PRACOVNÍ LIST Fotografie startrails (hvězdných drah)

NÁROČNOST ÚLOHY:

POPIS ÚLOHY:

Fotografování hvězdných drah je jedna z nejjednodušších astrofotografických činností. Výsledkem práce bývá fotografie noční krajiny a oblohy, na níž jsou hvězdy, které se po obloze vlivem denního pohybu pohybují od východu k západu, zobrazeny nikoliv jako body, ale jako oblouky. Délka a poloměr jednotlivých oblouků je závislá na souřadnicích hvězdy na obloze, ale délky všech oblouků narůstají s délkou expozice. Bude-li expozice jedna hodina, bude délka oblouků všech hvězd 1/24 celého kruhu, při dvouhodinové expozici budou oblouky 1/12 kruhu.

Úloha je velmi jednoduchá díky tomu, že stačí pouze fotoaparát pevně uchytit, namířit jej požadovaným směrem a nechat exponovat. Při použití fotoaparátu na klasický film byly obvyklé expoziční časy desítky minut i jednotky hodin. Při použití digitálního fotoaparátu je tento princip nepoužitelný z důvodu odlišných vlastností chemických fotocitlivých materiálů a elektronických snímačů obrazu. Klasické materiály se obvykle vyznačovaly značnou expoziční pružností a velkým dynamickým rozsahem (obzvláště barevné negativní materiály z poloviny 90. let minulého století a pozdější). Dynamický rozsah vyjadřuje schopnost citlivého materiálu zachytit během jedné expozice určitý kontrast, neboli určité rozmezí intenzit světa, aniž by došlo ke ztrátě informace buď zmizením tmavých tónů v šumu, či „přepálením“ jasných tónů. U barevných negativů se dynamický rozsah dostává až k hodnotě jednoho milionu. Poměr intenzit jasů, které bylo možné zachytit na jedné fotografii, byl tedy 1:1 000 000. U digitálních fotoaparátů se dynamický rozsah pohybuje obvykle okolo hodnot 50 000 a méně. V praxi to znamená, že digitální fotoaparáty jsou výrazně náchylnější na správnou expozici, protože snadno hrozí podexponování, případně přeexponování obrazu. Navíc z podstaty principu elektronických snímačů a digitalizace jejich signálu vyplývá, že pokud je část digitální fotografie přeexponována, nenávratně se ztrácí obrazová informace v této části fotografie. Proto je velmi důležité postupovat při fotografování dlouhých expozic, jako jsou startrails, odlišným způsobem, než při použití klasické fotografické techniky. Místo jedné dlouhé expozice se pořizuje soubor mnoha dílčích kratších expozic následujících těsně po sobě. Vhodným softwarovým zpracováním pak lze z tohoto souboru fotografií vytvořit jediný snímek, odpovídající dlouhé expozici.

Pozn.: Digitální fotografie trpí navíc ještě jedním neduhem, který zabraňuje využití příliš dlouhých expozic a to i v případě, že fotoaparát snímá velmi tmavou scénu, kde nehrozí přeexponování. Digitální snímače jsou totiž postiženy řadou šumů, které poškozují a degradují samotný obraz. Velmi nepříjemní je tzv. temný proud, založený na termické emisi elektronů v polovodičích. Nepříjemnou vlastností tohoto šumu je jeho závislost na teplotě snímače a délce expozice. Ačkoli existují poměrně účinné metody pro redukci tohoto šumu nebývají zcela stoprocentní a navíc se svým charakterem příliš nehodí pro fotografování startrails. Při fotografování se využívá digitálního fotoaparátu Canon EOS 40D s širokoúhlým objektivem. Pro pevné uchycení fotoaparátu stačí libovolný fotografický stativ s dostatečnou nosností a tuhostí. Pokud není k dispozici stativ, lze využít i astronomické montáže (která je ovšem v průběhu fotografování vypnutá), ovšem s montáží bývá obtížnější manipulace a také náročnější natočení fotoaparátu do požadovaného směru. V případě nouze lze využít i náhradní opory fotoaparátu v podobě položení na desku stolu, opřením o kámen, … Je však vždy nutné dbát na to, aby byl fotoaparát umístěn pevně a stabilně a nehrozilo jeho poškození při pádu, odření atd.

Soubor snímků je pořizován s pomocí kabelové spouště, která při správném nastavení fotoaparátu dokáže bez nutnosti dalších zásahů obsluhy exponovat až půlminutové expozice s velmi krátkými intervaly. Vyloučení lidské obsluhy fotoaparátu ze samotného exponování je důležité, protože by došlo k roztřesení či posunutí snímků při manipulaci s ovládacími prvky fotoaparátu, což je nežádoucí. Kabelová spoušť umožňuje ovládat spoušť fotoaparátu, aniž by hrozilo riziko roztřesení snímku. Navíc je možné na kabelové spoušti zamknout spoušť ve stisknuté poloze a díky tomu odpadá nutnost držet spoušť po celou dobu exponování.

Závěrečnou částí úlohy je počítačové zpracování souboru fotografií.

Pozn.: Kromě zpracování souboru fotografií do jediné je možné využít stejný soubor fotografií i k vytvoření tzv. časosběrného videa, tedy zrychlené animace znázorňující pohyb hvězdné oblohy.

POMŮCKY:

• Digitální fotoaparát Canon EOS 40D
• Objektiv Tamron 17 - 50
• Fotografický stativ, nebo paralaktická montáž Synta HEQ5 Sky Scan
• (astronomický dalekohled s fotografickým šroubem v upínacím kruhu) – jen při použití astronomické montáže
• Kabelová spoušť
• Notebook se software pro stažení a zpracování fotografií

POSTUP MONTÁŽE FOTOGRAFICKÉ SESTAVY (S FOTOGRAFICKÝM STATIVEM):

1. Rozložte fotografický stativ a ustavte jej do stabilní polohy, nejlépe na rovnou zem.
2. Pomocí fotografického šroubu připevněte fotoaparát na hlavici stativu.
3. Namiřte fotoaparát zvoleným směrem (viz. Kompozice záběru startrails) a aretujte osy fotografické hlavice.
4. Na levém boku fotoaparátu (při pohledu ze zadu) odchlípněte gumovou krytku a připojte kabelovou spoušť (speciální konektor zcela dole).

POSTUP FOTOGRAFOVÁNÍ:

Před samotným fotografováním je nutné se přesvědčit, zda je ve fotoaparátu nabitý akumulátor a paměťová karta s dostatečnou volnou kapacitou paměti.

1. Zapněte fotoaparát.
2. Zvolte manuální režim.
3. Režim snímání nastavte na kontinuální.
4. Odcloněný objektiv přicloňtě o dvě až tři clonová čísla.
5. Ohnisko objektivu nastavte na 17 mm (pokud kompozice nevyžaduje jiné). Získá se tím nejširší možný úhel záběru.
6. Nastavte citlivost fotoaparátu 400 – 1600 ISO (Zde je nutné trochu experimentovat, při nižší hodnotě citlivosti budou fotografie tmavší, ale obraz nebude příliš zašuměný. Obecně bývá lepší začít na nižších hodnotách citlivosti a v případě nutnosti zvyšovat. Vysoké hodnoty citlivosti si můžete dovolit pouze v případě, že fotografujete do výstupního formátu RAW a děláte I opravné temné snímky. Tento způsob se však používá spíše u složitějších astrofotografických technik a delších expozic.)
7. Nastavte formát výstupního souboru na JPEG.
8. Nastavte do zorného pole alespoň jeden trochu výraznější, vzdálený svítící objekt (vysílač na obzoru, jasnou planetu či hvězdu, …).
9. Nahrubo zaostřete s pomocí matnice hledáčku.
10. Zapněte funkci živého náhledu a zvětšete obraz na maximum. Posuňte výřez obrazu na jasný objekt.
11. Zvolna ostřete, dokud nebude obraz co nejostřejší. (v závislosti na seeingu je zaostření jednodušší, či obtížnější).
12. Voličem expozice nastavte expoziční čas 30s.
13. S pomocí kabelové spouště udělejte pokusnou expozici a zkontrolujte, zda není fotografie přeexponovaná, či podexponovaná. (při prohlížení snímku se zobrazeným histogramem jsou na náhledu fotografie zvýrazněny přepálené oblasti blikající bílou plochou) V případě potřeby snižte čas expozice, nebo zvyšte hodnotu citlivosti (viz bod 6).
14. Na kabelové spoušti stiskněte tlačítko spouště a zaaretujte jej ve stisknuté poloze.
15. Po určeném čase, či počtu expozic ukončete exponování odletováním tlačítka na kabelové spoušti.
16. Vyčkejte dokončení poslední expozice.
17. Vypněte fotoaparát.

POSTUP DEMONTÁŽE FOTOGRAFICKÉ SESTAVY (S FOTOGRAFICKÝM STATIVEM):

1. Vypnutý fotoaparát zakrytkujte a vypojte z něj kabelovou spoušť.
2. Fotoaparát odšroubujte z hlavice stativu a uložte jej do brašny, aby se nepoškodil.
3. Fotografický stativ složte do základní polohy a očistěte patky jeho nohou od případných nečistot.
4. Uložte jej do obalu (pokud má obal).

ZPRACOVÁNÍ NAFOTOGRAFOVANÝCH DAT:

V první řadě je potřeba stáhnout fotografie z fotoaparátu do počítače. Je možné využít buď čtečky karet, nebo programu EOS Capture dodávaného k fotoaparátu. Ve fotografiích je vhodné udržovat pořádek, proto je dobré vytvořit adresář označený datem, jménem fotografa a krátkým popisem fotografovaného objektu. V tomto adresáři pak mohou být snímky rozděleny do dalších podadresářů, například jako „dílčí fotografie“ a Zpracovaná data“. S postupem času taková archivace umožní rychle vyhledávat mezi surovými daty i zpracovanými výsledky.

Při zpracování fotografií v této úloze se využívá program s jednoduchým názvem Startrails. Snímky je samozřejmě možné zpracovat i v klasickém grafickém editoru, například Adobe Photoshop, ovšem práce ve Startrails je díky jeho jednoúčelnosti mnohem jednodušší. Program startrails je volně šiřitelný program od německého autora Achima Schallera. Více o programu na stránce Startrails.

Hlavní a jediné okno programu je na obrázku.

Postup zpracování je jednoduchý:

1. ikonkou zcela vlevo, nebo v menu file / open file otevřete sadu fotografií, určených ke zpracování.
2. ikonkou s obrázkem stop hvězd (druhou zprava), nebo v menu file / startrails spustíte zpracování fotografií. Na monitoru se v průběhu zpracování zobrazuje aktuální stav výsledného snímku.
3. Je-li kompletace finálního snímu hotova, je možné snímek uložit ikonkou (třetí z leva), nebo v menu file / save image as. Program ukládá do formátu JPG, BMP, nebo TIFF.

Program umožňuje další volby, například je možné zprůměrovat před samotným procesem několik snímků, čímž se potlačí šum v pozadí výsledného snímku. Tuto možnost je možné zvolit ikonou (SIGMA), nebo v menu …

Další možností programu je vytvoření videosekvence ze zvolených fotografií. Toto zpracování je ovšem nejisté, protože v závislosti na počítači a zvoleném kodeku, program většinou ukončí zpracování předčasně a naklásí chybu.

Poznámka k výsledné fotografii: Při zvětšení fotografií na 100% bývají u mnoha hvězd bývají vidět stopy jako přerušované čáry. Je to bohužel jev spojený s pořízením mnoha dílčích expozic. Ačkoli poměr mezi časem, kdy fotoaparát exponuje a kdy neexponuje je značný (expozice 30s, prodleva cca 0,2s – tedy asi 150:1) i toto krátké přerušení expozice se na výsledném snímku projeví. Obzvlášť u hvězd poblíž nebeského rovníku, jejich úhlový pohyb po obloze je nejrychlejší. Tento neduh je možné potlačit zmenšením výsledné fotografie na 50% původní velikosti.

ZÁVĚR:

Fotografie startrails se řadí mezi nejjednodušší astrofotografické techniky. Je nutné zvládnout dostatečně techniku zaostření fotoaparátu.

Přesto že se jedná o fotografování technicky nenáročné, při troše cviku a štěstí lze pořizovat velmi zajímavé fotografie, použitelných nejen k výukovým metodám (rotace Země kolem své osy).

Poznámka k mechanickému zatížení fotoaparátu:
Digitální jednooká zrcadlovka vychází svojí koncepcí z klasických zrcadlovek a jejím nejkritičtějším místem je závěrka (obvykle lamelová s ocelovými či titanovými lamelami), u níž je garantováno určité množství cyklů. (U zrcadlovek Canon EOS to bývá podle typu 50 – 200 tisíc cyklů) Ze své podstaty, tedy nafotografovat desítky až stovky snímků kvůli jedné výsledné fotografii, je fotografování startrails jednou z nejméně šetrných metod k závěrce fotoaparátu.