TVGuider - autonomní autopointer z TV kamery
Napsal: 05. 05. 2005, 14:26
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...
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...