Cámara CCD Moravian G1-1400C con sensor Sony ICX285 AQ CCD Color
La serie G1 de cámaras CCD se basa en los detectores de Sony ICX CCD. Las cámaras se alimentan desde el USB, por lo que se conectan al PC con un solo cable. El puerto estándar "Autoguider" permite que la cámara controle directamente el movimiento del telescopio. El cuerpo de las cámaras G1 es un poco más grande que las de la serie G0, ya que contienen ventilador de enfriamiento, lo que reduce significativamente la corriente oscura del CCD. Las cámaras G1 también están equipadas con un adaptador de rosca CS estándar, por lo que son compatibles con objetivos varios de CCTV, microscopios y otros dispositivos.
Las cámaras G1 son muy compactas, ligeras y fáciles de operar. El usuario sólo necesita insertarla en el portaocular del telescopio, enchufar el cable USB a la computadora y funciona.
La sensibilidad es una característica importante de cualquier cámara de guiado. Debe proporcionar imágenes de estrella(s) guía con una relación S/R suficiente en un tiempo bastante corto para garantizar una guía perfecta. La necesidad de acumular luz durante muchas decenas de segundos o incluso minutos a menudo es inaceptable para un guía de alta calidad. Esta es la razón por la que las cámaras G1 utilizan CCDs de alta sensibilidad Sony ICX con una eficiencia cuántica superior al 50% y un bajo nivel de ruido de lectura.
Las cámaras G1 admiten la digitalización de 16 bits, mejorando significativamente el rango dinámico.
La fuerte protección contra el blooming mantiene redondas incluso las estrellas más brillantes, sin espículas de saturación.
Las cámaras G1 también proporcionan una lectura muy rápida: la velocidad de digitalización de píxeles alcanza los 8 MPx/s en el modo de lectura rápida.
La serie G1 de cámaras CCD contiene componentes electrónicos similares a la G0, los mismos detectores CCD y proporciona una funcionalidad similar. La diferencia está principalmente en la construcción mecánica y en el enfriamiento: las cámaras G1 son un poco más grandes y pesadas, pero mantienen el detector de CCD a una temperatura más baja gracias al ventilador incorporado, que reduce en más de dos veces la corriente oscura del detector. También ofrecen un adaptador de rosca CS y también otras alternativas de adaptadores para objetivos fotográficos (Canon EOS y bayonetas Nikon, rosca
T, etc.).
Las cámaras G1 no requieren ninguna fuente de alimentación externa, se alimentan completamente desde la computadora a través del cable USB. Debido a que la potencia proporcionada por la línea USB es bastante limitada, estas cámaras no utilizan un enfriador Peltier que consume mucha energía.
Las cámaras G1 son dispositivos alimentados por USB (solo se necesita 1 cable para operar).
La ausencia del enfriador Peltier no permite una temperatura de operación del CCD por debajo de la temperatura ambiente, pero el ventilador integrado en las cámaras G1 mantiene la temperatura del CCD muy cerca.
Aunque los montajes de telescopios astronómicos modernos son compatibles con la conexión a través de PC, las cámaras G1 incorporan un conector estándar de 6 clavijas para la entrada del autoguider. Por lo tanto, la computadora puede guiar el montaje a través de la cámara, incluso en el caso de que no haya un vínculo entre la montura del telescopio y el PC. (El cuerpo de la cámara G1 está equipado con un conector Autoguider estándar.)
Nota: La corriente del puerto de autoguiado no debe exceder los 150 mA. Si la montura no trata al puerto de autoguiado como "entrada lógica" solamente, pero cambia los motores de guía directamente por estas señales, debe insertarse una "caja de relés" entre la cámara y el soporte. La caja de relés asegura la conmutación de las corrientes requeridas por el montaje.
El software de control SIPS (Scientific Image Processing System) es compatible con la guía a través del puerto de la cámara, así como a través del enlace del PC al telescopio.
El puerto Autoguider en el cuerpo de cámara G1 sigue el pinout estándar de las cámaras de guía ST-4, ya que la serie G1 de cámaras CCD están diseñadas para guiar, así como para la obtención de imágenes CCD, bien sean astronómicas o microscópicas.Las cámaras G1 se pueden usar con cualquier telescopio u objetivo fotográfico compatible con montura C / CS.
El software de control SIPS trata cualquier cámara CCD como dispositivo de imagen o guía. El usuario elige qué cámara se utilizará para la captura de imágenes y cuál se usará para guiar.
Mientras que el CCD monocromo captura todas las longitudes de onda entrantes (a las que el detector es sensible), el detector de CCD en color tiene filtros rojos, verdes y azules aplicados en píxeles individuales, dispuestos en la llamada máscara de Bayer. El CCD monocromo es sustancialmente más sensible, pero es necesario realizar exposiciones múltiples a través de filtros de color si queremos capturar imágenes en color. Por otra parte, el detector de color limita la luz entrante por los filtros de color, pero permite la reconstrucción de la imagen en color a partir de una sola exposición, incluso si la resolución del color es menor que la matriz de píxeles del CCD.
Aunque los denominados CCD de fotograma completo (FF) son los que alcanzan la sensibilidad máxima, solo se pueden utilizar junto con un obturador mecánico; por el contrario, los llamados CCD de transferencia interlineal (IT) están equipados con obturador electrónico, que permite exposiciones muy cortas. Es por esto que las cámaras G1 usan detectores IT. Además, los sensores de TI se diferencian por la lectura de imagen: mientras que los chips de lectura progresiva pueden leer todos los píxeles de la imagen a la vez, los CCD entrelazados de lectura dividen el cuadro en dos medios fotogramas que solo contienen filas impares o pares y leen el texto de forma independiente.
Las cámaras de guía G1 están diseñadas para funcionar en cooperación con un ordenador (PC). Los algoritmos de guiado son realizados por el PC, no por la propia cámara. Para operar la cámara, se necesita un PC con sistema operativo Windows de 32 o 64 bits con, al menos, un puerto USB libre.
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Especificaciones técnicas
Chip CCD
Las cámaras G1 utilizan detectores de CCD ICX de Sony sensibles y de poco ruido, con eficiencia cuántica (QE) estimada que supera el 50%. La corriente oscura y el ruido de lectura de estos CCD son muy bajos. El modelo G1-1400 utiliza el chip ICX285AQ SXGA (1280 × 1024 píxeles) de Sony con lectura progresiva y máscara Bayer RGBG para la reproducción de los colores.
- Resolución: 1392 (H) × 1040 (V) píxeles
- Tamaño de píxel: 6.45 μm (H) × 6.45 μm (V)
- Área de imagen: 9.0 mm (H) × 6.7 mm (V)
- Tiempo de descarga: ~ 0.18 s
Electrónica de la cámara
El convertidor A / D de 16 bits con muestreo doble correlacionado garantiza un alto rango dinámico, que de hecho excede la capacidad de pozo de electrones de cada píxel del CCD. La interfaz USB rápida garantiza el tiempo de descarga de la imagen en fracciones de segundo.
La longitud máxima del cable USB es de 5 m. Esta longitud se puede ampliar, por ejemplo, a 10 m utilizando un hub USB o un cable extensor USB. Se puede lograr una extensión de hasta 100 m con extensores.
- Resolución: ADC 16 bits
- Método de muestreo: Doble muestreo correlacionado.
- Modos de lectura: rápido (8 Mpx / s) // lento, con ruido electrónico muy bajo (2.5 Mpx / s)
- Lectura de sub-cuadro: Sí
- Interfaz de computadora: USB 2.0 de alta velocidad, compatible con USB 1.1 Full Speed
Nota: El software de control SIPS permite redimensionar cambiando el binning via software si se desean imágenes de menor resolución.
Enfriamiento del chip
La serie G1 de cámaras CCD no utiliza refrigeración activa con módulos Peltier TEC, por lo que el CCD no puede enfriarse por debajo de la temperatura ambiente.
Cuando trabajan los circuitos electrónicos (incluido el chip CCD) producen bastante calor, por lo que elevan la temperatura interna de la cámara bastantes grados por encima de la temperatura ambiente. Debido a que el ruido térmico del CCD generalmente se duplica cada 5 o 7 ° C, el ruido térmico puede ser dos o más veces mayor después de algún tiempo de funcionamiento de la cámara. La serie G1 de cámaras CCD contiene un pequeño ventilador, que elimina de manera eficiente el calor del cuerpo de la cámara y mantiene la temperatura del CCD lo más cerca posible de la temperatura ambiente. El ventilador puede ser controlado desde el software.
Las cámaras G1 también incluyen el sensor de temperatura integrado, que mide la temperatura actual del CCD. Esta característica permite controlar la temperatura del CCD y asegurar que el fotograma oscuro usado se tomó a la misma temperatura o similar a las tomas científicas que han tenido exposición a la luz.
Fuente de alimentación
Las cámaras G1 se alimentan desde el cable USB. No se necesita una fuente de alimentación externa.
El límite de corriente para un solo dispositivo USB es de 500 mA con una alimentación de 5 V. La corriente requerida por las cámaras G1 varía según el modo de funcionamiento de la cámara. La siguiente tabla resume el consumo de la cámara sin alcanzar, en ningún caso, el límite de 500 mA, definido en la especificación USB.
- Modo inactivo, con ventilador apagado 185 mA
- Modo inactivo, con ventilador encendido 260 mA
- Modo digitalización de imágenes, con ventilador apagado 285 mA.
- Modo digitalización de imágenes, con ventilador encendido 360 mA.
Nota: Algunos cables USB incorporan líneas eléctricas muy finas con una resistencia relativamente alta. Si el dispositivo USB consume varios cientos de miliamperios, la caída de voltaje en dicho cable puede ser de alrededor de un voltio. Aunque la cámara G1 debería funcionar, algunas características pueden verse afectadas negativamente. Asegúrate siempre de que el cable USB usado sea lo más corto posible y con líneas eléctricas de baja resistencia.
Especificaciones mecánicas
El compacto y robusto cuerpo de la cámara mide solo 83 × 76 × 26 mm. El cuerpo está mecanizado en CNC de aluminio de alta calidad y anodizado en negro.
El cuerpo está dotado de roscas CS o C para conectar diversos objetivos fotográficos CS o C. El adaptador de rosca C a 1.25" se puede atornillar en el cuerpo para conectar la cámara a cualquier enfocador telescópico que acepte oculares de 1.25" estándar.
Las cámaras G1 utilizan CCD de transferencia interlínea y no contienen obturador mecánico. Es necesario cubrir el telescopio manualmente para tomar un fotograma oscuro (dark) o un bias (offset).
- Obturador mecánico interno: No
- Tiempo de exposición más corto: 0,125 s
- Tiempo de exposición más largo: limitado sólo por la saturación del chip
- Dimensiones del cuerpo: 83 mm × 76 mm × 26 mm
- Distancia focal posterior: 12.5 mm (estándar de rosca CS) / 17.5 mm (rosca estándar C)
- Peso del cuerpo de la cámara: 0.2 kg
Nota: Las dimensiones de la cámara no incluyen el adaptador de rosca CS. La profundidad de este adaptador es de 6,4 mm, por lo que la profundidad de la cámara, incluido el adaptador de rosca CS, es de 32,4 mm.
Guiado
Aunque las cámaras CCD de las series G1 son capaces de capturar imágenes de diversos objetos en astronomía, microscopía o en otras aplicaciones de captación de imágenes en condiciones de poca luz, están pensadas principalmente para efectuar el guiado de monturas de telescopio usando cámaras G2, G3 o G4 como cámara principal, con finalidades científicas.
La cámara G1 puede funcionar como "cuerpo guía en remoto" para cualquier cámara CCD, incluida las series Gx. El hecho de que no esté conectado al cuerpo de la cámara Gx por algún cable propietario, sino directamente al puerto USB del PC, trae numerosas ventajas:
- La cámara de guiado puede guiar cualquier cámara astronómica o cámara réflex digital, no sólo el tipo de cámara principal para la que está diseñada.
- No hay conectores / cables patentados para conectar la cámara principal con el cuerpo remoto. En su lugar, se utiliza un cable USB estándar.
- Prácticamente no hay límite en la distancia entre la cámara de guiado y la cámara de toma de imágenes científicas, por lo que la cámara de guiado puede colocarse en cualquier telescopio de guía o en una guía fuera de eje.
- Incluso si la cámara guía comparte el mismo telescopio con la cámara principal -usando una guía fuera del eje-, la luz que alimenta a la cámara de guiado es desviada antes de que pase a través de los filtros, con lo cual hay suficiente luz para guiar incluso cuando la cámara de imagen principal toma la exposición a través de algunos filtros muy "oscuros", como UV, Azul o Hα.
- Por otra parte, el hub USB es capaz de crear una solución integrada para dos cámaras Gx y G1 que antes operaban por separado.
Software SIPS de guiado:
La cámara guía G1 se conecta directamente al puerto USB del PC o al hub USB, sin requerir una "caja de CPU" o dispositivo similar. Los algoritmos de guía se realizan en el propio PC y, como la CPU que utiliza un PC es varios órdenes de magnitud más potente que cualquier CPU integrada de las que se pueden usar en cualquier cámara CCD, los algoritmos de guía pueden ser mucho más sofisticados. Tales algoritmos se implementan en el software de control de cámara SIPS.
Hay dos algoritmos utilizados en SIPS para guiar:
- Guía de una sola estrella. El PC calcula el centroide de la estrella más brillante en la imagen adquirida por la cámara guía. La posición del centroide se calcula con una precisión de fracciones de píxel, por lo que la guía puede ser muy precisa incluso cuando la guía está conectada a un telescopio de distancia focal corta.
- Guiado de reducción astrométrica. El PC realiza básicamente la misma operación que en el caso de la coincidencia de sub-píxeles de exposiciones múltiples o la reducción de astrometría. El número de triángulos se crean a partir de las estrellas más brillantes y se combinan con triángulos en el marco de referencia. La coincidencia de triángulos requiere al menos tres estrellas en la imagen de guía y, por lo tanto, es adecuada tanto para telescopios-guía de focal corta o para campos de estrellas ricos; el desplazamiento de la imagen se calcula a partir de múltiples posiciones de estrellas y es menos sensible a los errores aleatorios derivados de un seeing pobre, espículas de blooming, etc.
El soporte de guiado SIPS permite la incorporación del puerto Autoguider de la cámara G1 que, de facto, es estándar y compatible con diversas monturas de telescopios. SIPS también puede guiar a través del propio enlace del telescopio (por ejemplo, a través del protocolo Meade LX-200 o Celestron Nexstar), por lo que puede que no sea necesario un cable autoguider, pero un dispositivo de guiado especializado como la cámara guía G1 generalmente puede controlar la montura con una precisión mucho mejor en comparación con la resolución de tiempo relativamente limitada de una aplicación que se ejecuta en el PC.
Cámara CCD Moravian G1-1400C con sensor Sony ICX285 AQ CCD Color
