2016/07/30

USBカメラで星を撮る



高感度なUSBカメラをAliexpressで注文し、天文用に組み立ててみた。

搭載センサはONsemiのAR0130CSで、1.2Mピクセル カラーのバージョン。
普通のCMOSセンサに比べると、ダイナミックレンジや量子効率がかなり高い。


ソニー製のセンサなどと共に、夜に強い監視カメラ向けとして人気のようで、センサ名で検索するといろいろな形態で販売されている。 ボードカメラのモデルは40ドル程度で入手できる。
 同じセンサを搭載した望遠鏡用のカメラ/オートガイダーも存在する。 低価格な望遠鏡のカメラとしても幾つかのメーカーから出ているようだ。

 値段をケチるために筐体無しのものを選んだが、動作中は結構熱くなるので、放熱等を考えると筐体モデルのほうが良いのかもしれない。 消費電力は0.5W程度だった。



タカチの小型ケースのネジ穴と基板のネジの配置がぴったりだったので、簡単に固定台をつくり、自撮り棒についていたスマートフォン用のホルダを使って、三脚に固定した。


SnapCapという天文用のカメラ制御ソフトを使用して、キャプチャを行ってみた。UVC対応なので、特にドライバ等は必要ない。

このカメラは露出時間を最大にすると、撮影間隔が1~2fpsに落ち、街明かりが飽和を起こす程度まで明るくなる。 iPhoneのカメラと比べると、数段くらい暗く撮影出来ている様子。

ボードカメラでお馴染みのM12規格のレンズだが、Aliexpressでいろいろなレンズがみつかる。1000円以下のものは大半が車や監視カメラ用なので、解像度を考慮すると、Megapixel対応と謳うものがよさそうだ。素子面積は1/3インチなので、焦点距離と併せて画角を考慮すると良い。
魚眼レンズが多いけれど、空に向けた場合、広すぎると細かいディテールが失われやすい。

最近はGoPro用の高級(?)レンズも増えてきて、すごいお値段なものもあるけど、撮像素子が1.2Mピクセルなので、そこまで違いはなさそう。

 明るさはF2程度のものが大半なので、より明るいレンズを使ってみたいときは、CSマウントに交換するのも良い。どちらかというと、CSマウントのほうがピント合わせが楽で良い。
aitendoでも取り扱われている。 http://www.aitendo.com/product/12784
CSマウントに交換したもの。

梅雨明けとともに晴れ間が見えたので、3時間ほど撮影してみたものがこちら。レンズはCSマウントで、焦点距離2.8mm F1.2をIRカットフィルタなしで取り付けた。 115度ほどの画角がある。 映像は128倍速にした。

ゲインは控えめにしたので、肉眼でみた空の明るさに近くなっている。 下に土星、火星とアンタレスで構成された三角形が映っていて、日周運動で移動していく様子がわかる。

最大感度でゲインを上げると、熱ノイズのような固定パターンが現れるため、暗い星との区別が難しい。 ダークフレームを取得しておいて、減算していく必要がありそうだ。

 やや夜に強いUSBカメラということで、応用性は高い。 ただ、露出時間は1/2秒程度までなので、本格的な用途には厳しいかもしれない。 天文用の製品は数百秒まで露出可能になっている。

UVC対応でドライバレスなので、RaspberryPiなどと相性が良い。


簡単な直焦点撮影をしてみた。 ETX-60ATに3倍バーローをとりつけて撮影した土星。1050mm相当の焦点距離で、画像の一部を切り出したもの。 あまり追尾精度が良くないのでコンポジット等はできないけれど、撮れてはいる。 頑張れば輪の模様も映りそうだ。
(惑星撮影するなら、カセグレン式の望遠鏡が欲しいなぁ・・・)
 木星は地平線に近くて条件が悪かったが、ガリレオ衛星が確認できた。