مباني عکاسي نجومي با دوربين هاي ديجيتال(4)

انتخاب دوربين مناسب براي عکاسي نجومي
 

منظور ما از دوربين ديجيتال در اين مجموعه مقالات، دوربين هاي تک لنزي بازتابي ديجيتال است. اين دوربين ها را به اختصار (Digital Single Lens Reflex) DSLR مي نامند. اين نوع دوربين، آينه اي در جلو حس گر دارد که مسير نور آمده از لنز را به سوي چشمي دوربين تغيير مي دهد تا عکاس همان قاب تصويري را ببيند که از درون لنز دوربين ديده مي شود. به همين علت برخلاف دوربين هاي دو لنزي که لنزي مجزا براي چشمي دوربين دارند، به اين دوربين ها تک لنزي مي گويند. وقتي دکمه شاتر را فشار مي دهيم، آيينه از مسير نور بالا مي رود تا تصوير روي حس گر بيفتد و ثبت بشود. هنگامي که شاتر را رها مي کنيم آينه به جاي خود بر مي گردد و دوباره مي توانيم تصوير درون لنز را از چشمي دوربين ببينيم.
برتري بزرگ دوربين هاي تک لنزي ديجيتال، براي عکاسي معمولي در روز اين است که دقيقاً همان چيزي، که از درون چشمي دوربين مي بينيد، در عکس ثبت مي شود. برتري بزرگ ديگر اين دوربين ها براي عکاسي هاي بلندمدت و نجومي اين است که امکان نوردهي بلندمدت، حس گر ديجيتال و قابليت تعويض لنز دارند. مي توان لنز آنها را جدا کرد و آن را مستقيماً به تلکسوپ وصل کرد. در اين صورت تلسکوپ مانند لنز تله عمل مي کند. از لنزهاي معمولي دوربين هم مي توان براي عکاسي هاي نجومي با منظره باز، مانند صورت هاي فلکي و يا راه شيري استفاده کرد.
مزيت ديگر دوربين هاي DSLR نسبت به دوربين هاي CCD مخصوص عکاسي نجومي اين است که براي گرفتن عکس با آن ها نيازي به کامپيوتر نيست. از طرفي، مي توان از اين دوربين ها براي عکاسي خانوادگي يا طبيعت نيز استفاده کرد. کاري که با دوربين هاي CCD نجومي تقريباً محال است. در ضمن، دوربين هاي جديد DSLR به طرز فوق العاده اي نوفه (Noise) کم و حساسيت زيادي دارند. دو خصوصيتي که در عکاسي از اجرام کم نور نقش به سزايي بازي مي کنند.
مي پرسيد، بهترين دوربين DSLR براي شروع عکاسي نجومي کدام است؟ بايد گفت هرکدام از مدل هاي اخير کانن يا نيکن بسيار مناسب اند. اگر يکي از اين دو نوع را هم اکنون در اختيار داريد، اين همان دوربيني است که بايد کار را با آن شروع کنيد. اگر دوربين DSLR نداريد، گزينه هاي بسياري در بازار موجودند.
از آن جايي که بيشتر دوربين هاي DSLR که در 5 يا 6 سال گذشته به بازار آمده اند نوفه کمي دارند براي عکاسي با نوردهي طولاني و گرفتن عکس هاي نجومي از اعماق آسمان به کار مي آيند. از اين دست مي توان دوربين هاي کانن 20D، (Digital Rebel D350 XT)، و نيکن D70,D50 را نام برد. دوربين هاي جديدتر، از اين ها هم بهترند چون نوفه کمتر و قابليت نمايش زنده هم دارند که اين يکي براي واضح کردن تصوير خيلي به کار مي آيد. تصوير زنده (Live view) همان تصويري که روي حس گر مي افتد را به صورت ويديو هم زمان روي نمايشگر LCD در پشت دوربين نشان مي دهد به اين ترتيب، ديگر براي واضح کردن تصوير نياز به نگاه کردن به درون چشمي کوچک و کم نور دوربين نيست.
در زير فهرستي از دوربين هاي ديجيتال حرفه اي و نيمه حرفه اي نيکن و کانن که داراي نوفه کم و قابليت نمايش تصوير زنده اند آمده است. هرکدام از اين ها، دوربين بسيار خوبي، هم براي عکاسي در روز و هم براي عکاسي نجومي اند. از اين ميان، دوربين پيشنهادي من براي منجمان عکاس تازه کار، ارزان ترين آنها، يعني کانن D1000 (Digital Rebel XS) است.
تقريباً هر شش ماه يک بار، توليد کنندگان بزرگ دوربين مدل جديدي به بازار عرضه مي کند. کانن، نيکن، آليمپوس، فوجي، پاناسونيک، پنتاکس، سامسونگ، سيگما و سوني مدل هاي گوناگوني از دوربين هاي ديجيتال توليد مي کنند. شايد بسياري از آنها دوربين هاي مناسبي باشند، اما مشکل اين جاست که تعداد قابل توجهي از منجمان عکاس از آنها براي عکاسي نجومي استفاده نمي کنند. بيشتر عکاسان نجومي از دوربين هاي کانن براي اين کار استفاده مي کنند. هرچه مطمئنم تعداد کمي هم هستند که دوربين هاي غير از کانن عکس نجومي مي گيرند، اما من شخصاً حتي يک نفر را هم از اين گروه نمي شناسيم. از آن جايي که نمونه عکس هاي نجومي اي که با دوربين هاي ديگر گرفته شده باشد نديده ام نمي توانم بين آنها به منظور عکاسي نجومي مقايسه اي بکنم. بنابراين براي ادامه بحث فقط از دوربين هاي نيکن و کانن خواهيم گفت.
کانن و نيکن دوربين هاي ديگري هم توليد مي کنند که حس گرهاي بزرگ تري دارند. حس گرهاي آن ها به جاي 22×15ميلي متر،36×24 ميلي متر است. اين مدل دوربين ها بسيار گران ترند و در رده حرفه اي قرار دارند. اين دسته از دوربين ها مي توانند ميدان ديد گسترده تري را ثبت کنند، اما حس گر اين دوربين ها، به همان اندازه هم اَبيراهي و عيوب لنز را در کناره هاي ميدان ديد بيشتر ثبت مي کند. براي کاهش ايبراهي بايد از لنزها و يا تلسکوپ هايي با کيفيت اپتيکي بالا، که خطاهاي کمتري دارند، استفاده کرد.

طرز کار دوربين هاي ديجيتال
 

درون دوربين هاي ديجيتال، حس گري کار گذاشته شده که روي سطح آن ميليون ها دانه حساس به نور چيده شده است. حس گر دوربين، فوتون هاي نور را جذب و آن ها را به الکترون تبديل مي کند. اين الکترون ها، بسته به مقدار نوري که جذب کرده اند، نيروي الکتريکي معيني ايجاد و آن را به اعدادي خاص تبديل مي کنند. يعني ترکيبي از هر شدت نور و طيف نور به عددي خاص ترجمه مي شود. پس هر پيکسل بر اساس نور دريافتي يک عدد خاص توليد مي کند و هر عدد، معرف يک رنگ با شدت نور خاص است که با چيدن اين اعداد کنار هم مي توان تصوير ساخت. به همين علت است که به اين دوربين ها، دوربين هاي ديجيتال (رقومي) مي گويند. از آن جايي که رايانه ها به خوبي با اعداد کار مي کنند مي توان با تغيير دادن مقادير تنظيم، تغييرات دلخواه را در تصوير به دست آورد.

دامنه پويا
 

دامنه پويا (Dynamic Range) دامنه اي است از روشنايي، که از تاريک تا روشن را در بر مي گيرد. برخلاف چشم انسان که دامنه گسترده اي از روشنايي را مي بيند، دوربين ها دامنه بسيار کوچک تري را نسبت به چشم انسان مي توانند ثبت کنند. مناظر طبيعي جهان معمولاً دامنه گسترده تري از توان ثبت دوربين ها دارند. اجرامي خاص در آسمان نيز، مانند سحابي جبار، دامنه اي وسيع دارند. دامنه اي که دوربين ديجتال نمي تواند آن را در يک لحظه ثبت کند.

عمق بيت
 

درک ما از جهان بيرون ساخته مجموعه اي از سايه روشن هاي به هم پيوسته است. مثلاً در هنگام غروب، آسمان در غرب به تدريج و پيوسته از روشني به آسمان تاريک در شرق مي پيوندد. اما دوربين ها، اين پيوستگي سايه روشن در طبيعت را به صورت پله اي ثبت مي کنند. تعداد فوتون هاي جذب شده روي حس گر دوربين، شدت روشنايي هر رنگ را تعيين مي کند و اين شدت به رقمي تبديل مي شود که مشخص کننده روشنايي آن رنگ خاص است. عمق بيت (Bit Depth) هر دوربين، تعداد پله هاي سايه روشني است که دامنه پوياي دوربين، به آن تقسيم شده است.
به زبان رياضيات، عمق بيت را بر پايه 2 نشان مي دهند. هشت بيت عمق معادل 8^2 يا 2 به توان 8 (2×2×2×2×2×2×2×2×2) است که برابر با 256 پله يا درجه سايه روشن و در حقيقت داده است. 12 بيت عمق معادل 12^2 يا 2 به توان 12 و برابر با 4096 پله و 16 بيت معادل 16^2 يا 2 به توان 16 و برابر با 536، 65 پله است.
ساختار بصري چشم انسان فاصله پله هاي سايه روشن را از حدي بالاتر تشخيص نمي دهد و آن را پيوسته مي بيند. براي اينکه بينايي را طوري فريب بدهيم تا فواصل پله ها را نتواند تشخيص بدهد بايد گسترده اي بين 128 تا 256 پله از سايه روشن داشته باشيم. دوربين هاي ديجتال معمولاً در محدوده عمق 12 تا 14 بيت کار مي کنند. اين بدين معني است که دوربين براي ثبت تصوير، دامنه پويايش را به 096، 4 يا 384، 16 پله تقسيم کرده است. شايد به نظرتان اين تعداد پله بيشتر از نياز بيايد، اما بايد بدانيد که دوربين به هنگام تنظيمات داخلي اش براي پايين آوردن تعداد پله ها، مثلاً به هنگام تبديل تصوير فرمت خام (RAW) به فرمت 8 بيتي JPEG به داده هاي بيشتري نياز دارد.
فايل هاي RAW شامل همه عمق بيت هاي موجود در دامنه پويا دوربين است که به ثبت مي رسد. به همين علت است که براي گرفتن عکس هاي نجومي از فرمت RAW استفاده مي کنند. بيشتر اجرام ژرف آسمان کم نورنده، بنابراين داده هايي که از نور آنها به دست مي آيند پراکنده خواهند بود. در چنين مواقعي با داشتن تعداد پله هاي بيشتر براي ايجاد کنتراست (تضاد) بيشتر، مي توان عکس هاي بهتري ساخت. اگر تعداد پله ها کم و در نتيجه فاصله آنها زياد باشد، هنگام بزرگ نمايي تصوير مي توان خلأ ميان پله ها را به وضوح تشخيص داد. بزرگ نمايي (Posterization) هنگامي است که سايه روشن هاي پيوسته به خطوطي پله مانند تبديل شوند.

ساختن رنگ از حس گر سياه و سفيد
 

حس گر درون دوربين ديجيتال در واقع فقط تصوير را به صورت سياه و سفيد ثبت مي کند. براي به دست آوردن رنگ، ترفندي ظريف به کار برده مي شود، به اين طريق که فيلترهاي رنگ قرمز، سبز و آبي را با آرايشي معروف به «آرايه باير» روي هر پيکسل قرار مي دهند. به اين ترتيب هر پيکسل يک فيلتر رنگ روي خود دارد، اما تصوير رنگي با در نظر گرفتن رنگ پيکسل هاي مجاور بازسازي مي شود.
اين ترفند بصري به علت روشي که چشم و مغز انسان رنگ را درک مي کند موثر است. هر رنگ ديجيتال از سه بخش يا «کانال» مجزا ساخته شده است که شامل يک کانال قرمز، يک سبز و يک آبي است. وقتي اين سه را کنار هم بگذاريم، تصويري کاملاً رنگي به دست مي آيد. آرايه باير به نام مخترعش، «برايس باير» که مهندس شرکت کداک بود، ناميده مي شود. اين آرايه مانند صفحه اي شطرنجي است که در آن فيلترهاي قرمز، سبز و آبي به صورت مربع (پيکسل) يک خط در ميان چيده شده اند. در نهايت اين صفحه شطرنجي طوري با اين فيلترها پر مي شود که تعداد خانه هاي سبز در آن دو برابر خانه هاي قرمز و آبي است. باير کشف کرد که ادراک دو برابر خانه هاي قرمز و آبي است. باير کشف کرد که ادراک انسان بيشتر به روشنايي بخش سبز طيف نور حساس است و در نتيجه تفکيک روشنايي را مي توان با تعداد بيشتر خانه ها يا پيکسل هاي سبز تقويت کرد و اين به معناي «تصور» وضوح بيشتر از تصوير نهايي است.
همانطور که در عکس هاي رنگي اي که در نور روز، با دوربين هاي ديجيتال گرفته مي شوند، مي توان ديد که ارايه باير با استفاده از حس گر سياه و سفيد کار ساخت رنگ هاي صحيح را به طرز خارق العاده اي خوب انجام مي دهد.

رنگ ناشي از سحابي هاي نشري
 

برخي از سحابي ها صورتي يا قرمزند چون نورشان ناشي از گسيل هيدروژن- آلفايي است که در عمق بخش قرمز تند طيف قرار دارد. دوربين هاي ديجيتال برخلاف چشم انسان به اين بخش خاص از طيف حساس اند. طراحان دوربين هاي ديجيتال براي آنکه دوربين ها اين رنگ ها را همانطور که چشم انسان مي بيند ثبت کنند، فيلتري در جلوي حس گر دوربين مي گذارند تا بيشتر نور قرمز تند هيدروژن – آلفا را مسدود کند. با اين کار عکاسي از اين نوع سحابي ها با دوربين هاي معموليديجيتال سخت مي شود. البته عکاسي از سحابي هاي پرنوري مانند سحابي جبار يا سحابي مرداب ناممکن نيست، اما عکاسي از سحابي هاي کم نور کار مشکلي خواهد بود.
از آن جايي که طول موج هيدروژن – آلفا در انتهاي طول موج بلند طيف نور مرئي است، اين فيلتر خاص را در اغلب دوربين هاي ديجيتال «فيلتر طول موج بلند» مي نامند. کانن دوربين مخصوصي مي ساخت به نام 20Da که فيلتر طول موج بلند خاصي داشت که طول موج هاي بلند قرمز بيشتري را از خود عبور مي داد و از اين رو کار عکاسي از اين سحابي هاي قرمز را راحت تر مي کرد. حرف «a» آمده در نام اين مدل هم به معناي عکاسي نجومي (astrophotography) است. متأسفانه کانن ديگر اين مدل دوربين را توليد نمي کند و جايگزيني هم براي آن نيامده است.
وقتي در عکاسي نجومي واردتر شديد و خواستيد سحابي هاي کم نور نشري عکس بگيريد، مي توانيد فيلتر نصب شده روي حس گر دوربين را با فيلتري که نور قرمز هيدروژن- آلفا را بيشتر عبور مي دهد عوض کنيد. فقط به ياد داشته باشيد که اين کار را بايد فردي حرفه اي انجام بدهد و پس از تعويض فيلتر ديگر ضمانت آن دوربين اعتباري نخواهد داشت.

حس گر و پيکسل ها
 

همانطور که قبلاً توضيح داده شد، حس گر دوربين ديجيتال از صفحه اي مشبک با آرايه اي از پيسکل هايي شبيه خانه هاي صفحه شطرنج درست شده است. مثلاً، حس گر دوربين کانن EOS D10000 (Digital Rebel XS) آرايه اي شامل 592، 2 × 888، 3 خانه يا پيکسل دارد که اندازه فيزيکي آن معادل14/8×22/2 ميلي متر است. اين اندازه، يعني تقريباً 22×15 ميلي متر، را اندازه APS مي نامند. اين نام از همان زمان دوربين هاي فيلم دار مانده است و اين اندازه قرار بود جايگزين فيلم هاي رايج 35 ميلي متري که 36×24 ميلي متر بودند بشود. اگر حس گر دوربين ديجيتال همان اندازه فيلم هاي 35 ميلي متري يعني 36×24 ميليمتر باشد به آن حس گر، «قاب کامل» مي گويند.
آرايه حس گري که اندازه آن 2،592×3،888 پيکسل باشد شامل 10،077،696 يا تقريبا 10 مگا پيکسل است. به زبان رايانه به هر ميليون يک «مگا» مي گوييم. با اين حساب کاننD1000 حس گر 10 مگا پيکسلي دارد. بعضي دوربين ها مثل کاننD50، حس گر 10مگا پيکسلي دارند.

مواظب تب پيکسل باشيد!
 

شرکت هاي سازنده دوربين مي خواهند القاء کنند که هرچه تعداد پيکسل هاي دوربين بيشتر باشد کيفيت تصوير آن هم بهتر است. تحت تأثير اين تبليغات قرار نگيريد. فناوري دوربين ها به حدي رسيده است که تعداد پيسکل هاي موجود در حس گر دوربين ها عملاً هيچ تأثيري در بهبود کيفيت ثبت تصوير ندارد. حقيقتي که سازندگان نمي خواهند بدانيد اين است که هيچ کدام از لنزهاي دوربين هاي موجود توان بهره وري از توان تفکيک حس گرهاي دورن دوربين شان را ندارد.
در واقع، تفاوت آشکاري در کيفيت تصوير بين حس گر 10 و 15 مگا پيکسلي، چه براي عکاسي روز يا شب وجود ندارد. هرچه تعداد پيسکل هاي حس گر بيشتر باشد، مانند دوربين 15 مگا پيکسلي، نه تنها نياز فضاي بيشتري براي نگه داري عکس ها داريد بلکه رايانه تان هم بايد حافظه (RAM) بيشتري براي پردازش عکس ها داشته باشيد.

تبديل پيسکل ها به اعداد
 

فوتون هايي که به حس گرها مي خورند در آخر به اعدادي تبديل مي شوند که نهايتاً فايلي ديجيتال مي سازند که آن هم چيزي جز مجموعه اي از اعداد نيست. هر پيکسل با سه عدد- که ترکيبي از ميزان روشناييي کانال هاي قرمز، سبز و آبي است- نشان داده مي شود. از ترکيب اين کانال ها تصوير رنگي به دست مي آيد.
معمولاً اين اعداد از صفر شروع و به 255 ختم مي شوند، در فايلي که 8 بيت در هر کانال دارد، صفر معادل سياه و 255 معادل سفيد است. هرکدام از اعداد بين صفر و 255 معرف يک پله از روشناييي بين سياه و سفيد است. شايد فکر کنيد 256 پله زياد نيست، اما وقتي بخواهيم اين تعداد پله سايه روشن را با هر يک از کانال هاي رنگ ترکيب کنيم با ضرب کردن آن ها در هم بيش از 16 ميليون ترکيب رنگ مختلف به دست خواهيم آورد. در اين حالت، هرکدام از اين رنگ ها منحصر به فرد بوده و عددي خاص خود دارد.
فايلي رنگي يعني فايلي 24 بيتي، چون از سه کانال قرمز، سبز و آبي تشکيل شده که هرکدام 8 بيت داده رنگ در خود دارد. هنگامي که از رنگ يک پيکسل حرف مي زنيم، معمولاً منظورمان همان اعداد معرف قرمز، سبز و آبي آن پيسکل است.
مانند R90، G120، B75 که همان رنگ آبي آسماني است. اگر حروف اختصاري رنگ ها را در کنار آنها نديديد بدانيد که اين اعداد را به ترتيب قرمز، سبز و آبي نوشته و مي خوانيم؛ مانند: 90، 120، 75.
با اين روش، پيکسلي بامقادير 0، 0، 0 سياه مطلق و255، 255، 255 سفيد کامل است، 0، 0، 255 قرمز خالص و 255، 0، 0 آبي خالص است. پيکسلي که مقادير آن در هرکدام از کانال ها مساوي با هم باشد، مانند 128، 128، 128 مايه اي از خاکستري است.
منبع: ماهنامه نجوم، شماره 196