TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

Optika, montáže, autoguidery, elektronika...
Odpovědět
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#1

Příspěvek od MMys »

Inspirací pro něj byl podobný autopointér Milana Antoše, kterému ho postavil jeden elektrotechnicky zdatný kolega. Já jsem se nechal inspirovat principem, využívajícím vysoce citlivou TV kameru (moje 0.003 lux) a detekcí hvězdy v obraze v reálném čase (až 25x/sec.) s vysokou přesností. Celý elektronický návrh jsem však provedl zgruntu znova a jinak, s použitím současných technologií a součástek. Pokud by snad někoho zajímalo i detailní elektronické řešení, schéma a princip, můžete se mi ozvat.

Autopointer funguje i bez TV monitoru (viz. na obrázku) ale ten je potřeba pro nastavení (vyhledání a zaostření hvězdy a nastavení parametrů v jednoduchém menu) pak ho můžete po celou dobu expozice klidně vypnout a spotřeba je pak celkem malá a snesitelná i v terénu (asi 250mA kamera a kolem 100mA ta elektronika).

Co to tedy umí:

Pointovat dalekohled samozřejmě Na výběr jsou dva typy výstupů

1) klasický - spínající 4 výstupy pro jednotlivé směry proti zemi (zapojení konektoru je shodné s profi autopointery Meade Pictor a některými SBIG), lze udělat kabel prakticky pro jakýkoli typ montáže, která má vstup pro autopointer (EQ6 se SkyScanem, CG5 GT, Losmandy, Meade (pozor, ne LXD, jen LX Meade se nám začalo bránit jiným pointérům než jejich LPI tím způsobem, že tam dali nějaký naprosto nekompatibilní vstup po sériové lince, nikoli klasický na autoguider, a prostě montáž LXD75 nelze pointovat bez PC :'( ).

2) sériové rozhraní RS-232 použitelné pro ovládání montáží akceptujících protokol MEADE LX200

do třetího konektoru (nebo CINCH konektoru VIDEO IN zboku) se zapojuje kamera. Do druhého CINCH konektoru (VIDEO OUT) se zapojuje televizka.

Kříž z LED slouží ke kontrole funkce, když TV už vypnete. Svítící zelená LED znamená že hvězda je v oblasti kříže a je dostatečně jasná. Okolní 4 červené LED se potom rozsvěcují podle toho, jak pointér dělá korekce.

Celé zařízení se ovládá pomocí křížového tlačítkového ovladače a menu na obrazovce. Tam lze nastavit následující parametry:



AVG - počet snímků pro průměrování (0-25). Protože při horším seeingu hvězda poskakuje, lze nastavit průměrování souřadnic vyhodnocených z více snímků, které jsou stabilnější. I když zprůměrujete třeba 5 snímků, stále je to dost rychlé (5 korekcí /sec)

TOL - oblast necitlivosti (0.1-10 pixelů) pokud se hvězda vzdálí od kříže o více než nastavenou hodnotu, vyšle se povel ke korekci. 1 pixel je s použitou kamerou asi 5.6um. Hvězda může být i dost veliká, aniž by to mělo výrazný vliv na přesnost, zařízení si určuje její pomyslný střed a průměr kotoučku a vypisuje ho na řádku s údajem STAR (hodí se to i na zaostřování). V poslední verzi firmware je totiž zajištěno snímání polohy hvězdy se subpixelovou přesností, pokud je nastaveno průměrování polohy z více snímků. Při průměrování 5 snímků je rozlišení kolem 0.2 pixelu a četnost korekcí stále ještě 5x za sekundu. Subpixelové rozlišení vyžaduje k funkci alespoň mírný šum v obraze, aby fungovala "statistika", což naštěstí u takhle citlivé kamerky není problém.

LVL - 5-100% nastavuje jas hvězdy, kterou autopointer vezme, hvězdy s nižším jasem ignoruje. Užitečné, když jich je v obraze v oblasti kříže více, nebo kamera při maximálním zisku už šumí a má jasnější hotpixely. Pomocí stisku tlačítka LEVEL CHECK se dá zkontrolovat, které hvězdy jsou nad nastavenou úrovní, a jestli se pointér třeba nechytá na šum kamery či hotpixel. Místa obrazu, která jsou nad nastavenou úrovní, se obarví plně bíle.

BOX - velikost oblasti kříže 10-200pix. , hvězdy mimo tuto oblast se ignorují. Křížem lze také po obrazovce pohybovat a vyhnout se případným vadným pixelům, které jsou u těchto vysoce citlivých kamer občas vidět. Křížem se hýbe tak, že se drží stisknuté tlačítko CROSS CONTROL a křížovým ovladačem se posunuje kříž. Také se dá kříž sesouhlasit s aktuální pozici hvězdy stiskem prostředního tlačítka (vhodné pokud fotíte na malinký čip CCD kamery a posun hvězdy by vám významně rozhodil kompozici záběru.

V sekci označené STAR se vypisuje velikost hvězdy a její odchylka od středu kříže. Mám vyzkoušeno, že se dá dosáhnout stavu, (při dobré montáži a malém seeingu) že se tam vyskytují prakticky pouze hodnoty odchylek +/-0,5, což znamená, že přesnost pointace je 1 pixel (s mojí kamerou tedy asi 6um) Přepočet na svoje ohnisko si každý proveďte sám. Pro dobrou funkci je třeba, aby jemné pohyby montáže byly dost pomalé, při ohnisku 1m mi asi nejlépe vyhovuje rychlost okolo 0.3x siderické, tj nějakých 5"/sec. S kratšími ohnisky může být pak úměrně vyšší. Při výrazně vyšších rychlostech (třeba 1x a více) už má pak soustava sklon k přejíždění a kmitání.

V sekci menu označené GUIDING se dá nastavit:

1) režim pointace: RA+DE, tj. obě osy nebo pouze RA a nebo STOPPED (zastaveno) a ještě také RA a DE nastřídačku, protože montáže Losmandy neumí s jejich jednodušším typem elektroniky (nikoli GEMINI GO-TO) korekce v obou osách najednou.
2) reverzace směru RA
3) reverzace směru DE

Všechna nastavení se dají uložit (stiskem prostředního tlačítka) a pamatují se pak i po vypnutí a novém zapnutí. (včetně polohy kříže atd...) Prostě když si při pointaci vykopnete napájecí kabel a zase ho vrátíte zpátky, pointér bude pokračovat korektně v činnosti :-)

Anglické pojmenování funkcí a zkratek jsem použil proto, že jsou krátké a stručné. České ekvivalenty se mi nevešly na obrazovku. Myslím, že to není tak velký problém.

Momentálně chystám výrobu prvních pár kousků kolegům. Další "objednávky" nepřijímám, možná zase později.






Fotky desky plošného spoje berte s rezervou. To byl prototyp leptaný doma. Profi provedení je už zadáno...


http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
sussudio
Příspěvky: 160
Registrován: 26. 10. 2004, 21:40

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#2

Příspěvek od sussudio »

tak tohle vypadá martine vážně dobře... takhle si představuju, že budu taky jednou pointovat. ještě nemám ostatní potřebné vybavení, ale určitě tě za nějaký čas zkusím přemluvit o jeden kus do plzně... poznamenej si mě do pořadníku, až budeš uvažovat o vyrobení ještě pár kousků...
nedoporučuji obchodování s DUKem
VK
Příspěvky: 1851
Registrován: 12. 12. 2008, 21:59

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#3

Příspěvek od VK »

Ahoj Martine,

mě by zajímalo i detailní elektronické řešení, schéma a princip. Díky

V. K.
Uživatelský avatar
Listy3
Příspěvky: 376
Registrován: 29. 12. 2004, 02:34

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#4

Příspěvek od Listy3 »

Kdybys dokázal ten princip popsat dostatečně laicky, abych to pochopil i já :D, dost by mě to zajímalo.
Newton 250/1250 ve výstavbě&&Newton 130/1000 GS montáž&&triedr 10x50 a 8-24x50&&Lidlteleskop 70/700
Uživatelský avatar
MP
Příspěvky: 2920
Registrován: 20. 05. 2003, 00:06

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#5

Příspěvek od MP »

VK napsal:
mě by zajímalo i detailní elektronické řešení, schéma a princip.
Omlouvam se, ze se do toho pletu, ale myslim, ze o zapojeni tady ani moc nejde ( je velice jednoduche ). Veskere "figle" jsou v software toho rychleho procesoru, ktery je videt na obrazku spodni strany desky.
e-mail : mpec(at)cce(dot)cz&&
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#6

Příspěvek od MMys »

Schéma klidně zveřejním:
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz/other/TVGuider_sch.pdf

Případné náměty na vylepšení od elektrotechnicky zdatných, kteří pochopí funkci, vítány :-)

----------------------------
Ještě slíbený komentář k funkci.
Zařízení je postavené kolem mixed signal mikrokontroléru Sillicon Labs 8051F005 (www.silabs.com). Jeho princip spočívá ve vyhledávání souřadnic místa v obraze, které je svým jasem nad nastaveným limitem. Tato činnost se děje v reálném čase, 25x za sekundu, v každém televizním snímku. Zařízení se nastavuje pomocí jednoduchého menu, které mikrokontrolér v reálném čase klíčuje do TV obrazu, takže k činnosti (nastavení zařízení, nalezení a zaostření hvězdy) je třeba malá TV nebo LCD video display. K vlastni pointaci pak již není třeba a může se vypnout.

Ze vstupního videosignálu se pomocí separátoru LM1881 separují synchronizační pulsy (snímkový a řádkový) a informace o sudém/lichém půlsnímku.
Vlastní analogový signál se přivádí na komparátor (LM311) jehož úroveň komparace se nastavuje pomocí D/A převodníku mikrokontroléru.
Snímkové a řádkové pulsy a výstup z komparátoru generují v mikrokontroléru přerušení, která řídí činost celého systému. Vertikální pozice hvězdy (na které dojde ke komparaci) se vypčítává z načítaného počtu řádků, ve kterých došlo ke komparaci a horizontální poloha hvězdy se určuje pomocí změření doby od počátku řádkového sync pulsu, než dojde ke komparaci. Souřadnice takto zjištěných bodů ze sudého a lichého půlsnímku se po obou půlsnímcích (tj. 25x/sec.) vždy vyhodnotí (spočítá se průměr hvězdy a její střed) a podle toho se udělá korekce chodu montáže. Pro snížení vlivu seeingu a zvýšení přesnosti lze získané souřadnice průměrovat. Např pri průměrování 5 snímků lze získat až rozlišení s přesností 0.2pixelu a stále je možno provádět korekce ještě 5x za sec. Poinatce je tedy rychlá, a funguje i na horších montážích, kde se pointéry, co exponují jeden snímek třeba sekundu i více moc nehodí.

Druhou zásadní funkcí procesoru je generování menu a kříže do obrazu. Pro vlastní klíčování obrazu do videosignálu je použitý videozesilovač MAX 4313 s multiplexorem na vstupu. Na jeho přepínací vstup A0 se přivádí klíčovaný signál z několika zdrojů. Prvním z nich je posuvný registr 74165, do kterého se z procesoru ukládá vždy jeden bajt informace pro daný TV řádek, kteý se následně odposouvá. Vlastní obraz leží v RAM procesoru, která funguje jako videopaměť, a od tamtud se v rytmu synchronizačních pulů vyčítá a vysílá po bajtech na posuvný registr.

Druhým klíčovacím vstupem je výstup z generátoru kříže, který je na mikrokontroléru realizován pomocí čítače z PCA bloku kontroléru. Jeho vhodným naplněním a spouštěním ve správný okamžik lze dosáhnout žádané polohy a velikosti kříže.
Další z čítačů v PCA zajišťuje právě odměřování doby do komparace a tím přesné měření horizontální polohy hvězdy.

Třetím klíčovacím vstupem, který se připíná tlačítkem SW 7 je přímo výstup z komparátoru. Stisk tlačítka umožňuje zjasnit na plnou sytost ty hvězdy, které leží nad nastavenou úrovní, takže se dá dobře poznat, na co se vlastně pointér ještě "chytá" a zda již nedetekuje i šum v obraze, ketrý u vysoce citlivých kamer je. Zároveň se tak nechá citlivost pointéru naladit optimálně na konkrétní kameru, aby se co nejvíce využila.

Všechny klíčovací vstupy jso sečteny pomocí rychlých schotkyho diod a přivedeny na A0 zesilovače. Pomocí trimru R26 zapojeného na druhý vstup zesilovače se nastavuje jas písmenek a kříže.

Pro komunikaci s dalekohledem jsou 2 možnosti. První z nich je klasický výstup komaptibilní se všemi moderními pointéry jako SBIG, Meade PICTOR a podobně. Autopointér je testovaný s montážemi EQ6, Meade LX200, CG5, Losmandy G11 a zřejmě bude fungovat i na spoustě dalších. Výstupy jsou typu otevřený kolektor.

Druhou možností je sériový protokol LX200 (respektive jeho základní příkazy pro ovládání pohybů dalekohledu:
Zapnutí pohybů: :Me# :Mw; :Mn# :Ms#
Zastavení pohybů: Qe# :Qw; :Qn# :Qs# :Q#
Takže by to mělo fungovat se všemi montážemi a elektronikami podporujícími alespoň minimálně LX200.

Protože mikrokontrolér je programvatelný pouze ISP (aby také ne, když je v pouzdře TQFP64) přes rozhraní JTAG, je ke zprovoznění potřeba speciální adaptér pro nahrání firmware. Přes něj lze provádět i případné nahraní nové verze FW a celé zařízení ladit.

Firmware (necelách 900 řádků zdrojového kódu) je naspaný v jazyce C od firmy Keil, s mezivýpisem v ASM a s drobnými manuálními optimalizacemi časově kritických míst. Jediným oprvadu malinkatým nedostatkem, co se mi nepodařilo úplně dořešit, je nepatrná zubatost hran písmenek menu a kříže (viditelná obvykle jen na velké televizi, ne na malinkém LCD s menším rozlišením), která je daná asi trošku nepřesným časováním prováění instrukcí (procesor má údajně nějakou cache, která trošku ovlivňuje dobu vykonávání některých instrukcí, a to nemohu ovlivnit a je to daň za rychlost procesoru) Na přesnost pointace to nemá absolutně žádný vliv (polohu hvězdy měří vlastně přímo HW na mikrokontroléru, ne nějaká smyčka v programu) a je to tudíž jen případná kosmetická záležitost.

UFF... Toliko stručný popis funkce pro zasvěcené.

Pro ostatní a případné budoucí majitele - nic z výše uvedeného nepotřebujete k používání a ovládání zařízení je úplně triviální a intuitivní...

http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
Uživatelský avatar
MP
Příspěvky: 2920
Registrován: 20. 05. 2003, 00:06

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#7

Příspěvek od MP »

Coz o to, funkci bych chapal i jako elektronicky poloanalfabet, tady je klicovy opravdu ten firmware ( klobouk dolu ).

Chapu spravne, ze videovystup je klicovany pres ten 8bitovy posuvny registr, takze ten se musi pro kazdych 8 horizontalnich bodu znovu naladovat ?
e-mail : mpec(at)cce(dot)cz&&
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#8

Příspěvek od MMys »

Presne tak, to mi usetri hromadu prace procesoru s rychlym a neprerusitelnym softwarovym shiftovanim pixelu ven. A znaky mam udelane jako matici 8x12pix. takze tech 8bitu vyjde akorat na jeden znak, a pak je mala mezirka na nove naladovani registru (dusledek je ten, ze znaky nikdy neprilepim primo k sobe, vzdy tam zustane mezera, ale to nijak nevadi)

Kriz je vcelku protoze se kresli jinak. Ten je delany pomoci vystupu KEY1, ktery je v procesoru namapovany na vystup jednoho citace z PCA (Programable Counter Array), a ten se jenom pro kazdy radek naladuje hodnotou podle delky cary (kratinky puls pro vertikalni caru a dlouhy pro horizontalni caru) a ve vhodnem okamziku odstartuje.

Druhy vystup KEY2 je jeste v rezerve, kdybych chtel malovat neco dalsiho :-)
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
Uživatelský avatar
MP
Příspěvky: 2920
Registrován: 20. 05. 2003, 00:06

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#9

Příspěvek od MP »

Tak na tom snad ani neni co vylepsovat - je to elegantni, jednoduche a funguje to. Pripadne by sel udelat komplet v jedne krabicce s kamerou, kde by sly primo z kamery vytahnout synchronizacni impulsy a usetril by se ten LM1881. Jenze pak by asi zase musela byt samostatne tlacitka, aby si to clovek neroztrasl. Ale po nastaveni a zamereni by sla odpojit tlacitka i monitor a kabelaz by pak byla jednoducha - kabel pro autoguiding z kamery primo do montaze, napajeni od montaze do kamery a dost. Ale ta tlacitka by musela mit zase svuj procesor, napajeni - asi to neni stastny napad. Leda ze by se nechala na kamere s guiderem a clovek by se musel smirit s tim, ze kriz nastavi jen priblizne podle roztreseneho zaberu a presne na nej dojede montazi.
e-mail : mpec(at)cce(dot)cz&&
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#10

Příspěvek od MMys »

O tehle variante jsem uvazoval taky, ale narvat to do male krabicky, ktera se vejde do OAG mezi tubus Newtona a fotak (aby sla otacet o 360stupnu) by byl dost problem. Nektere soucastky se navic blbe shaneji v SMD, pokud jich nepotrebuju 1000ks. A pokud je zrovna nemame ve firme skladem, tak je v malem mnozstvi v SMD nesezenu.

Jinak kabelu neni moc, zarizeni je napajene z portu COM montaze, a tim kabelem i komunikuje (Tam litaji prikazy LX200) Do konektorů 12V a Video OUT je zapojeny dvojitym kabelem TV monitorek. A kamera je zase jeden kabel, po kterém se napájí i posílá video. Cinch Video IN tam je jaksi projistotu, kdyby někdo měl už jinou kameru, napájenou zvlášť. Takže na své montáži žádné dlaší zdroje na napájení ničeho nepotřebuji, vše jede z jejího napájení.

Navic, pokud nekdo pouziva OAG, tak dost casto vyjde kamera do naprosto nemozne polohy, ze na to neni videt (nebo jen za podminky ze bud klecis pod tubusem, nebo stojis na stolicce ) Asi to opravdu neni stastny napad.
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
Uživatelský avatar
MP
Příspěvky: 2920
Registrován: 20. 05. 2003, 00:06

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#11

Příspěvek od MP »

MMys napsal: O tehle variante jsem uvazoval taky, ale narvat to do male krabicky, ktera se vejde do OAG mezi tubus Newtona a fotak (aby sla otacet o 360stupnu) by byl dost problem.Nojo, na OAG jsem zapomnel, jako na smrt ;)
Tak to je jasne, tam to chce naopak "ocesanou" kamerku v co nejmensi krabicce.
e-mail : mpec(at)cce(dot)cz&&
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#12

Příspěvek od MMys »

Popis doplněn o "stručnou" (sorry za délku, ale kratší to asi už fakt nešlo) funkci obvodů a firmware.
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
VK
Příspěvky: 1851
Registrován: 12. 12. 2008, 21:59

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#13

Příspěvek od VK »

Popis doplněn o "stručnou" (sorry za délku, ale kratší to asi už fakt nešlo) funkci obvodů a firmware.
Díky, docela jsem to z toho pochopil.

V. K.
Uživatelský avatar
MMys
Příspěvky: 17622
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Běleč nad Orlicí
Věk: 50
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#14

Příspěvek od MMys »

Protože jsem několika zájemcům již dodal nebo v brzké době dodám první kusy tohoto zařízení, zřídil jsem toto téma k diskuzi o zkušenostech s používáním autopointeru, o případných nectnostech a námětech na vylepšení. Do tématu jsem přesunul část diskuse, která se rozpoutala v sekci CCTV kamery pro focení deep-sky.

Finální verze vypadá takto:



Deska plošného spoje je již v pořádném provedení:




Celý komplet (bez krabičky):



A kamera, jednoduchá, co nejmenší, by se všude vešla. Pouze s potenciometrem pro manuální řízení citlivosti. Ještě budou 1.25" tubusky pro zašroubování do C-mount závitu.



Zde je návod k použití:
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz/other/TVGuider.pdf
http://hvbo.cz/foto_astronomy_cz, http://hvbo.cz, e-mail: martin(*)myslivec(a)volny(*)cz, Dobson 400mm, N400/1600, Refraktor Borg 77ED, Montáž EQ6, Hvězdárna s montáží vlastní výroby, kamery MII C3-61000, ZWO ASI 1600MM
Uživatelský avatar
Psion
Příspěvky: 11502
Registrován: 02. 01. 2001, 05:03
Bydliště: Praha
Věk: 61
Kontaktovat uživatele:

TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery

#15

Příspěvek od Psion »

Co dodat, profi zařízení, škoda, že to neprodáváš ve velkém - venku by ti za 1000 USD utrhali ruce ;D
Odpovědět