如何用數(shù)碼相機(jī)拍攝天文照片

1、如何用數(shù)碼相機(jī)拍攝天文照片劉佳能一導(dǎo)言從前學(xué)習(xí)天文攝影，總是從固定攝影開始，拍攝星座、銀河，然後學(xué)習(xí)使用赤道 儀，到熟習(xí)了自己的器材後，才拍攝高倍的行星、月球?？墒菙?shù)碼攝影漸趨普及 以後，情況有了很大的改變。不少人拿著數(shù)碼相機(jī)或網(wǎng)絡(luò)視像器，拍攝的第一張 天文照片竟然是高倍的行星、月球。於是遇到了一連串的問題：怎樣才能準(zhǔn)確對 焦？該怎樣設(shè)定光圈 、快門？怎樣疊合照片？怎樣做圖像處理？哪裏可以學(xué)習(xí)相 關(guān)的技術(shù)？本文會(huì)嘗試為以上的問題提供一個(gè)答案，並重點(diǎn)介紹，使用數(shù)碼相機(jī) 和網(wǎng)絡(luò)視像器拍攝高倍行星照片的技術(shù)要點(diǎn)，以及有關(guān)電腦軟件的使用方法等。 這些全是筆者的經(jīng)驗(yàn)之談，如有錯(cuò)漏，懇請各方天文同好不吝指

2、正。二CCD 攝影儀器的種類1. 靜態(tài)數(shù)碼相機(jī)（ Digital still camera）分可卸下和不可卸下鏡頭兩種：可 卸下鏡頭的數(shù)碼相機(jī)用於放大攝影，可以採用（ 1）直接焦點(diǎn)法（ Prime focus）、（2）目鏡投影法（ Eyepiece projection）和（ 3）目鏡加相機(jī)鏡頭 投影法（又稱無焦點(diǎn)拍攝法，英文稱 Afocal ）三種方法。不可卸下鏡頭的數(shù) 碼相機(jī)只可以採用以上第三種方法拍攝 。但由於在望遠(yuǎn)鏡物鏡和感光 CCD 之 間除了有目鏡外還有一組鏡頭阻礙光線，故拍攝效果一般以（ 3）為最差。巿面上絕大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)都屬於不可卸下鏡頭的款式現(xiàn)時(shí)較多人使用的其中一款數(shù)碼相機(jī)2

3、. 冷凍 CCD 相機(jī)( Cooled CCD camera)由於 CCD 在曝光過程中會(huì)出現(xiàn)雜訊（ Noise），曝光時(shí)間愈長、拍攝場地 的溫度愈高、雜訊便愈大。但只要把 CCD 冷凍至攝氏零度以下，雜訊便能大 幅減少。使用冷凍 CCD 拍攝彩色照片需要分別使用紅、綠、藍(lán)濾鏡拍攝，再 把三種照片按比例疊合成一張（各拍攝數(shù)張至數(shù)十張） ，還有平場（ Flat field ）、除暗流（ Dark frame）、Bias calibration 等重要工序。技術(shù)要求非常 高，而且售價(jià)昂貴，由數(shù)千至數(shù)萬元，甚至以上。長期以來，冷凍 CCD 一直 是拍攝深空天體和高解像行星、月球照片的主要設(shè)備。Sta

4、rlight Xpress 的一款冷凍 CCD 相機(jī)3. 網(wǎng)絡(luò)視像器（ Webcam） 這是近年才流行起來的方法?，F(xiàn)今世界上最高水平的行星、月球照片很多都 是使用網(wǎng)絡(luò)視像器拍攝的。它的好處是價(jià)錢平，只需數(shù)百元便可買到一個(gè)； 缺點(diǎn)是必須配合電腦使用，而且 CCD 面積細(xì)小，只有數(shù)十萬像素，雜訊亦比 前兩款 CCD 相機(jī)大得多。現(xiàn)今最多人使用的一款網(wǎng)絡(luò)視像器 Philip 的 ToUcam Pro 7404. 數(shù)碼攝錄機(jī)（ DV ） 把攝錄機(jī)接駁在望遠(yuǎn)鏡後面，把影像記錄在數(shù)碼攝錄帶上，再從攝錄帶上擷 取影像。5. 閉路電視鏡頭（ CCTV ）+ 數(shù)碼攝錄機(jī) 把閉路電視鏡頭接駁在望遠(yuǎn)鏡後面，把攝取的

5、影像傳送至數(shù)碼攝錄機(jī)，再從 數(shù)碼攝錄帶上擷取影像。以上 4、5兩種方法我沒有試過，但就筆者的經(jīng)驗(yàn)之談，冷凍 CCD 的技術(shù)要 求最高，其次是網(wǎng)絡(luò)視像器，而以數(shù)碼相機(jī)的技術(shù)最容易掌握，數(shù)碼攝影的初學(xué) 者適宜由這裏開始。三選擇數(shù)碼相機(jī)的要點(diǎn)1. CCD 的有效像素不少於 200萬（即 1600 x1200像素），而最理想是達(dá)到 310 萬（即 2048 x1536 像素）。2. 鏡頭前端要有螺絲紋，以方便製作接合環(huán)接駁至望遠(yuǎn)鏡。3. 鏡頭變焦的活動(dòng)部分不能外露，否則當(dāng)接上望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭焦距時(shí)，鏡頭會(huì)撞上目鏡，引致?lián)p壞。4. 要選擇能手動(dòng)調(diào)節(jié)光圈、快門和白平衡( White balance)的

6、機(jī)種。5. 要選擇彩色顯示屏能調(diào)節(jié)角度的機(jī)種，這在拍攝位於天頂附近的拍攝物時(shí)很 重要。6. 能容許愈長時(shí)間曝光愈好。但須留意，有些相機(jī)雖設(shè)有 B 快門，但曝光時(shí)間 仍有限制，如 Nikon 的 Coolpix 990，在 B 快門下只能曝光 60 秒。必須注意， 曝光時(shí)間愈長，感光速度愈高，雜訊愈大，見下圖拍攝 M42 中心的示範(fàn)作 品。除了以上這些，如果相機(jī)有連環(huán)快拍設(shè)定、能設(shè)置快門線，並有自動(dòng)減除 Dark frame 的裝置則更佳。四準(zhǔn)確設(shè)定自己的數(shù)碼相機(jī)1. 設(shè)定框幅拍攝月球和太陽，宜選擇最高解像度 、壓縮最小的模式 。以筆者的 Coolpix 990 為例，它有三種框幅選擇： 204

7、8 x 1536像素、 1024 x 768像素、 640 x 480像 素。以低倍率拍攝月球，應(yīng)選擇 2048 x 1536像素。以高倍率拍攝月球、行星 則適宜選擇 1024 x 768 像素。2. 設(shè)定白平衡由於月球和太陽都是近乎黑白的影像，故可採用黑白或者日光模式。行星的 光線來自太陽，故亦可採用日光模式。注意，即使經(jīng)望遠(yuǎn)鏡高倍放大，行星 亦只佔(zhàn)整個(gè)畫面的很小部分，在這情況下，相機(jī)的自動(dòng)白平衡會(huì)完全失效， 行星會(huì)嚴(yán)重偏色。如果採用連環(huán)快拍模式，白平衡更會(huì)在拍攝過程中不斷改 變，令行星出現(xiàn)不真實(shí)的顏色。3. 設(shè)定光圈、快門、感光速度( ISO 設(shè)定)除了太陽以外，拍攝行星、月球和深空天體，

8、都適宜採用 光圈先決 模式， 先把光圈調(diào)至最大，再選擇合適的快門速度。雖然採用較高速的快門，照片 受到大氣氣流的影響較小，但曝光不足， CCD 產(chǎn)生的雜訊又會(huì)很大，拍攝者 必須在此取得一個(gè)平衡。筆者提供一個(gè)重要的準(zhǔn)則：拍攝行星、月球、太陽， 最佳的曝光值便是 CCD 達(dá)致飽和（ Saturation）之前的那一檔。 至於感光速度愈高， CCD 的雜訊亦會(huì)愈高，因此感光速度的設(shè)定以愈低愈 好。還有一點(diǎn)很重要，照片在破壞性壓縮（ JPEG）模式下，行星影像以 外的星空背景 （黑色的部分） 不會(huì)佔(zhàn)用記憶體，原來 2048 x 1536 像素會(huì)由佔(zhàn) 用約 1MB 的記憶體變?yōu)橹挥?100KB 甚至數(shù)十

9、 KB，但在 ISO 200 或 400 的 感光設(shè)定下，拍攝同一樣?xùn)|西的檔案會(huì)增大了數(shù)倍，原因在於原來全黑的背 景充滿了雜訊，不再全黑的緣故。五數(shù)碼相機(jī)接上望遠(yuǎn)鏡拍攝時(shí)的注意事項(xiàng)1. 物鏡和相機(jī)鏡頭之間愈少障礙愈好，因此拍攝時(shí)切勿加上天頂棱鏡，這會(huì)令 照片的拍攝效果大打折扣。2. 鏡頭要盡量貼近目鏡，否則很容易出現(xiàn) 黑角 現(xiàn)象，兼嚴(yán)重影響成像素質(zhì)。從圖中右上角和左上角可看到明顯的黑角現(xiàn)像 ，左右不對稱正是因?yàn)槟跨R和相機(jī) 鏡頭光軸不一致。3. 對焦要準(zhǔn)確。拍攝者可以先通過目鏡對焦，然後加上相機(jī)拍攝；也可以先用 目鏡粗略對焦，套上相機(jī)後從彩色顯示屏精確對焦。如果想對焦的準(zhǔn)確度再 提高一些，可以用

10、數(shù)碼變焦把拍攝物放大 2至 4倍，調(diào)焦後再取消數(shù)碼變焦4. 有一點(diǎn)要留意，對焦前必須把相機(jī)焦點(diǎn)設(shè)定為無限遠(yuǎn)，否則在自動(dòng)對焦功能 下，相機(jī)不斷尋找焦點(diǎn)，令原來已對焦準(zhǔn)確的影像變得模糊。5. 不要採用自動(dòng)曝光模式。以筆者的 Coolpix 990 為例，它採用全開光圈測光， 但在拍攝太陽和月球等光亮物體，曝光時(shí)卻會(huì)收細(xì)了光圈，令照片出現(xiàn)嚴(yán)重 黑角。除此以外，更要關(guān)掉閃燈，否則會(huì)影響了白平衡。6. 選擇適當(dāng)?shù)慕贡? Focal ratio)拍攝是一個(gè)很重要的步驟。若放大倍率過小， 便不能清楚表現(xiàn)出拍攝物的細(xì)節(jié)；若倍率過大，影像變暗，便要增加曝光時(shí) 間，令照片更受大氣擾動(dòng)影響。一枝望遠(yuǎn)鏡使用不同焦比拍攝土星的效果使用 Afocal 方法拍攝，合成焦比（或稱有效焦比，Effective focal ratio，簡稱 E.F.L.） 可從下式求得：望遠(yuǎn)鏡倍率 x 相機(jī)鏡頭焦距 望遠(yuǎn)鏡口徑（單位毫米）舉例：一枝 8吋口徑望遠(yuǎn)鏡，焦距 2000毫