Câmara CCD Moravian G1-0300 com sensor mono Sony ICX424 AL CCD
As câmaras CCD da série G1 são baseadas nos detectores ICX CCD da Sony. As câmaras são alimentadas por USB, pelo que se ligam ao PC com um único cabo. A porta standard "Autoguider" permite à câmara controlar directamente o movimento do telescópio. O corpo das câmaras G1 é ligeiramente maior do que a série G0, pois contêm um ventilador de arrefecimento, o que reduz significativamente a corrente escura do CCD. As câmaras G1 estão também equipadas com um adaptador de rosca CS padrão, tornando-as compatíveis com várias lentes CCTV, microscópios e outros dispositivos.
As câmaras G1 são muito compactas, leves e fáceis de operar. O utilizador só precisa de a inserir no suporte ocular do telescópio, ligar o cabo USB ao computador e este funciona.
A sensibilidade é uma característica importante de qualquer câmara de orientação. Deve fornecer imagens de estrela(s) guia com uma relação S/N suficiente num período de tempo relativamente curto para garantir uma orientação perfeita. A necessidade de acumular luz durante muitas dezenas de segundos ou mesmo minutos é muitas vezes inaceitável para uma orientação de alta qualidade. É por isso que as câmaras G1 utilizam CCDs Sony ICX de alta sensibilidade com uma eficiência quântica de mais de 50% e baixo ruído de leitura.
As câmaras G1 suportam a digitalização de 16 bits, melhorando significativamente o alcance dinâmico.
Uma forte protecção de floração mantém redondas até as estrelas mais brilhantes, sem espículas de saturação.
As câmaras G1 também fornecem uma leitura muito rápida: a velocidade de digitalização de pixels atinge 8 MPx/s no modo de leitura rápida.
A série G1 de câmaras CCD contém electrónica semelhante à G0, os mesmos detectores CCD e fornece uma funcionalidade semelhante. A diferença está principalmente na construção mecânica e refrigeração: as câmaras G1 são ligeiramente maiores e mais pesadas, mas mantêm o detector CCD a uma temperatura mais baixa graças ao ventilador incorporado, o que reduz a corrente escura do detector em mais de duas vezes. Também oferecem um adaptador de rosca CS, bem como outras alternativas de adaptador para lentes fotográficas (Canon EOS e baionetas Nikon, com rosca
T, etc.).
As câmaras G1 não requerem qualquer fonte de alimentação externa, são alimentadas inteiramente a partir do computador através do cabo USB. Como a energia fornecida pela linha USB é bastante limitada, estas câmaras não utilizam um refrigerador Peltier que consome muita energia.
As câmaras G1 são dispositivos alimentados por USB (apenas 1 cabo é necessário para funcionar).
A ausência do refrigerador Peltier não permite uma temperatura de funcionamento do CCD abaixo da temperatura ambiente, mas o ventilador integrado nas câmaras G1 mantém a temperatura do CCD muito próxima.
Embora os modernos suportes telescópicos astronómicos suportem a ligação a PC, as câmaras G1 incorporam um conector padrão de 6 pinos para entrada autoguiador. Portanto, o computador pode guiar o suporte através da câmara, mesmo no caso de não haver ligação entre o suporte telescópico e o PC (o corpo da câmara G1 está equipado com um conector Autoguider padrão)
Nota: A corrente de porta de autoguia não deve exceder 150 mA. Se a montagem não tratar a porta de autoguia apenas como "entrada lógica", mas comutar os motores guia directamente por estes sinais, deve ser inserida uma "caixa de relé" entre a câmara e a montagem. A caixa de relé assegura a comutação das correntes requeridas pela montagem.
O software de controlo SIPS (Scientific Image Processing System) suporta orientação através da porta da câmara, bem como através da ligação do PC ao telescópio.
A porta Autoguider no corpo da câmara G1 segue o pinout padrão das câmaras de orientação ST-4, uma vez que as câmaras CCD da série G1 são concebidas para orientação, bem como para imagens CCD, quer astronómicas quer microscópicas. As câmaras G1 podem ser utilizadas com qualquer telescópio ou objectiva fotográfica compatível com montagem C/CS.
O software de controlo SIPS trata qualquer câmara CCD como um dispositivo de imagem ou orientação. O utilizador escolhe qual a câmara que será utilizada para imagem e qual a que será utilizada para orientação.
Enquanto o CCD monocromático captura todos os comprimentos de onda de entrada (aos quais o detector é sensível), o detector CCD de cor tem filtros vermelhos, verdes e azuis aplicados a pixels individuais, dispostos numa máscara chamada Bayer. O CCD monocromático é substancialmente mais sensível, mas são necessárias múltiplas exposições através de filtros a cores se quisermos captar imagens a cores. Por outro lado, o detector de cor limita a luz de entrada através dos filtros de cor, mas permite a reconstrução da imagem a cores a partir de uma única exposição, mesmo que a resolução da cor seja inferior à matriz de pixels do CCD.
Embora os chamados CCDs de quadro completo (FF) alcancem a maior sensibilidade, só podem ser utilizados em conjunto com um obturador mecânico; em contraste, os chamados CCDs de transferência interlinear (IT) estão equipados com um obturador electrónico, o que permite exposições muito curtas. É por esta razão que as câmaras G1 utilizam detectores IT. Além disso, os sensores IT diferem em termos de leitura de imagem: enquanto os chips de leitura progressiva podem ler todos os pixels da imagem de uma só vez, os CCDs de leitura intercalada dividem a moldura em dois meios-frames contendo apenas linhas ímpares ou pares e lêem o texto independentemente.
As câmaras de orientação G1 são concebidas para trabalhar em cooperação com um computador (PC). Os algoritmos de orientação são executados pelo PC, não pela própria câmara. Para operar a câmara, é necessário um PC com um sistema operativo Windows de 32-bit ou 64-bit com pelo menos uma porta USB livre.
Nota: Os drivers Linux também estão disponíveis. Contacte-nos se estiver interessado em drivers para Linux.
Especificações técnicas
Chip CCD
As câmaras G1 utilizam detectores Sony ICX CCD sensíveis e de baixo ruído, com eficiência quântica (QE) estimada superior a 50%. A corrente escura e o ruído de leitura destes CCDs são muito baixos. O modelo G1-0300 utiliza o chip Sony ICX424AL VGA (640 × 480 pixels) VCD com leitura progressiva.
- Resolução: 656 (H) × 494 (V) pixels
- Tamanho do pixel: 7,4 μm (H) × 7,4 μm (V)
- Área da imagem: 4,9 mm (A) × 3,7 mm (V)
- Tempo de descarga: ~ 0,05 s
Electrónica de câmara
O conversor A/D de 16 bits com dupla amostragem correlacionada garante uma gama dinâmica elevada, que de facto excede a capacidade do poço de electrões de cada pixel CCD. A interface USB rápida garante o tempo de descarga da imagem em fracções de segundo.
O comprimento máximo do cabo USB é de 5m. Este comprimento pode ser prolongado, por exemplo, até 10 m usando um hub USB ou um cabo extensor USB. Uma extensão de até 100 m pode ser conseguida com extensores.
- Resolução: ADC 16 bit
- Método de amostragem: Dupla amostragem correlacionada.
- Modos de leitura: rápido (8 Mpx / s) // lento, com muito baixo ruído electrónico (2,5 Mpx / s)
- Leitura da subestrutura: Sim
- Interface para computador: USB 2.0 de alta velocidade, compatível com USB 1.1 Full Speed
Nota: O software de controlo SIPS permite o redimensionamento através da alteração da prensagem através de software se imagens de menor resolução forem desejadas.
Refrigeração do chip
As câmaras CCD da série G1 não utilizam arrefecimento activo com módulos Peltier TEC, pelo que o CCD não pode ser arrefecido abaixo da temperatura ambiente.
Ao trabalhar os circuitos electrónicos (incluindo o chip CCD) produzem bastante calor, pelo que aumentam a temperatura interna da câmara bastante alguns graus acima da temperatura ambiente. Como o ruído térmico do CCD geralmente duplica a cada 5 a 7°C, o ruído térmico pode ser duas ou mais vezes superior após algum tempo de funcionamento da câmara. A série G1 de câmaras CCD contém um pequeno ventilador, que remove eficazmente o calor do corpo da câmara e mantém a temperatura CCD tão próxima quanto possível da temperatura ambiente. A ventoinha pode ser controlada a partir do software.
As câmaras G1 também incluem o sensor de temperatura incorporado, que mede a temperatura actual do CCD. Esta característica permite monitorizar a temperatura do CCD e assegurar que a moldura escura utilizada foi tirada à mesma temperatura ou a uma temperatura semelhante às fotografias científicas que tiveram exposição à luz.
Fornecimento de energia
As câmaras G1 são alimentadas a partir do cabo USB. Não é necessária qualquer fonte de alimentação externa.
O limite de corrente para um único dispositivo USB é de 500 mA a uma fonte de alimentação de 5 V. A corrente requerida pelas câmaras G1 varia em função do modo de funcionamento da câmara. A tabela seguinte resume o consumo de energia da câmara sem nunca atingir o limite de 500 mA, tal como definido na especificação USB.
- Modo inactivo, com ventilador desligado 185 mA
- Modo inactivo, com ventilador em 260 mA
- Modo de imagem, com ventilador desligado a 285 mA.
- Modo de digitalização de imagem, com ventilador em 360 mA.
Nota: Alguns cabos USB incorporam linhas eléctricas muito finas com resistência relativamente alta. Se o dispositivo USB desenha várias centenas de miliamperes, a queda de tensão através do cabo USB pode ser de cerca de um volts. Embora a câmara G1 deva funcionar, algumas características podem ser adversamente afectadas. Certifique-se sempre de que o cabo USB utilizado é tão curto quanto possível e com linhas eléctricas de baixa resistência.
Especificações mecânicas
O corpo compacto e robusto da câmara mede apenas 83 × 76 × 26 mm. O corpo é CNC usinado em alumínio de alta qualidade e preto anodizado.
O corpo está equipado com roscas CS ou C para fixar várias lentes fotográficas CS ou C. O adaptador de rosca C a 1,25" pode ser aparafusado ao corpo para ligar a câmara a qualquer focador telescópico que aceite oculares padrão de 1,25".
As câmaras G1 utilizam CCDs de transferência entre linhas e não contêm um obturador mecânico. É necessário cobrir o telescópio manualmente para tirar uma moldura escura ou uma inclinação (offset).
- Obturador mecânico interno: Não
- Tempo de exposição mais curto: 0,125 s
- Tempo de exposição mais longo: limitado apenas pela saturação do chip
- Dimensões do corpo: 83 mm × 76 mm × 26 mm
- Distância focal posterior: 12,5 mm (rosca CS standard) / 17,5 mm (rosca C standard)
- Peso do corpo da câmara: 0,2 kg
Nota: As dimensões da câmara não incluem o adaptador de rosca CS. A profundidade deste adaptador é de 6,4 mm, pelo que a profundidade da câmara incluindo o adaptador de rosca CS é de 32,4 mm.
Orientação
Embora as câmaras CCD da série G1 sejam capazes de imaginar uma variedade de objectos em astronomia, microscopia ou outras aplicações de imagiologia de baixa luminosidade, destinam-se principalmente a orientar montagens telescópicas utilizando câmaras G2, G3 ou G4 como câmara principal para fins científicos.
A câmara G1 pode funcionar como um "corpo guia remoto" para qualquer câmara CCD, incluindo a série Gx. O facto de não estar ligada ao corpo da câmara Gx por qualquer cabo proprietário, mas directamente à porta USB do PC, traz inúmeras vantagens:
- A câmara guia pode guiar qualquer câmara astronómica ou câmara SLR digital, e não apenas o tipo de câmara principal para a qual foi concebida.
- Não existem conectores/cabos proprietários para ligar a câmara principal ao corpo remoto. Em vez disso, é utilizado um cabo USB padrão.
- Não há praticamente nenhum limite para a distância entre a câmara guia e a câmara de imagem científica, pelo que a câmara guia pode ser colocada em qualquer telescópio guia ou num guia fora do eixo.
- Mesmo que a câmara guia partilhe o mesmo telescópio com a câmara principal - utilizando uma guia fora do eixo - a luz que alimenta a câmara guia é deflectida antes de passar pelos filtros, por isso há luz suficiente para guiar mesmo quando a câmara principal de imagem leva a exposição através de alguns filtros muito "escuros", tais como UV, Azul ou Hα.
- Por outro lado, o hub USB é capaz de criar uma solução integrada para duas câmaras Gx e G1 que anteriormente funcionavam separadamente.
Software de orientação SIPS:
A câmara de orientação G1 liga-se directamente à porta USB ou hub USB do PC, sem necessitar de uma "caixa CPU" ou dispositivo semelhante. Os algoritmos de orientação são executados no próprio PC e, como o CPU utilizado por um PC é várias ordens de magnitude mais potente do que qualquer CPU de bordo que pode ser utilizado em qualquer câmara CCD, os algoritmos de orientação podem ser muito mais sofisticados. Tais algoritmos são implementados no software de controlo de câmaras SIPS.
Há dois algoritmos utilizados em SIPS para orientação:
- Orientação de uma estrela. O PC calcula o centróide da estrela mais brilhante da imagem adquirida pela câmara guia. A posição do centróide é calculada com uma precisão de fracções de um pixel, pelo que a orientação pode ser muito precisa mesmo quando a guia é fixada a um telescópio de curta distância focal.
- Orientação para a redução astrométrica. O PC executa basicamente a mesma operação que no caso de correspondência de sub-pixel de exposição múltipla ou redução astrométrica. O número de triângulos é criado a partir das estrelas mais brilhantes e combinado com triângulos no quadro de referência. A correspondência triangular requer pelo menos três estrelas na imagem guia e é portanto adequada quer para telescópios guias de curta distância focal quer para campos estelares ricos; o deslocamento da imagem é calculado a partir de múltiplas posições estelares e é menos sensível a erros aleatórios decorrentes de espículas mal vistas, florescentes, etc.
O suporte guia SIPS permite a incorporação da porta Autoguider da câmara G1 que é de facto standard e compatível com vários montagens telescópicas. O SIPS também pode guiar através da própria ligação do telescópio (por exemplo, através do Meade LX-200 ou Celestron Nexstar), pelo que pode não ser necessário um cabo autoguiador, mas um dispositivo de guia especializado como a guia da câmara G1 pode geralmente controlar o suporte com muito melhor precisão em comparação com a resolução de tempo relativamente limitada de uma aplicação em execução no PC.
Câmara CCD Moravian G1-0300 com sensor mono Sony ICX424 AL CCD
