Física na Veia!

Arquivo : SharpCap

Astrofotografia Planetária: a saga continua
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Júpiter e Saturno, capturados em 11 de julho de 2017, e  montados em imagem única.

 

Seguindo o que foi proposto no post anterior, sigo com meus estudos teóricos e práticos para, aos poucos, dominar a arte da astrofotografia planetária¹. Estou aproveitando as férias escolares de inverno para fazer um intensivão! Em período letivo, vida de professor é sempre corrida.

Consegui maior tamanho das imagens capturadas usando uma lente barlow 2x que, como sugere o nome, dobra o aumento. Com mais aumento, o campo visual capturado fica mais restrito. Logo, é preciso ter as “manhas” para conseguir a “pontaria” precisa que permita ver alguma coisa na tela do notebook. Para tal, contei com importantes dicas à distância do experiente astrofotógrafo Denis Valentim Rodrigues, da vizinha cidade de Aguaí, interior de São Paulo, e inestimável ajuda presencial do Gabriel Akira Yanaguya, jovem astrofotógrafo daqui de São João da Boa Vista. Valeu Denis e Gabriel!

Uma dica pontual e que deu resultado foi encontrar o planeta pela ocular inicialmente com uma lente de pequeno aumento e deixá-lo perfeitamente centralizado no campo de visão do telescópio. A seguir, ir colocando lentes de menores distâncias focais, ou seja, propiciando aumentos gradativamente maiores. E sempre, a cada etapa, ir centralizando o planeta no campo de visão que se obtém através da ocular da forma mais perfeita possível. Por fim, a última centralização, com aumento máximo, é feita com a barlow, no limite do aumento do equipamento. Só então retira-se a ocular e coloca-se a webcam sobre a barlow que já está instalada no focalizador do telescópio.

Outra “manha” prática importante é estourar o ganho da webcam e deixar o focalizador do telescópio longe das posição que dá foco perfeito. Assim será possível ver na tela do notebook um “borrão” muito maior do que o planeta que é, na verdade, uma imagem do suporte do espelho secundário (conhecido como aranha) retroiluminado pela luz do planeta. A partir daí, centralizando o borrão no campo visual e justando o foco com delicadeza, veremos gradativamente o planeta brotar na tela do notebook.  Aí é só calibrar  os parâmetros da câmera (ganho, exposição, equilíbrio de cores, etc.) e disparar a captura do vídeo que será, posteriormente, empilhado para que se obtenha uma imagem única do objeto fotografado que será pós processada (confira mais detalhes no post anterior).

Minhas primeiras capturas, feitas em junho e reprocessadas em julho, geraram imagens minúsculas de Júpiter e Saturno, o que não entregava para os softwares de pós processamento informações suficientes para conseguir boas imagens. Com uma barlow 2x o resultado melhorou bastante!

Experimentamos (Gabriel e eu) duas barlows simultaneamente, quadruplicando o aumento, técnica sugerida pelo Denis. E o resultado foi muito bom! As imagens acima foram obtidas com as duas barlows trabalhando juntas.

Ficou muito evidente que, com maior aumento, com mais dados capturados, a qualidade do resultado no pós processamento cresce exponencialmente, permitindo recuperar muitos detalhes dos planetas. Mas, como já era esperado, imagens maiores são, naturalmente, mais escuras. A baixa luminosidade torna o processo de captura mais crítico no tocante à calibragem da câmera, ainda mais porque estou usando uma webcam comum (Logitech C270 ) adaptada ao telescópio (veja post anterior). Imagino que com uma câmera dedicada à astrofotografia isso seja menos complicado, embora sempre um processo crítico e importantíssimo para o resultado final.  Acredito que, com treino e paciência, mesmo com uma mera webcam, conseguirei um bom ajuste dos parâmetros de captura e resultados bastante satisfatórios. Tudo é questão de treino e paciência. Muita paciência, especialmente.

Infelizmente, para acrescentar “mais emoção” ao processo, o sensor da webcam sujou. É que, sem a lente da webcam, o sensor fica exposto. Como explicado no post anterior, retirar a lente da webcam é necessário para que se possa projetar sobre o sensor digital a imagem real² gerada pelo espelho parabólico (primário) do telescópio.

O efeito prático de uma pequena partícula de poeira grudada no sensor é o aparecimento de uma mancha escura, resultado da obstrução da luz sobre os pixels do sensor. Para entender melhor como é isso, confira na imagem a seguir um frame capturado com o sensor limpo e outro “contaminado” pela sujeira no sensor.

O frame da esquerda foi feito com o sensor limpo. Mas o frame da direita está “contaminado”

Essa mancha escura, no pós processamento, é interpretada pelos softwares de empilhamento como pertencente à imagem verdadeira do planeta e, portanto, entra como se fosse um dado real, gerando uma imagem que não condiz com a realidade. Note, por exemplo, na foto lá no topo do post, que a esfera planetária de Saturno, que deveria ter linhas paralelas bem nítidas, ficou borrada. Isso é efeito da sujeira no sensor que, portanto, para boas astrofotos, deve estar sempre 100% limpo.

Estou guardando a webcam acondicionada dentro de uma bolsa de couro, bem fechada com zíper. Mas, mesmo assim, a chance do sensor exposto receber e reter partículas de poeira fica enormemente maior. Já estou providenciando a compra de uma bombinha (ou pera) manual de ar, como a da imagem abaixo, para literalmente soprar para fora a poeira do sensor e mantê-lo sempre limpo. Descobri, na prática, que o tal soprador é um acessório indispensável para a astrofotografia.

Soprador para limpar o sensor (Fonte: Mercado Livre)

Na base da gambiarra, arrisquei soprar o sensor da webcam com secador de cabelo com jato frio, sem aquecimento. Melhorou. Mas é um processo de risco porque o próprio secador pode ter poeira acumulada e acabar soprando-a para dentro do sensor, piorando a situação. Só corri o risco porque a webcam é de baixo custo (R$ 100). Jamais faria isso com uma câmera cara de mais de R$ 1000.

Fiquei bastante satisfeito com a melhora das imagens, especialmente porque entre as primeiras capturas (veja abaixo) e as mais recentes (confira imagem no topo do texto) há menos de um mês de experiência. Mas os detalhes registrados são muito melhores agora! Com mais tempo e perseverança, melhorando tanto a captura quanto o pós processamento, a qualidade das imagens só pode (e vai!) melhorar.

Júpiter e Saturno, meus primeiros registros feitos em junho e recentemente reprocessados.

 

O mais legal de tudo é a diversão! Olhar o céu, mesmo a olho nu, especialmente de um lugar escuro, longe das luzes do centro da cidade, já é uma experiência sensacional. Com telescópio é ainda melhor. Mas poder fazer registros fotográficos e, com técnica de pós processamento, capturar detalhes que não conseguimos ver espiando diretamente na ocular, é delicioso. E instigante! A cada nova captura, quero melhorar mais e mais. Depois, fico tentando entender o que deu certo e o que não deu, vendo o resultado do pós processamento, já pensando numa próxima tentativa mais bem sucedida. É um vício do bem!

Nestas mais recentes imagens, testei outro software de captura: o FireCapture. Interessante! Ele tem alguns recursos bem úteis que o SharpCap não tem. Abordarei mais detalhes sobre os softwares de captura e pós processamento mais adiante, possivelmente fazendo tutoriais. Mas deixo já uma dica preciosa: depois que instalei o FireCapture em sua versão 2.5, a mais atual, tive que fazer downgrade para a versão 2.4. O Gabriel chamou a minha atenção para o fato de que a versão mais nova só reconhece câmeras dedicadas. A 2.4 também consegue reconhecer as webcam. Se você for tentar fazer astrofotografia com webcam, tenha isso em mente.

Testei também nesta segunda etapa o PIPP – Planetary Imagem PreProcessor que, como sugere o nome, faz um pré processamento dos frames do vídeo, o que pode ajudar bastante na qualidade do processo de empilhamento, especialmente se o telescópio não tiver motorização para fazer o acompanhamento do movimento aparente dos astros no céu. No meu caso, com montagem motorizada, a diferença não foi tão perceptível. Mas vou testar uma maneira de gerar fotos dos frames individuais para fazer uma inspeção visual dos mesmos, além da inspeção automática que o software já faz. Talvez assim seja possível eliminar um ou outro frame menos confiável, melhorando ainda mais a qualidade da imagem final. Se eu obtiver bons resultados com essa possível mas ainda não testada técnica, posto futuramente no blog.

Por hoje é isso!

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Abraços. E Física (e Astrofotografia) na veia!


1 -Adiante é certo vou querer praticarastrofotogroafia de DSO – Deep Sky Objects, registrando nebulosas, aglomerados e galáxias, por exemplo. Mas essa técnica requer mais amadurecimento e, talvez, equipamento dedicado.
2-Somente imagens reais podem ser projetadas. Lembra da Óptica Geométrica básica de ensino médio?

Já publicado no Física na Veia! 

(*) Post na plataforma antiga do blog


Astrofotografia planetária: primeiros passos
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Skywatcher Star Discovery 150 mm, meu “brinquedinho” novo

 

Acabo de realizar um sonho: comprei um telescópio! Faz dois meses. Mas no primeiro mês só choveu! É “maldição do telescópio novo”, bem conhecida entre os astrônomos amadores. Agora em julho, durante as férias escolares, apesar do frio, quero aproveitar para observar/registrar o céu o máximo que eu puder.

Adquiri um Skywatcher Star Discovery, refletor newtoniano de 150 mm de abertura e 750 mm distância focal. Ele já vem de fábrica com motorização¹ para compensar o movimento de rotação da Terra, permitindo fazer acompanhamento (ou tracking) do astro observado que assim permanece por um longo período sempre dentro do campo de visão do equipamento. E também tem GoTo,  sistema que permite apontar o telescópio automaticamente para qualquer objeto celeste nele já catalogado de fábrica, no hand control (Synscan 4), ou registrado manualmente pelo usuário.

Mas não tem mágica. Nem moleza! No início das observações é necessário realizar o alinhamento, processo manual e meticuloso que “ensina” para o telescópio exatamente onde ele está, ou seja, passa para ele as coordenadas geográficas do local (latitude/longitude) bem como a altitude. Também é preciso informar para o equipamento a data, o horário mais exato possível e para onde fica o norte verdadeiro. Depois disso, para confirmar a sua localização no tempo e no espaço, o equipamento pede para “ver” no céu dois astros conhecidos. Quem está operando a máquina deve apontar o telescópio manual e exatamente para os dois astros, em geral duas estrelas que o próprio software do telescópio sugere. A partir daí o telescópio “sabe” onde está e que dia e horas são. E, como pode calcular e prever as posições dos astros do céu local em tempo real, passa a ajudar na localização de qualquer objeto celeste visível bem como no acompanhamento do mesmo.

O equipamento também pode ser controlado pelo computador usando softwares capazes de simular o céu e que trabalhem com plugin que permita a conexão (por cabo ou sem fio) com o telescópio. Estou usando o Stellarium, opensource e freeware.

Detalhes do equipamento

Adquiri o equipamento com dois propósitos: 1- turbinar os meus cursos de astronomia, que agora também poderão contar com sessões de observação, e 2- aprofundar meu conhecimento e técnica em astrofotografia.

Aqui no blog, por diversas vezes, publiquei fotos de astros feitas por mim. Mas sempre sem telescópio, usando apenas uma câmera digital “normal” com recurso de zoom óptico alto e controle de parâmetros típicos de qualquer equipamento semiprofissional e relativamente barato. Veja neste post, e também neste outro, exemplos do que estou dizendo. Lá embaixo, no rodapé, em Já publicado no Física na Veia!, apresento outros links para posts com mais astrofotografias feitas apenas com câmera digital.

Agora, com telescópio, astrofotografia é outro papo. Até dominar melhor a técnica e saber bem onde e como devo investir mais dinheiro, em vez de uma câmera digital dedicada à astrofotografia, equipamento que pode começar custando R$ 1.500 e ultrapassar fácil a casa dos R$ 10.000,  estou me divertindo com uma webcam Logitech C270 de R$ 100, modelo bastante conhecido entre os astrofotógrafos amadores pela excelente relação custo-benefício. Acima dela, só as tais câmeras dedicadas que, mesmo no mercado de usados, não custam menos do que R$ 1000.

A “gambiarra” consiste em retirar a lente da webcam, expondo o sensor digital da mesma. E adaptar nela um tubo que se encaixe no focalizador do telescópio, sem a ocular. O focalizador do meu telescópio segue o padrão 1,25 polegadas. Uma luva de PVC, de poucos reais, e que tem exatamente 1,25 polegadas, serve (sem querer fazer trocadilho) como uma luva! Confira o resultado na imagem abaixo.

Webcam adaptada. No detalhe, o sensor (sem lente) centralizado na luva de PVC

Neste tipo de adaptação, o espelho primário do telescópio (côncavo, parabólico) vai coletar a luz do astro observado para produzir uma imagem real e bem luminosa que, portanto, pode ser projetada² diretamente sobre o sensor da câmera. É possível, para capturar uma imagem mais ampliada, acoplar no focalizador uma lente chamada Barlow e sobre ela a webcam. A Barlow, em geral, tem um determinado fator de ampliação. A que possuo é uma Barlow 2x que, portanto, dobra o aumento da imagem obtida pela câmera. Existem no mercado Barlows de maior fator de aumento. Mas há sempre que se tomar cuidado com o limite de aumento do equipamento. De nada adianta uma barlow 5x se a óptica do telescópio não dá conta do recado e você obtém uma imagem bastante ampliada mas sem nitidez alguma.

Usando um software de captura, no meu caso o SharpCap (versão gratuita para uso não comercial), dá para controlar a webcam (ou câmera dedicada) e gravar pequenos videos dos astros. Um vídeo nada mais é do que uma sucessão de frames, ou seja, uma sequência de fotos separadas. Se o vídeo foi feito com taxa de 30 frames/s, por exemplo, então a cada segundo teremos 30 frames (ou 30 fotos) registradas. Assim, se gravamos 100 segundos, teremos 3000 frames ou fotos individuais do astro.

Com outro software específico, é possível analisar e escolher de forma automática os melhores frames, descartando as imagens defeituosas e preservando apenas as mais nítidas que, obviamente, são as que mais nos interessam.  Em seguida, o próprio software faz o empilhamento, ou seja, processo que gera a sobreposição perfeitamente alinhada dos melhores frames escolhidos. O resultado final é uma imagem equivalente à longa exposição, rica em detalhes que, mesmo olhando ao vivo na ocular do telescópio, não conseguimos captar com os olhos. Para empilhamento estou usando o AutoStakkert, gratuito, e o mais recomendado pelos astrofotógrafos amadores para este processo importantíssimo para o registro de planetas e também da lua.

AutoStakkert em ação, empilhando imagens de Saturno

Por fim, para fazer o processo de finalização da imagem e que consiste, dentre outras coisas, aplicar a deconvolução, importante algoritmo que recupera detalhes reais de uma imagem a partir de uma foto “borrada”, estou usando o Registax. Ele também é gratuito e, apesar de também fazer o empilhamento, acabou perdendo espaço para o AutoStakkert que, segundo os astrofotógrafos amadores mais experientes, tem se mostrado mais eficiente nesta etapa inicial do pós processamento das imagens. Mas o AutoStakkert não trabalha com deconvolução, etapa que o Registax chama de wavelets. Desta forma, os dois softwares acabaram ficando interdependentes e, na prática, juntos formam uma dupla muito eficiente!

Registax em ação, na finalização de uma imagem de Saturno

Confira abaixo os meus primeiros registros de Júpiter e Saturno usando telescópio com webcam e técnicas de pós processamento via software.

Júpiter e Saturno, registrados separadamente, e montados numa única imagem

No caso de Júpiter e Saturno, por pura inexperiência, não consegui ampliação maior dos planetas. A ampliação poderia entregar para os softwares de empilhamento e finalização mais detalhes dos astros, o que certamente resultaria em imagens muito mais ricas em detalhes. Mas era apenas a segunda vez que eu tentava capturar imagens com a webcam acoplada ao telescópio. Sem as manhas necessárias, quando tentei dobrar o aumento usando a lente Barlow, não consegui ver nada nada tela do notebook.

Amigos astrofotógrafos mais experientes já apontaram possíveis erros e respectivas soluções. Nas próximas capturas, seguindo as dicas, vou tentar acertar na técnica, driblando as dificuldades, visando melhorar a qualidade e ampliação das imagens registradas em vídeo, o que imagino terá reflexo significativo na qualidade final das imagens planetárias. Aguarde!

Mas fica aqui o primeiro registro de astrofotografia planetária de minha vida, válido muito mais pela importância histórica do que pela qualidade ainda baixa perto do que é possível conseguir!

Com a mesma técnica de captura e pós processamento, também fiz registros da lua, nosso satélite natural.

Tratando imagem da Lua com o Registax

Ainda levando uma surra da técnica, coisa típica de principiante, publico abaixo o meu melhor resultado lunar.

Meu primeiro registro lunar

A partir de agora, astrofotografia será assunto ainda mais presente no blog! Se você gosta do assunto e quer saber mais, fique ligado! Se tiver experiência e quiser contribuir com os posts, deixe seus comentários. Será um prazer!

Quero aproveitar o blog e sua audiência para documentar em tempo real a minha curva de aprendizado pessoal. A ideia é ir passando para os leitores do blog interessados em astrofotografia todos os macetes desta área que, embora amadora, evoluiu muito nos últimos anos. Hoje, com pouco investimento mas muita dedicação e softwares dedicados, dá para fazer imagens que antes somente grandes telescópios conseguiam.

No próximo post, em breve, darei uma dica de livro imperdível para quem quer iniciar em astrofotografia. Aguarde!

Encerro o texto agradecendo ao Nei Martins (de Matão, interior de São Paulo) que me vendeu o telescópio e, de brinde , me deu a webcam já adaptada. Comprei um telescópio, ganhei uma câmera e um amigo que também me deu as primeiras dicas de software para astrofotografia! Valeu Nei!


1- O Skywatcher Star Discovery tem montagem altazimutal, configuração que se presta bem para astrofotografia leve, ou seja, da lua e de planetas. Para objetos de céu profundo, como nebulosas e galáxias, a montagem  mais indicada é a equatorial capaz de fazer um acompanhamento bem mais preciso.
2-Lembra da Óptica Geométrica do ensino médio? Somente imagens reais, ou seja, obtidas pelo cruzamento de raios de luz de verdade, podem ser projetadas. Imagens virtuais, obtidas pelo cruzamento de prolongamentos de raios, sem luz de verdade, por razões óbvias, não podem ser projetadas.

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