu SIPS. Ačkoliv je možné definovat podrámec přímo v nástroji ovládání CCD kamery programu SIPS, omezení rozlišení kamery tímto způsobem není příliš pohodlné, pokud je pořizováno více typů snímků (light, dark, flat). Pokud například uživatel chce používat jen centrální část CCD snímače, protože například optika nedokáže vykreslit kvalitní obraz na celé ploše CCD čipu, je možné vyčítat pouze podrámec (výřez 256, 0, 1024, 1024 konvertuje 1.5 Mpx kameru G2-1600 na kameru s rozlišením 1 MPx). Ale rozdílné podrámce jsou používány např. při ostření kamery a je pak nezbytné správně nastavit zvolený podrámec před každým snímaném normálních i kalibračních snímků. Stačí např. posun o jediný pixel mezi light a dark snímkem a nebude možno snímky správně zkalibrovat. Z tohoto důvodu ovladače 'gxusb.dll' a 'gxeth.dll' dovolují definici podrámce ve svém konfiguračním.ini souboru v sekci [crop] : [crop] x = 256 y = 0 w = 1024 h = 1024 Kamera se pak bude chovat jako kamera s rozlišením 1024 1024 pixelů a všechny další snímky, definice podrámců v programu SIPS apod. budou vztaženy k takto definovanému výřezu. 17

Poznamenejme, že omezení výřezu čipu není podporováno nástrojem pro konfiguraci filtrů popsaným výše. Pokud je funkce omezení výřezu požadována, je nezbytné modifikace INI souboru. Jednotlivé filtry pak mohou být popsány buď v Registry s pomocí konfiguračního programu nebo v INI souboru. Připojení kamery Kamera je připojena velmi jednoduše. Připojte napájecí kabel kamery a zapojte USB kabel do USB portu počítače s použitím přibaleného USB kabelu. Poznamenejme, že počítač rozpozná připojenou kameru G2, G3 nebo G4 jen jeli také napájena. Kamera bez napájení zůstává z pohledu počítače neviditelná, stejně jako kamera odpojená. Kamery G0 a G1 jsou napájeny z USB sběrnice takže pracují okamžitě po připojení USB kabelu k počítači. Pokud je kamera, vybavená interním nebo externím filtrovým kolem, napájena a připojena k počítači (s nainstalovanými ovladači), započne inicializací filtrového kola. Filtrové kolo se začne otáčet a řídicí jednotka kamery vyhledává počáteční pozici kola. Tato operace trvá několik sekund, během kterých kamera nereaguje na příkazy z počítače. Tento stav je indikován blikající oranžovou LED (viz. kapitola Indikace stavu kamery ). Obr. 3: Vlevo kamera bez interního kola, vpravo s interním filtrovým kolem. USB konektor je vlevo a napájecí konektor vpravo. 18

Kamery G2, G3 a G4 jsou kompletně napájeny z externího zdroje, napájecí žíly USB kabelu nejsou využívány. To znamená, že kamera např. nezkracuje životnost baterií přenosných počítačů. Indikace stavu kamery Těsně vedle USB konektoru na těle kamery je dvoubarevná svíticí dioda (LED). Tato dioda svítí pouze během inicializace kamery, aby její světlo nerušilo pozorování. LED začne blikat oranžově, jakmile začne kamera po zapnutí vyhledávat počáteční pozici filtrového kola. Oranžové blikání není vždy stejné závisí na pozici kola v okamžiku zapnutí kamery. Pokud řídicí jednotka kamery nedokáže nalézt inicializační pozici kola, kamera na to upozorní uživatele 2 s dlouhým červeným svitem bezprostředně po selhání inicializace kola (oranžové blikání ustane). Celá procedura inicializace filtrového kola je přeskočena u kamer G0 a G1 a také pokud kamera G2, G3 nebo G4 není vybavena ani interním ani externím filtrovým kolem. Pokud tedy kamera signalizuje oranžové blikání následované 2 s dlouhým červeným svitem, selhala inicializace filtrového kola. Ačkoliv kamera poté pokračuje v práci jako by se jednalo o kameru bez kola, nedoporučujeme začít s takovou kamerou pracovat není zřejmé proč inicializace selhala a před CCD čipem může být libovolný filtr nebo může být kolo v pozici mezi jednotlivými filtry. V takovém případě zašlete kameru výrobci k opravě. Inicializace kamery je zakončena signalizací rychlosti připojení USB portu, se kterým kamera momentálně pracuje: USB 2.0 High Speed (480 Mbps) je signalizováno 4 krátkými zelenými bliknutími. USB 1.1 Full Speed (12 Mbps) je signalizováno 4 krátkými červenými bliknutími. Práce s více kamerami K jednomu počítači může být připojena řada kamer, ať již přímo na USB porty počítače nebo přes USB rozbočovač. Operační systém přiřadí každému 19

připojenému USB zařízení unikátní jméno, ale toto jméno je velmi komplexní obsahuje mimo jiné globálně unikátní identifikátor (GUID) ovladače, identifikaci USB portu a rozbočovačů apod. Tato jména jsou určena k odlišení USB zařízení uvnitř operačního systému, nikoliv aby byla srozumitelná pro uživatele. A pokud je více kamer připojeno přes jednotku Gx Camera Ethernet Adapter, je rozlišení jednotlivých kamer přes cestu k USB zařízení zcela nedostupné. Uživatelé ale potřebují jednotlivé kamery vzájemně rozlišit například jedna kamera má být použita pro zobrazování, druhá pro vedení montáže. Z tohoto důvodu má každá kamera přiřazeno unikátní číslo (identifikátor). Toto číslo je gravírováno na těle kamery a je také zobrazeno v seznamu připojených kamer v nástroji Kamera programu SIPS. Tato identifikace umožňuje uživatelům zvolit konkrétní kameru. Obr. 4: Id kamery za jménem kamery v programu SIPS 20

Práce s kamerou Práce s kamerou závisí na použitém ovládacím software. Vědecké kamery zpravidla nemohou pracovat bez připojení k řídicímu počítači a kamery řady Gx také potřebují k práci PC s nainstalovaným software. Kamera samotná nemá žádný display, tlačítka nebo jiné ovládací prvky. Na druhé straně veškeré funkce kamery mohou být ovládány programově, takže kamera může být provozována v robotických sestavách, pracujících bez zásahu člověka. Zapojte kameru do počítače, připojte napájení a spusťte program SIPS. Otevřete okno nástroje Hlavní kamera (z menu Tools vyberte položku Hlavní kamera... nebo klikněte na tlačítko v liště s nástroji). Jméno kamery (např. G2-1600 ) bude zobrazeno v titulku okna nástroje CCD Camera. Pokud byl program SIPS spuštěn před připojením kamery a zapojením jejího napájení, SIPS kameru nerozezná a je nutno obnovit seznam připojených kamer. Zvolte záložku Kamera a otevřete dialogové okno pro výběr kamery tlačítkem Hlavní kamera. Připojená kamera se zobrazí ve stromu kamer. Vyberte ji (klikněte na její jméno myší celý řádek se zvýrazní) a poté klikněte na tlačítko Hlavní kamera. Pokud se vaše kamera nezobrazí ve stromu připojených kamer, prověřte následující body: 1. Zkontrolujte USB kabel ubezpečte se, že oba konce jsou pevně zasunuty v konektorech počítače (nebo USB rozbočovače) a v hlavě kamery. 2. Prověřte napájení kamery zdroj musí být zapojen do sítě (zelená LED na zdroji svítí) a výstupní kabel zdroje je zapojen do konektoru na hlavě kamery. 3. Zkontrolujte, že systémový ovladač kamery je správně nainstalován (postup je uveden v kapitole Instalace ovladače kamery ). 21

Kamera a dalekohled Kamera potřebuje nějaký optický systém, aby mohla zachycovat skutečné obrazy. K jakému dalekohledu nebo objektivu lze kameru připojit závisí na použitém adaptéru. Doporučujeme použít nějaký závitový adaptér (M42 0.75 T-závit, adaptér M48 0.75 nebo M68 1 podle modelu kamery a velikosti senzoru), protože závitové adaptéry poskytují mnohem robustnější spojení a přesněji zachovávají vzájemné sesazení kamery s dalekohledem v porovnání s válcovými adaptéry určenými pro okuláry. Obr. 5: Kompletní systém skládající se z kamery G2, externího filtrového kola, OffAxis Guider adaptéru a pointační kamery G1 dalekohledu Newtonově dalekohledu. Fotografický objektiv nebo malý refraktor jsou nejlepší optické systémy pro první experimenty s kamerou. Pokud pro první testy použijete větší dalekohled v místnosti, ubezpečte se, že dalekohled dokáže zaostřit na relativně blízké předměty. 22

Obr. 6: Kamera G3 uchycená k okulárovému výtahu dalekohledu S experimentováním je lépe začít v noci, protože velice citlivé CCD čipy je snadné za denního světla saturovat. Nejkratší expozice kamer G2 je 0,1 s a kamery G3 a G4 nabízejí nejkratší expozici 0,2 s, což je stále příliš mnoho na běžné osvětlení. Kamery G0 a G1 dovolují expozice dlouhé pouze 125 μs, takže mohou být používány za denního světla bez problémů. Řízení teploty Aktivní chlazení čipu je jednou ze základních vlastností vědeckých CCD kamer (manuál programu SIPS vysvětluje, proč je chlazení důležité k redukci tepelného šumu). Po připojení kamery G2 CCD k napájení se rozběhne ventilátor na zadní straně hlavy kamery. Tento ventilátor odvádí teplo z horké strany Peltiérových termoelektrických článků, které svou druhou chladnou stranou ochlazují CCD čip. Ventilátor pracuje nepřetržitě, protože je rovněž využíván k chlazení napájecích zdrojů kamery apod. 23

Termoelektrické chlazení může být řízeno ze záložky Chlazení nástroje Hlavní kamera programu SIPS. Obr. 7: Záložka Chlazení nástroje Hlavní kamera programu SIPS Požadovanou teplotu senzoru je je možné nastavit buď přímo zadáním hodnoty ( Nastav. teplota ) nebo pomocí posuvníku. Hodnota Max. dt definuje maximální rychlost, se kterou se teplota může měnit. Pokud je požadovaná teplota senzoru větší nebo rovna skutečné teplotě, chlazení je vypnuto. Indikátor využití chlazení Výkon chlazení má hodnotu 0% a kamera spotřebovává minimum energie. Nastavením požadované teploty CCD čipu začne jeho chlazení. Kamera nezapne chlazení okamžitě na 100%, ale pouze začne snižovat požadovanou teplotu přednastavenou maximální rychlostí. Okamžitá požadovaná teplota je v grafu zobrazována modrozelenou barvou. Okamžitá teplota čipu je zobrazována červeně. Zobrazováno je také využití chlazení zvyšuje se od 0% k větším hodnotám. 24

V grafu je žlutou barvou zobrazena také interní teplota kamery. Tato vnitřní teplota rovněž mírně vzroste, když chlazení pracuje na vyšší výkon. Vzduch zahřátý horkou stranou termoelektrických chladičů mírně vyhřeje i vnitřní části kamery. Jak rychle může být čip chlazen? Může být čip poškozen, pokud je zchlazen příliš rychle? Naneštěstí maximální rychlost chlazení není pro CCD čipy OnSemi definována (alespoň autor s ní není obeznámen). Všeobecně ale platí, že pomalá změna teploty méně zatěžuje elektronické komponenty, než skokové změny. Přednastavená maximální rychlost chlazení v programu SIPS je 3 C za minutu. Obvykle nebývá problém zapnout kameru dříve a poskytnout jí čas na pomalé vychlazení. Pokud ale je zapotřebí rychlé ochlazení, je nutno změnit hodnotu Max. dt. Při pomalém chlazení je rovněž snadnější dosáhnout vyššího tepelného rozdílu. Zapnutí chlazení okamžitě na 100% vyprodukuje velké množství tepla a zvláště u vzduchem chlazených kamer jejich celková teplota stoupne více, než je nezbytně nutné. Výsledkem je vyšší absolutní teplota čipu, protože horká strana chladiče je rovněž teplejší. Ustálení teploty na teplotu blízkou okolí pak zabere spoustu času. Jaká je optimální teplota CCD čipu? Odpověď je jednoduchá čím méně tím lépe. Minimální teplota je ale limitována konstrukcí kamery a jejím příkonem. Kamery Gx jsou vybaveny vícestupňovým chladičem, který dokáže ochladit senzor až o 50 C pod teplotu okolí se vzduchovým chlazením (u různých typů kamer se tato teplota může měnit). Nedoporučujeme ale využívat maximální možný výkon chlazení. Okolní podmínky se mění a kamera nemusí být schopna teplotu regulovat, pokud se okolní vzduch ohřeje. Nastavte teplotu čipu tak, aby chlazení vyžadovalo přibližně 90% chladicího výkonu. Zbylých 10% poskytuje dostatek prostoru k vyrovnání okolních změn. Napájecí napětí kamery je také zobrazeno v záložce Cooling. Zvláště pokud je kamera napájena z 12 V baterie je tato informace velice užitečný indikátor potřeby vyměnit baterii. Poznamenejme, že práce s méně intenzivním chlazením výrazně prodlouží životnost baterií. Poslední dva ovládací prvky Topení a Ventilátor dovolují ovládání vyhřívání optického okénka v chladné komoře kamery a ovládání ventilátoru. Záleží na modelu připojené kamery jestli tyto hodnoty mohou být nastavovány a pokud ano, v jakém rozsahu. Momentálně pouze kamery G1 dovolují 25

vypínání a zapínání ventilátoru a pokud je připojená jiná kamera, tyto ovládací prvky jsou zašeděny. Smyslem vyhřívání čelního skla chladné komory CCD je zamezení jeho zamlžení, neboť jeho teplota často klesne pod rosný bod. Maximální dostupná hodnota vyhřívání záleží na revizi kamery řady Gx a také na aktuálně instalované verzi systémového ovladače. Kamery G2 typicky dovolují pouze zapnutí a vypnutí vyhřívání, zatímco vetší kamery G3 a G4 podporují více kroků topení, protože jejich podstatně větší čelní sklo je náchylnější na zarosení. První snímky Vlastní snímání obrazů je řízeno ze záložky Expozice nástroje Hlavní kamera programu SIPS. Obr. 8: Záložka Expozice nástroje Hlavní kamera 26

Před pořízením prvního snímku je nezbytné nastavit několik parametrů. Nejprve je nutné zvolit typ snímku z výběrového boxu Expozice vyberte Light. Poté je nutno zadat expoziční Čas. Pokud experimentujete s kamerou v temné místnosti s dalekohledem se světelností kolem f/6, zvolte expozici 1 sekunda. Nezapomeňte prohlédnout volby expozice v pravé části záložky Expozice. Zaškrtněte volby Otevřít nový Light obraz v okně a Přepsat obraz ve vybraném okně, ostatní volby ponechte nezaškrtnuté (neplánujeme přeci ukládat první pokusné snímky na disk). Poté klikněte na tlačítko Start exp. Kamera otevře závěrku, provede 1 s dlouhou expozici a závěrku uzavře. Poté snímek přenese do počítače. Snímek je zobrazen v nově otevřeném okně. Pokud to je první snímek, zřejmě bude vzdálen dobře zaostřenému obrazu. Upravte zaostření dalekohledu a zkuste novou expozici. Povšimněte si, že volby ovlivňující zpracování nového obrazu na pravé straně této záložky se mění s každým typem expozice. SIPS si volby pamatuje separátně pro každý typ snímků. Tak je možné definovat zvláštní adresář pro normální snímky, jiný pro temné snímky, další pro plochá pole apod. Vždy se ubezpečte, že volby zpracování snímků jsou před zahájením expozice správně nastaveny. Pokud zvolíte Dark z výběrového řádku Expozice (volby zpracování snímku na pravé straně se změní ubezpečte se, že jsou dobře nastaveny), snímek bude exponován bez otevření závěrky. Obraz reprezentuje tepelný šum, generovaný samotným CCD čipem, kombinovaný se čtecím šumem kamery. Temné snímky jsou odečítány od normálních snímků během kalibrace, aby byl tepelný šum ze snímku pokud možno odstraněn. Jas a kontrast jasová škála snímků Dynamický rozsah kamer Gx zabírá 65 536 úrovní. Pouze snímek perfektně osvětlené a ideálně exponované scény by ale obsahoval pixely s tímto dynamickým rozsahem. Obvykle užitečný signál vyplňuje jen zlomek tohoto rozsahu. Například pozadí obrazu (má být černé) má hodnoty kolem 500 jednotek a nejjasnější partie (mají být bílé) např. 10 000 jednotek. Pokud černé a bílé přiřadíme plný dynamický rozsah (0 až 65 535), obraz s rozsahem od 500 do 10 000 jednotek bude zobrazen v jen temných šedích. Proto musí být rozsah jasů před zobrazením natažen. 27

Otevřete okno nástroje Histogram a Rozpětí. Obr. 9: Nástroj Histogram a Rozpětí programu SIPS Přesný význam grafu histogramu je vysvětlen v uživatelské příručce programu SIPS. Nyní pouze zkuste manipulovat s hodnotami Od a Do, ať již v editačních řádcích nebo myší pomocí posuvných lišt. Pozorujte jak se vzhled obrazu mění při změně těchto hodnot. Nejlepší hodnoty pro Od a Do jsou následující: Od hodnota by měla odpovídat požadované úrovni černé. Všechny pixely s hodnotou nižší než Od budou zobrazeny černě. Hodnota Do reprezentuje v obraze bílou a všechny pixely s hodnotou vyšší nebo rovnou Do budou zobrazeny bíle. Podobné úpravy bývají obvykle nazývány úpravy jasu a kontrastu. Jas je měněn, pokud se pohybují oba limity Od i Do současně nahoru a dolů. Vyzkoušejte tento pohyb pomocí nejnižší posuvné lišty. Kontrast je měněn, když se mění vzdálenost Od a Do hodnot. Zkuste jejich vzájemnou vzdálenost zmenšit a zvětšit. Astronomové potřebují přesnou kontrolu hodnot Od a Do a termíny jas a kontrast tedy nejsou v programu SIPS používány. Kalibrace Pokud provádíte krátké expozice jasných objektů, poměr signál/šum je velice vysoký. Artefakty způsobené vlastním CCD čipem (horké/chladné pixely nebo tepelný šum) obraz prakticky neovlivňují. Všechny efekty nerovnoměrně 28

osvětleného pole, tepelného šumu apod. výrazně degradují snímky, pokud jsou exponovány slabé objekty po dobu mnoha minut. Z těchto důvodů by měl být každý CCD snímek kalibrován. Kalibrace se skládá ze dvou kroků: 1. Odečtení temného snímku (dark frame) 2. Aplikace tzv. plochého pole (flat field) Kalibraci obrázků podporuje nástroj Kalibrace programu SIPS. Obr. 10: Nástroj pro kalibraci snímků programu SIPS Syrový snímek přečtený z kamery obsahuje nejen požadovanou informaci (obraz snímaného objektu), ale také akumulovaný temný proud CCD snímače a artefakty způsobené nerovnoměrně osvětleným obrazovým polem (vinětací), stíny prachových částic na filtrech apod. 29

Obr. 11: Syrový obrázek přečtený z kamery Temný snímek je exponován se stejnou expoziční dobou a stejnou teplotou CCD čipu. Protože horké pixely jsou vždy méně stabilní než normální pixely, je velmi vhodné exponovat více temných snímků (alespoň 5) a vytvořit jeden temný snímek jako jejich průměr nebo lépe medián. Obr. 12: Temný snímek odpovídající snímku nahoře Obr. 13: Syrový snímek s odečteným temným snímkem Odečtení temného snímku odstranilo většinu tepelného šumu, ale nerovnoměrně jasné obrazové pole je stále zřejmé. Pozadí ve středu snímku je výrazně jasnější než u jeho okrajů. 30

Obr. 14: Ploché pole reprezentuje reakci soustavy dalekohled-kamera na rovnoměrně osvětlené pozadí Obr. 15: Plně kalibrovaný snímek s odečteným temným snímkem a aplikovaným plochým polem Kalibrace CCD obrazů je plně popsána v uživatelské příručce programu SIPS. Podívejte se do kapitol Introduction to CCD Imaging a Calibrate Tool na popis kalibrací v teorii a v praxi. Barevné snímky s monochromní kamerou s filtry Barevné snímky jsou jednoznačně přitažlivější než černobílé. Z barevných snímků lze rovněž získat více informací než z černobílých např. lze snadno rozlišit, která část mlhoviny je emisní (červená) a která reflexní (modrá) apod. Astronomické kamery jsou ale jen výjimečně vybaveny barevnými CCD čipy z řady dobrých důvodů. Rozdíly mezi monochromními a barevnými čipy jsou diskutovány v uživatelské příručce programu SIPS nahlédněte do kapitoly Introduction to CCD Imaging. I když jsou kamery Gx CCD vybaveny monochromními CCD čipy, rozhodně mohou pořizovat barevné snímky, alespoň pokud je připojené filtrové kolo vybaveno RGB filtry. Na místo snímání jediného barevného snímku je ale nutno pořídit tři samostatné snímky pro červenou, zelenou a modrou barvu a tyto snímky zkombinovat do výsledného barevného snímku. Tento postup není vhodný pro rychle se pohybující objekty, ale objekty na obloze se obvykle nepohybují tak rychle. Pořízení tří barevných snímků a jejich následná kombinace je rozhodně obtížnější, než pořízení jediného barevného obrázku. Použití monochromního 31

čipu ale přináší v astronomii řadu natolik významných výhod, že rozhodně vyváží vyšší pracnost při expozici a zpracování. Barevné CCD čipy mají na sobě aplikovánu jednu pevnou množinu filtrů bez možnosti jejich výměny nebo i úplného odstranění. Monochromní čip může snímat obrazy přes úzkopásmové filtry, např. Hα, OIII, apod. Barevné CCD čipy mají menší kvantovou účinnost ve srovnání s monochromními. Omezení citlivosti z 80% na asi 30%, způsobené barevnými filtry, v řadě aplikací jen plýtvá světlem. Interpolace informace z okolních pixelů, nutně prováděná při zpracování obrazu z barevného snímače, zavádí do obrazu chyby a znemožňuje precizní měření polohy (astrometrii) a jasnosti (fotometrii). Barevné CCD čipy neumožňují čtení binnovaných snímků. Barevné CCD nedovolují tzv. driftovou skenovací integraci (Drift Scan Interation, někdy označovanou Time Delay Integration). Další podstatná výhoda monochromních čipů je možnost kombinovat obraz ze tří barevných snímků a jednoho jasového snímku. Jasový snímek je pořízen bez filtrů a využívá tedy plnou citlivost monochromního čipu. Tato technika je nazývána LRGB snímání. Vložení barevného filtru do cesty světelného paprsku významně omezí množství světla dopadajícího na čip. Na druhé straně lidské oko je mnohem méně citlivé na změnu barev než na změnu jasu. Z těchto důvodů může být CCD čip při snímání barev vyčítán v binningu 2 2 nebo 3 3, čímž se výrazně zvýší jeho citlivost. Jasový snímek je pak může být snímán bez binningu, takže výsledné rozlišení obrazu neutrpí. Poznamenejme, že v některých situacích je snímání přes barevné filtry téměř nemožné. Například pokud snímáme rychle se měnící scény, jako je třeba zákryt planety Měsícem, rychle se pohybující kometa atd. Pak není čas pořídit separátní snímky přes filtry, protože scéna se mezi jednotlivými expozicemi mění. Není tedy možné složit červený, zelený a modrý snímek do výsledného barevného snímku. Použití kamery s barevným CCD snímačem je v takových případě nezbytné. 32

Barevné snímky mohou být vytvářeny nástrojem (L)RGB Add Tool. Tento nástroj je podrobně popsán v uživatelské příručce programu SIPS. Obr. 16: Nástroj (L)RGB Image Add programu SIPS Jestliže exponujeme jednotlivé barvy a také jasový snímek, zřejmě bude každý v jiném binningu a s jinými expozičními časy. Správná kalibrace snímků pak začne být poměrně komplexní proces. Je zapotřebí pořídit temný snímek pro každý expoziční čas a pro každý použitý binning. Rovněž je zapotřebí flat field pro každou barvu i pro jasový snímek. I flat field snímky potřebují temné snímky pro svou vlastní kalibraci to vše je cena za krásné snímky noční oblohy. Barevné snímky s barevnou kamerou Barevné CCD snímače mají červené, zelené a modré filtry aplikovány přímo na jednotlivé pixely. Kamery Gx mohou být vybaveny těmito snímači, jméno kamery je pak následováno písmenem C (z anglického slova Color ). 33

Obr 17: Schéma CCD snímače s barevnými filtry Každý pixel registruje světlo pouze určité barvy (červené, zelené nebo modré). Barevný snímek ale obsahuje informaci o všech barvách v každém pixelu. Je tedy nezbytné dopočítat ostatní barvy z hodnot okolních pixelů. Pokrytí pixelů touto barevnou maskou a následné dopočítávání chybějících barev bylo vynalezeno panem Bayerem, pracujícím u firmy Kodak. Proto se tato barevná maska nazývá Bayerova maska a proces dopočítávání chybějících barev se označuje jako debayerizace. Existuje řada způsobů jako dopočítat chybějící barvy jednotlivých pixelů od jednoduchého rozšíření barev do okolních pixelů (tato metoda vede k obrázkům s viditelnými barevnými chybami) přes přesnější metody bilineární nebo bikubické interpolace okolních pixelů až po sofistikované víceprůchodové metody grupování pixelů apod. Samotné kamery Gx debayerizaci neprovádějí. Syrový snímek je vždy předán do řídicího počítače a zpracován programy běžícími na PC. Je také možné debayerizaci zcela vynechat a uložit přímo syrový snímek k pozdějšímu zpracování jiným programem. SIPS pro debayerizaci obsahuje jednoduchý a rychlý bilineární filtr a také sofistikovaný více-průchodový filtr poskytující mnohem lepší výsledky. Je 34

možné filtr použít bezprostředně při stažení snímků z kamery (pak je přímo zobrazen a případně uložen barevný snímek, syrový monochromní snímek není vůbec zobrazen) nebo aplikovat filtr kdykoliv později. Debayerizace snímku může být provedena z nástroje Image Transform (otevírá se kliknutím na tlačítko v nástrojové liště nebo volbou Image Transform z menu Tools ). Volba Debayer new images dovoluje bezprostřední debayerizaci přečtených z CCD kamery. Tlačítko debayerizaci momentálně vybraného obrazu. provede Bayerova maska zobrazená na schematickém obrázku začíná modrým pixelem. Neexistují ale obecná pravidla, stanovující barvu prvního pixelu v principu může maska začínat zeleným pixelem z modro-zeleného řádku, ale také zeleným pixelem ze zeleno-červeného řádku nebo červeným pixelem. Neexistuje způsob, jak určit organizaci barevné masky za samotného surového snímku. Proto nástroj Transformace obrazu obsahuje dvě volby nazvané X liché a Y liché. Kombinace těchto voleb dovoluje zvolit jednu ze čtyř možností organizace Bayerovy masky na konkrétním CCD čipu. Stav voleb X liché a Y liché je vždy nastaven v závislosti na aktuálně připojené CCD kameře podle informací poskytnutých jejím ovladačem. Jejich ruční nastavení je nezbytné jen pokud je syrový snímek načten z disku a je nutné jej zpracovat bez připojené kamery. Špatný stav těchto voleb má za následek chybné dopočítání barev. Správné nastavení může být snadno zjištěno metodou pokus-omyl. Ale debayerizace zničí původní surový snímek takže je nezbytné jej vždy před zahájením pokusů uložit. Je také nutné mít na paměti, že nastavení voleb X liché a Y liché se musí změnit, pokud jsou s obrazem prováděny jakékoliv geometrické transformace (např. zrcadlení nebo rotace). Některé transformace (např. soft-binning nebo zvětšení) není možné na syrovém snímku vůbec provádět. Je vždy lepší obraz nejprve debayerizovat a poté transformovat. Také sčítání (skládání) syrových snímků zcela zničí barevnou informaci. Algoritmus registrace snímků posouvá obraz o pixely nebo zlomky pixelů bez ohledu na to, zda-li jsou pixely červené, zelené nebo modré. Obrazy musí být nejprve debayerizovány a až poté skládány. 35

Vyvážení barev Citlivost CCD čipu na červenou, zelenou a modrou barvu je rozdílná. Expozice rovnoměrně osvětleného bílého povrchu nevytvoří tedy v pixelech pokrytých barevnými filtry stejný signál. Obvykle pixely s modrým filtrem nashromáždí méně světla než pixely se zeleným nebo červeným filtrem. Výsledkem je více či méně nažloutlý obraz (žlutá je kombinace zelené a červené barvy). Výše popsaný efekt je nutné kompenzovat vyvážením bílé barvy. Vyvážení bílé barvy lze provést zjasněním méně intenzivní barvy (nebo ztmavením více intenzivní barvy), aby bylo dosaženo barevně neutrálního zobrazení bílé barvy nebo šedých tónů. Obvykle je jedna barva považována za referenční (např. zelená) a další barvy (červená a modrá) jsou zesvětleny nebo ztmaveny aby jejich zastoupení v obrazu odpovídalo zelené barvě. Automatické vyvážení bílé barvy může být relativně snadné u normálních snímků, u kterých jsou všechny barvy v obraze zastoupeny rovnoměrně. Ale automatické vyvážené je téměř nemožné u snímků objektů hlubokého vesmíru. Například uvažme obraz emisní mlhoviny, u něhož zcela dominuje temně červená barva emisí vodíku (H-alfa) jakýkoliv pokus zjasnit zelenou a modrou složku aby výsledný obraz byl barevně neutrální vede k naprosto chybnému zobrazení barev. Astronomické snímky jsou prakticky vždy barevně vyvažovány manuálně. Jak již bylo popsáno v kapitole Jas a kontrast jasová škála snímků, obraz může být vizuálně zjasněn změnou limitů rozsahu jasů. Program SIPS nabízí nástroj Histogram a rozpětí, který dovoluje měnit křivku jasů individuálně pro červenou, zelenou a modrou barvu. Obr. 18: Nástroj Histogram a rozpětí ukazuje histogram pro jednotlivé barvy 36