Câmara MORAVIAN C4-16000 com arrefecimento melhorado
Os sensores das câmaras CMOS científicas refrigeradas C4-16000 oferecem a mesma geometria que os CCDs das populares câmaras G4-16000: 37 × 37 mm tamanho do sensor, 9 μm pixels e 16 MPx (4k × 4k) resolução. Além disso, o desenho mecânico das câmaras C4 herda o das câmaras G4 Mark II, tornando a linha de câmaras C4 totalmente compatível com uma vasta gama de adaptadores telescópicos, adaptadores fora do eixo ferroviário, rodas de filtro, adaptadores Ethernet de câmaras, câmaras de orientação, etc.
O desenho mecânico da série C4 de câmaras astronómicas CMOS herda das anteriores câmaras G4 Mark II baseadas em CCD, tornando a linha de câmaras C4 totalmente compatível com uma vasta gama de adaptadores telescópicos, adaptadores fora do eixo ferroviário, rodas de filtragem, adaptadores Ethernet de câmaras, câmaras de orientação, etc.
O suporte extensivo de software e driver permite a utilização da câmara C4 sem necessidade de investir em quaisquer pacotes de software de terceiros, graças ao pacote de software SIPS gratuito incluído. Contudo, os controladores ASCOM (para Windows) e INDI (para Linux) e as bibliotecas de controladores Linux fornecidas com a câmara fornecem uma forma de integrar a câmara C4 com uma grande variedade de programas de controlo de câmaras.
As câmaras C4 são concebidas para trabalhar em cooperação com um computador pessoal (PC). Ao contrário das câmaras fotográficas digitais, que são operadas independentemente no PC, as câmaras arrefecidas cientificamente requerem normalmente um PC para controlo da operação, descarregamento, processamento de imagem, armazenamento de imagem, etc. Para poder operar a câmara, é necessário um computador que
Ser compatível com um PC standard e executar um sistema operativo moderno Windows de 32 ou 64 bits.
Seja um computador baseado em x86 ou ARM a executar o sistema operativo Linux de 32-bit ou 64-bit.
As câmaras C4 são concebidas para serem ligadas ao PC anfitrião através de uma porta USB 3.0 muito rápida. Embora as câmaras C4 ainda sejam compatíveis com a interface USB 2.0 mais antiga (e mais lenta), o tempo de descarga de imagens é significativamente maior.
Alternativamente, é possível utilizar o dispositivo Moravian Adaptador Ethernet da câmara. Este dispositivo pode ligar até quatro câmaras Cx (e Gx com base em CCD) de qualquer tipo (não só C4, mas também C1, C2 e C3) e oferece uma interface Ethernet de 1 Gbps e 10/100 Mbps para ligação directa ao PC anfitrião. Como o PC utiliza então o protocolo TCP/IP para comunicar com as câmaras, é possível inserir um adaptador WiFi ou outro dispositivo de rede no caminho de comunicação.
A velocidade de descarga é naturalmente muito mais lenta quando a câmara é ligada através de um adaptador Ethernet, especialmente quando comparada com a ligação directa USB 3.
As câmaras C4 requerem uma fonte de alimentação externa para funcionar. Não é possível fazer funcionar a câmara a partir das linhas eléctricas fornecidas pelo cabo USB, o que é comum para as câmaras simples. As câmaras C4 integram o arrefecimento do sensor CMOS, o obturador e possivelmente a roda do filtro de alta eficiência, pelo que as suas necessidades energéticas excedem significativamente as capacidades de fornecimento de energia da linha USB. Por outro lado, a fonte de alimentação separada elimina os problemas de queda de tensão em cabos USB longos ou remoção de baterias de portáteis, etc.
Note-se também que a câmara deve estar ligada a algum sistema óptico (por exemplo telescópio) para captar imagens. A câmara é concebida para exposições longas, que são necessárias para adquirir luz a partir de objectos ténues. Se pretende utilizar a câmara com o telescópio, certifique-se de que toda a configuração do telescópio/montagem é capaz de seguir o objecto alvo suavemente durante as exposições longas.
Vista geral da câmara C4
A cabeça de câmara C4 foi concebida para ser facilmente utilizada com uma gama de acessórios para responder a uma variedade de necessidades de observação.
Ao contrário dos modelos mais pequenos de câmaras C2 e C3, que oferecem a opção de integrar a roda do filtro na caixa da câmara, os grandes sensores das câmaras C4 requerem filtros quadrados de 50×50 mm, que são demasiado grandes para caberem na roda do filtro interno. Portanto, a utilização da roda do filtro externo é a única opção para as câmaras C4.
Estão disponíveis dois tamanhos de rodas de filtro externo:
Roda média "M" para 5 filtros quadrados de 50 × 50 mm não montados.
Roda "L" grande para 7 filtros quadrados de 50 × 50 mm não montados.
Sensor CMOS e electrónica de câmaras
As câmaras C4 estão equipadas com detectores Gpixel GSENSE4040 CMOS com uma resolução de 4096 × 4096 pixels. O tamanho do pixel é de 9 × 9 μm, dando uma área sensível à luz de quase 37 × 37 mm.
O sensor GSENSE4040 está equipado apenas com ADCs de 12 bits (conversores analógico-digitais). No entanto, existem dois conjuntos de ADCs dentro do sensor, cada um capaz de digitalizar a imagem com ganho diferente - um conjunto de ADCs utiliza o canal de baixo ganho, enquanto que o segundo conjunto utiliza o canal de alto ganho. As duas saídas de 12 bits de cada conjunto de ADC podem ser combinadas para produzir uma única imagem com uma verdadeira gama dinâmica de 16 bits (esta imagem combinada é frequentemente referida como HDR de 16 bits para a gama dinâmica alta).
Electrónica de câmara
A principal função da electrónica da câmara CMOS, além da inicialização do sensor e de algumas funções auxiliares, é transferir os dados do detector CMOS para o PC anfitrião para armazenamento e processamento. Portanto, ao contrário das câmaras CCD, o design das câmaras CMOS não pode influenciar algumas características importantes da câmara, tais como a gama dinâmica (profundidade de bits dos pixels digitalizados).
Linearidade do sensor
Os sensores utilizados nas câmaras C4 mostram uma linearidade muito boa em resposta à luz. Isto significa que a câmara pode ser utilizada para projectos de investigação avançados, tais como fotometria de estrelas variáveis e exoplanetas em trânsito, etc.
Velocidade de descarga
A câmara C4 está equipada com uma memória RAM incorporada, capaz de segurar vários fotogramas com resolução total. Portanto, o descarregamento da imagem para o computador anfitrião não influencia o processo de digitalização da imagem, uma vez que o descarregamento apenas transfere as imagens já digitalizadas da memória da câmara.
O tempo necessário para descarregar um único quadro depende do modo de leitura e também da utilização do USB3 rápido ou do USB2 mais lento:
Factores de conversão e ruído de leitura
As câmaras C4 não oferecem aos utilizadores a possibilidade de ajustar o ganho, para além dos dois canais fixos de ganho baixo e alto. A imagem HDR de 16 bits cobre toda a gama dinâmica do sensor e a manipulação com ganho não traria benefícios adicionais.
Controlo da exposição
As câmaras C4 são capazes de exposições muito curtas, o tempo de exposição mais curto é de aproximadamente 21 μs. No entanto, o sensor emprega um chamado "obturador rolante". Isto significa que a exposição não começa em todo o sensor de uma só vez, mas que a exposição das linhas seguintes começa com um atraso de 21 μs e todo o sensor é iluminado 8,6 ms após o início da exposição. Da mesma forma, o fim da exposição e a digitalização dos pixels é feita linha a linha com o mesmo atraso entre linhas.
Não existe um limite prático para a duração máxima da exposição, mas na realidade, as exposições mais longas são limitadas pela saturação do sensor, quer pela entrada de luz ou corrente escura (ver próximo capítulo sobre arrefecimento do sensor).
Cozedura de ferragens
O sensor GSENSE4040 utilizado implementa o modo de fiação 2 × 2 em hardware, para além da fiação normal de 1 × 1.
No entanto, a versão iluminada traseira deste sensor GSENSE4040BSI não implementa quaisquer modos de encadernação no hardware. Além disso, o controlador da câmara e as aplicações do utilizador oferecem uma variedade muito mais ampla de modos de fiação até 3 × 3 e 4 × 4 pixels, bem como todas as combinações de 1 × 2, 1 × 3, 2 × 4, etc. modos de fiação assimétricos. Assim, o controlador da câmara efectua todas as combinações de fiação por software e não depende das capacidades limitadas de fiação do hardware do sensor.
Para o uso típico da astronomia, a pequena fracção de um segundo tempo de descarga é irrelevante, mas para aplicações muito sensíveis ao tempo de descarga, o driver oferece a utilização de 2 × 2 hardware binning. Este modo pode ser activado e desactivado através do parâmetro de ficheiro de configuração 'cXusb.ini', localizado no mesmo directório que o próprio ficheiro DLL do driver 'cXusb.dll'.
Especificações mecânicas
A cabeça de câmara compacta e robusta mede apenas 154 × 154 × 65 mm (aprox. 6 × 6 × 2,6 polegadas) para o modelo com arrefecimento padrão. O arrefecimento melhorado aumenta a profundidade da câmara em 11 mm.
A cabeça é CNC-machinada em alumínio de alta qualidade e anodizado preto. A cabeça em si contém um conector USB-B (dispositivo) e uma ficha de alimentação 12 V DC; não são necessárias outras peças (caixa CPU, interface USB, etc.), excepto um "tijolo" de alimentação. Outro conector permite o controlo da roda do filtro externo opcional. O obturador mecânico integrado permite a leitura da imagem sem riscas, bem como a exposição automática de quadros escuros, que são necessários para configurações robóticas sem vigilância.
- Obturador mecânico interno Sim, obturador de lamelas
- Tempo de exposição mais curto 21 μs (obturador electrónico)
- Tempo de exposição mais longo Limitado apenas pela saturação do chip
- Dimensões da cabeça 154 mm × 154 mm × 65 mm (arrefecimento normal)
- 154 mm × 154 mm × 76 mm (Refrigeração melhorada)
- Distância focal traseira 33,5 mm (base do adaptador ajustável)
- Peso da cabeça com arrefecimento padrão 1,6 kg (sem roda de filtragem)
- 2,5 kg (com roda filtrante externa "M")
- 2,8 kg (com roda filtrante externa "L")
- Peso da cabeça de arrefecimento melhorada 1,8 kg (sem roda de filtragem)
Obturador mecânico
As câmaras C4 estão equipadas com um obturador mecânico, que é uma característica muito importante que permite observações sem vigilância (totalmente robotizadas ou apenas com ajustes remotos). Sem o obturador mecânico, não é possível adquirir automaticamente os quadros escuros, necessários para uma correcta calibração da imagem, etc.
O obturador mecânico das câmaras C4 foi concebido para ser o mais fiável possível, o número de ciclos de abertura/fecho é virtualmente ilimitado, porque não há superfícies a esfregar umas nas outras. O preço da alta fiabilidade é o movimento lento do obturador. Felizmente, o obturador mecânico não é necessário para o controlo da exposição, apenas para a tomada de quadros escuros e possivelmente enviesados - todos os sensores CMOS utilizados estão equipados com obturador electrónico.
O firmware da câmara optimiza a operação do obturador para evitar movimentos desnecessários. Se uma série de imagens de luz for tirada imediatamente uma após a outra, o obturador permanece aberto para não introduzir um atraso bastante significativo do ciclo fechar/abrir entre cada par de imagens de luz subsequente. No caso da imagem seguinte ter de ser escura ou tendenciosa, o obturador fecha antes da exposição da moldura escura e vice-versa - o obturador permanece fechado se uma série de moldura escura for adquirida e abre apenas antes da moldura de luz seguinte. Se nenhuma exposição for feita durante aproximadamente 1 segundo enquanto o obturador estiver aberto (isto é, após uma exposição de imagem clara), o firmware da câmara fecha o obturador para cobrir o sensor da luz recebida.
Especificações técnicas:
Sensor CMOS: Gsense 4040 CMT
Dimensões do sensor: 37x37mm
Tamanho do pixel: 9 μm
Resolução: 4160 x 4196 pixels (16MP)
Interface: USB 3.0
Câmara MORAVIAN C4-16000 com arrefecimento melhorado
