CAMARAS "DIGITALES" CCD, CMOS, NMOS y DSLR CONCEPTOS BÁSICOS - conviene leer antes este apartado, con relacionados sobre Digitales y luego volver a este tema FACTOR de AMPLIFICACION aparente en digitales Histogramas y Analizador de Espectros PARAMETROS para AJUSTE de CROMINANCIA BLANCO y NEGRO o COLOR, en cámaras digitales Obtención de frecuencias L-RGB Ejemplo de grabación CMOS o NMOS COMPENDIO GENERAL SOBRE APLICACION en ASTROFOTOGRAFIA DIGITALES MARCAS Y CARACTERISTICAS
Algo... SOBRE como TRABAJAR
con DSLR - ventajas aportadas y referentes sobre ISO... y
número de tomas
ISO - el apropiado para reducir el ruido TIEMPO MAXIMO en modo Bulb "B"
________________________ Dada la enorme diferencia entre unas y otras (las de Astronomía y las Domésticas o Semiprofesionales), en lo relacionado con su estructura, nos hacen meditar sobre la elección y toma de decisiones al adquirirlas, ya que en principio las domésticas no están preparadas para Astronomía, aunque permitan imágenes muy espectaculares perdiendo gran parte del espectro cromático real. COMPENDIO GENERAL SOBRE APLICACION en ASTROFOTOGRAFIA Llegado a este tema punto y antes de seguir, creo sea de interés leerse el documento, que al respecto el I.A.C. (Instituto Astrofísico de Canarias), ha confeccionado de forma sencilla y didáctica progresIva, sobre la Astrofotografía en general, que ampara:
En general:
de interés FORMULAS relacionado con: Resolución, Sensibilidad y Tamaño, entre otras, . EJEMPLO: Captación de Júpiter, con un SCT 203,2 x 2032 mm a F10, con su fase de 44,8 ''arc y con Seeing 8,0 / 10 por tanto de ± 1,25 ''arc, de ZWHM conseguimos: Con píxeles en la CCD de 3,75 mm se obtiene para Planetaria una resolución de 0,38 ''arc / px y ± 3,28 veces de relación, que se acerca a las 3,5 veces recomendado . Con pixel en la CCD de 5,00 mm y DF con reductor a 6,3 obtenemos para Cielo profundo 2,97 "arc de ZWHM y resolución de 0,87 "arc / px, cuya relación es de ± 3,69 veces, que se acerca también a las 3,5 veces recomendado. Es decir, que a la hora de captar con nuestra CCD, deberemos tener en cuenta el tamaño de sus píxeles, según lo que queramos captar, Planetaria o Cielo profundo. Uno de los trucos que hacíamos en analógica, hace muchos años, para verificar la calidad de las ISO de una cámara y apropiada para esa captación, era comparar las mismas en Positivo y en Negativo, obteniendo en las de Negativo tanta información y por tanto resaltado de detalles sobre la imagen, que nos indicaba la ISO apropiada, para esa captación.
El aportar las dos opciones Negativa y Positiva, es de gran interés, porque en Astrofotogtafía hay veces que se perciben mejor los objetos en Negativo y en cuanto al Retoque, que precisa de Máscaras, esta opción comparativa es muy necesaria. -- Imagen positiva Cortesía de Máximo Ruiz Romeo Otra discusión sería, si es mejor una de “Blanco y Negro”, que para conseguir las tomas en color, se necesita efectuar las tres tomas con los filtros espectrales de los tres colores y por suma de las tomas, obtener el color. O bien directamente una de “Color”, aunque divide el número de pixeles RGB utilizados.
Todo ello independiente del formato, que está ya normalizado a 640 x 480 pixeles, que no todas las WebCam lo permiten. De interés ver. Naturalmente con las DSLR se pueden obtener formatos bastante superiores, y en consecuencia calidades mejores, por el número elevado de píxeles, que en la actualidad ya poseen. captación en modalidad RAW Es necesario para la captación del espectro infrarrojo, muy abundante en las Nebulosas y por tanto con H-alfa y O-III, que se elimine el filtro "IR" de rechazo para infrarrojos, que casi todas las cámaras digitales poseen, por estar diseñadas para uso doméstico, pero no para Astronomía. (ver FILTROS)
En este punto las “ATK1CII” o las “ATK2CII”, versiones en color de 24 bytes, ya modificadas para Astronomía e industrialmente para larga exposición ( > 40 segundos por toma), alcanzando tiempos impresionantes similares a las obtenidas en fotografía analógica clasica, por inclusión de ventilación forzada y otras, como posibilidad de trabajo en modo RAW, con la célebre y experimentada “ToUcam Pro II” de Philips con chip "Sony ICX-098BQ". Incorpora el elaborado software de Peter Katreniak “K3CCDTools” aunque una versión reducida, siendo de interés adquirir la más moderna registrándose, (Ver apartado "How To..." del mismo, en el aparecemos con nuestra colaboración operativa) Naturalmente las DSLR, y las CCD’s permiten efectuar las tomas “Dark Frame” del mismo tamaño en duración que las tomas de vídeo y las “Flat Field”, entre otras indispensables para una buena grabación, lo que es difícil con las CMOS o NMOS. (ver OPERATIVA)
RESUMIENDO, podríamos decir que:
Estos dos procedimientos, acarrean más cantidad de ruido las "CMOS o NMOS" respecto a las "CCD", en lo concerniente a tomas de "Largas Exposiciones",
En las "CCD" se produce más calor, por la energía consumida en el proceso del salto, etc., pero en las cámaras para Astronomia se soluciona con software, que rebaja hasta -40ªC respecto a la temperatura ambiente, el calor producido.
En este procedimiento las "CCD" tienen un mayor consumo, que en las cámaras de Astronomía queda subsanado con fuentes de alimentación externas. Por lo que comparando unas con otras "CCD" con "CMOS o NMOS" en pros y contras, ya en los Observatorios astronómicos profesionales, hace tiempo que viene presentándose este dilema, al intentar ver los resultados de unas u otras para grabaciones de tiempo considerable en "Cielo profundo" y "Planetaria", en donde las tendencias más actuales, tras bastantes deliberaciones, se inclinan hacia las "CCD", por sus características y posibilidades de grabación en las Observaciones, ya que la temperatura y el consumo no son problemas en Astronomía, por contar con sistemas de refrigeración y fuentes de alimentación apropiadas.
No obstante, los fabricantes de sistemas "CMOS", están haciendo verdaderos trabajos para mantenerse en el mercado, actuando con el número de pixels muy elevado y tamaño reducido del mismo, lo que las hace muy sensacionales para captaciones de "gran campo", que siempre son llamativas. Pero sin llegar a las precisiones de los detalles sobre objetos de pocos segundos de arco, en donde el puesto queda otorgado para las "CCD", que permiten captar cantidad de detalles en las tomas de "Largas exposiciones",para objetos de pocos segundos de arco.
De gran interés relacionado, leer los enlaces CCD versus CMOS:
http://www.xatakafoto.com/camaras/sensores-con-tecnologia-ccd-vs-cmos
En las cámaras digitales, el CCD es el chip encargado de capturar la imagen. Está compuesto por una malla de miles de celdas fotosensibles en las que se recibe la imagen formada por el lente. Cuanto más alto sea el número de celdas, mejor será la calidad obtenida.
El
CCD de una cámara barata puede tener 128.000 celdas (320 x 240 px) en tanto que el
de una cámara de alto precio puede llegar a más de 8.000.000, por ejemplo 3326 x
2504 px
HISTOGRAMAS y ANALIZADOR de ESPECTROS Comparando una curva del histograma RGB, con una del analizador de espectros en Radio-comunicaciones, veremos que en las dos existe una información compacta situada en la parte inferior de la curva, que es el nivel alcanzado por las diversas "Frecuencias del Ruido" y la otra unitaria y despejada superior, que es la conseguida por la "Señal de la frecuencia analizada". Pues bien y aunque no es lo más normal comparar ambos procesos, si es importante conocer, que para que una señal de Radio-comunicaciones sea captable sin "Ruido de fondo", clara y diáfana, la diferencia entre la altura o nivel conseguido por el "Ruido", respecto al de la "Señal analizada", debe rondar los 123 dBm. Ejemplo "Señal" = 353.134,00 µV y "Ruido" = 0,25 µV Obtendremos: 20 log (353134,00 / 0,25) = 123 dB o dicho de otro modo el nivel de "Ruido" es 1.412.536 veces más pequeño, que el alcanzado por la "Señal" Muchos de nosotros venimos también del hobby de la Radio afición y recordamos, que el nivel de apertura por sensibilidad de un squelch, en el equipo receptor de radio-comunicaciones, ronda los 0,25 µV.
La sensibilidad de cada uno de los elementos del CCD es fija, y tiene un valor aproximado equivalente a 100 ISO.
Los
índices ISO superiores que nos ofrece la cámara digital tipos DSLR (CMOS) se logran, no por un
incremento en la sensibilidad de los elementos captores, sino por una
amplificación posterior de la señal que estos emiten. Podemos OBTENER entonces las siguientes conclusiones: 1 - La mayor calidad de una cámara digital se obtendrá usándola a su menor sensibilidad ISO equivalente. 2 - La pérdida de calidad derivada de usar una sensibilidad ISO mayor Se verificará como un aumento de pixeles distribuidos al azar, sobre todo en las zonas de sombra de la imagen. El ruido no será proporcional en toda la imagen, como el grano, sino que se manifestará como más evidente en las zonas oscuras. 3 - Las regulaciones Como el Sensibility Boost de la Nikon D1-X, que duplica o triplica la sensibilidad de la cámara no son más que un mensaje del fabricante que nos dice que estamos amplificando la señal a nuestro propio riesgo. Por algo lo presentan como una amplificación de señal y no como un índice ISO. Es arriesgado usarlo pero, personalmente, no me perdería una buena foto por miedo a usar el equivalente a 4000 ISO 4 - El ruido se manifestará más en algunos canales que en otros. El canal azul puede ser el que contenga más ruido. Podemos editar ese canal posteriormente en Photoshop para reducir el ruido mediante una aplicación de filtro Blur sobre ese canal. 5 - Será más fácil hacer correcciones profundas de densidad en archivo libre de ruido, que en el que contenga ruido, Sobre todo en zonas de sombra. Esto nos lleva a la paradoja de que antes que hacer una toma con un índice ISO demasiado alto, podría ser mejor hacer un archivo oscuro para después corregirlo usando Photoshop. Esto es válido sobre todo en capturas a 12 ó más bit. 6 - Evitar el sobrecalentamiento de la cámara. La generación de ruido aumenta con la temperatura y disminuye con esta. A temperatura constante, el ruido aumenta linealmente a lo largo del tiempo. Pero un aumento de temperatura de aproximadamente 10º C duplica la cantidad de ruido. El respaldo SinarBack de estudio tiene un sistema de refrigeración termoeléctrico para suprimir ruido y mejorar el detalle en las sombras. Y en fotografía astronómica, los respaldos CCD se refrigeran mediante Helio líquido con sistemas electrónos y suelen alcanzar temperaturas de -50 ºC.
Como
precaución, mantengamos la cámara alejada de las fuentes de luz y no la
abandonemos al Sol por mucho tiempo, pensando que como no usa película, ¡no
pasa nada!
Cuando
usemos la fuente de alimentación enchufada a la corriente de red de 220 V
tendremos mas autonomía y podemos trabajar más tiempo, pero estas sesiones
prolongadas incrementaran la temperatura del CCD. El uso del visor LCD genera
también calor en el cuerpo de la cámara, o al menos dificulta su disipación. Ver al efecto y como resumen: Sobre cómo trabajar con las DSLR (CMOS o NMOS) y volver TIEMPO POSIBLE en modo "Bulb - B"
Pues
es muy fácil la contestación: Los DARK (tomas oscuras), se efectúan al terminar la toma y con duración igual al de la toma, tienen como misión la eliminación del ruido, producido por el calentamiento del chip sensor en las digitales.. Algunas DSLR ya lo efectúan de modo automático, si se programa. Algo muy importante, para el conocimiento del nivel de ruido de cada cámara, producido por su chip y por tanto inherente ya en cualquier imagen que se capte, es efectuar los correspondientes DARK's, previos y comparativos entre varias marcas, modelos, tipo de chip, en diferentes ISO y posibles "reducciones automáticas de ruido de chip naturalmente si tiene la cámara esa opción. Algunos ejemplos, a título informativo: CMOS
Linp_01
- CANON EOS 300D ISO_400
Linp_07
- NIKON D70 ISO_400 Imágenes obtenidas, con retocado uniforme para todas, con el fin de igualar resultados: de las imágenes obtenidas, se deduce que el DARK de la imagen "Linp_08" es el más idóneo y correspondiente a la cámara CCD_NIKON D70 ISO_400 con Reducción automática de ruido siendo las conclusiones obvias -- Base de comparativa por aporte de cámaras, cortesía de Julián Martínez
Las dos curvas de respuesta siguientes, analizan Con filtro y Sin filtro "IR" el mismo tema, pero más concreto al ser fruto del análisis por puntos, de las diferentes frecuencias del espectro.
Una vez sacado el FILTRO "IR" (lo pueden hacer los Servicios técnicos oficiales de las Marcas), se debe situar una placa Baader o similar transparente (sin deformaciones), para evitar que entre el polvo, etc., ver imagen con dicha placa ya instalada, una vez sacado el filtro "IR". Sobre "Modificada Hutech", ¿Es la eliminación de filtro "IR" y colocación de placa transparente, etc.? Sí, creo que el filtro es el UV / IR blocking, efectuado por los mismos fabricantes sobre los 120,00 € (coste 2003), lo que mantiene la garantía de la cámara. - De interés relacionado ver enlace Sobre: "Hutech/Canon Spectrum-Enhanced Digital SLR Cameras" FACTOR de AMPLIFICACION APARENTE en DIGITALES
Efectivamente, es un factor de recorte de campo, por eso indico DF equivalente, no
real en la
TABLA_01
en la que
se contemplan las diferentes "FCám" (Factor de Cámara respecto a un
film de 36mm) CAMPO de VISION "PLATE SCALE"
Cálculo del campo de visión de la cámara CCD
Para ello es útil calcular el "pixel scale" o "plate scale", que nos dice cuantos segundos de arco entran dentro de un píxel de la cámara y por ende el campo total de la misma.
Por ejemplo, para el CELESTRON SC 8" PoweStar PEC a F10, tenemos que su diámetro de abertura del objetivo es Ø = 203,2 mm, y por tanto su distancia focal "DF" = 203.2 x 10 = 2032 mm.
1530 x 9 x 10-3 mm = 13,77 mm_ancho 1020 x 9 x 10-3 mm = 9,18 mm_alto) y su Ø útil sería ± 16,55 mm
Por interés relacionado ver
TABLA_01
SOBRE COMO TRABAJAR CON LAS DSLR (tipos CMOS o NMOS)
Abundando
en que, cuando se trabaja con DSLR, lo que se intenta es conseguir lo mismo que
con CCD refrigeradas, es decir efectuar tomas de
larga exposición... para captar objetos del cielo profundo, creo deberíamos
considerar los conceptos siguientes:
Procuremos
al trabajar con DSLR (tipo CMOS o NMOS), que las circunstancias de trabajo se asemejen lo más
posible, al efectuado con una CCD refrigeradas, es decir:
Al
efecto es conveniente con la DSLR
(CMOS o NMOS)
a objetivo
tapado, efectuar diversas
tomas de p.e. 10 seg c/u y a diferentes ISO (100, 200, 400, 800, 1600,
etc) y seguidamente "sin tratar la imagen, para no
modificarla" controlar en esas tomas sus histogramas, es
decir ver la cantidad de información adicional, que por efecto del
"ruido térmico" fruto de los sistemas electrónicos de amplificación,
para obtener las ISO, se suma a la imagen obtenida, cuya información es la única que
debería estar presente. Veremos, que aunque todas las imágenes "sin tratar la imagen, para no modificarla" son negras (el objetivo estaba tapado), el peso de cada una se va incrementando en relación con el aumento de las ISO, prueba adicional a la obtenida antes en el histograma, de los aportes complementarios a la señal, y que son del ruido térmico sumado Con mi DSLR (NMOS) y en tomas de 10 seg c/u, sin tratamiento posterior, he obtenido en esas imágenes y para ISO 100 un peso de 100 KB, para 200 = 134 KB, para 400 = 197 KB, para 800 = 420 KB y para 1600 = 793 KB.. y es interesante que cada uno y con su cámara, efectúe sus verificaciones, cerciorándose sobre lo comentado de la presencia de otras señales sumadas a la única que nos interesa... "la del objeto a fotografiar... " y que la enmascaran con el "ruido térmico" innecesario del uso de una ISO indebida (producido, el ruido térmico, por sus sistemas electrónicos de amplificación, para conseguirlas) Consecuentemente,.. Y naturalmente los que dominen software diversos y más tecnología, seguro que podrán obtener otras conclusiones..., pero estas en general, pueden ser de ayuda para quienes deseen iniciarse en la astrofotografía de "cielo profundo" Y como lo que nos interesa es captar solo la "señal con información", que nos llega del "objeto del cielo profundo", y cuanta más mejor... deberemos usar la ISO en las DSLR (CMOS o NMOS), que menos "ruidos térmicos" nos sume innecesariamente, para que luego con los software apropiados podamos resaltar los detalles con la información recibida del objeto captado, en esa "larga exposición" mediante la suma de varias tomas de por ejemplo 600 seg. c/u, por lo comentado sobre relación señal / ruido y conseguir en el posterior procesado, se resalten en la imagen.
Evidentemente, que con los software actuales, se elimina bastante el "ruido térmico" adicional, para obtener una imagen final de magnífica calidad..., pero parece lógico que cuanta menos “suciedad...” tengamos que sacar de la imagen captada... los resultados obtenidos tenderán a mucho mejores... _____ NOTA: Esta evaluación del concepto ISO y el de relación Señal / Ruido en fotografía digital, sirve como evidencia de que no debemos usar los conceptos técnicos de la fotografía analógica, para usar y analizar los resultados obtenidos mediante la fotografía digital, sino que debemos desarrollar sistemas de evaluación propios de ésta y muy en especial lo concerniente a las ISO, que como indicaba son en su concepción totalmente diferentes a las de analógica.. Algunos referentes de interés
Tomado del apartado "Resumen"..., del enlace anterior :
Conclusiones y reflexiones... por: Antonio Pérez y Jesús R. Sánchez, sobre cielo profundo y planetaria
o ÍNDICE TEMÁTICO ordenados alfabéticamente, sobre necesarios en astrofotografía o 30 PREGUNTAS ANTE LA COMPRA DE TELESCOPIOS o COMO FOTOGRAFIAR CON TELESCOPIOS o EJEMPLOS CON IMÁGENES cómo y con qué obtenerla
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