2015-12-06

王為豪《星野攝影》第二版


王為豪《星野攝影》第二版(此版本是針對數位攝影時代重新改寫的版本,與第一版不同)

每位星空喜愛者書架上都應該要有的書(即使你不攝影,其中的觀念或許也能讓您感到醍醐灌頂之清明),推薦給各位朋友。


作者開宗明義地介紹了本書的讀者對象,所謂星野攝影,作者的定義為100度至30角分[1]之間的視野,方法則是直焦攝影(或少倍率加倍,譬如使用1.4倍或2倍加倍鏡)


同時作者亦表明這本書的對象是給已具有攝影基本知識與經驗的讀者,然則什麼都不懂的初學者請別因此打退堂鼓,作者也說了,學習星野攝影的最好方法就是跟已入門的同好一起上山觀摩,幾次下來就會有一個較清楚的輪廓星野攝影是怎麼一回事。到那時,這本書也會成為各位書架上應該
要有的參考書。(所以本書早晚都會幫助到對星野攝影有興趣的讀者)


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Part I 基本學理知識


開始的幾個章節介紹了光學基本知識的部分,以及各種天體的光譜特性、天空背景光的內容,包括如何解讀天體的光譜圖,什麼是連續光譜,什麼是線光譜。哪些天體是連續光譜,哪些是線光譜,這些知識對於我們拍攝(觀測)有重要的影響,譬如針對某天體可選擇怎樣的濾鏡來增進拍攝效率,或用何種濾鏡來減低光害的影響,又怎樣的天體應盡量避免使用光害濾鏡等等。這些天體光譜知識還需配合對於拍攝地的天空背景光的各種組成的了解(在全無光害的場合也有天光)、測量來使用。


其中關於影像基本知識的部分,作者詳細說明了感光元件的原理,數位影像的特性,一些參數、術語的意義,基本的影像訊號與雜訊處理,訊號包括哪些,雜訊有哪些,什麼是Poisson 雜訊,它的根號特性等等很重要的觀念。曝光時間增加、疊加對訊號與雜訊的影響,書中也有易懂的圖片說明。

讀者需特別注意的,在這裡,作者提到了ㄧ個重要的「訊噪比」(訊號對雜訊的比值)的觀念,這個基本觀念乃貫穿全書的靈魂,星野攝影一個很重要的目標就是追求高訊噪比,訊噪比越高,影像的品質就越高。拜數位影像的「線性度」之特色,我們可以使用不斷增加曝光時間來提高訊噪比,「收集N倍多的光子,訊噪比就增加根號N倍」這是書中一再強調的重要觀念。

然則,我們據一般所熟知的坊間關於曝光時間的描述是,譬如把光圈比作水龍頭,快門比作水龍頭的開啟的時間長度,而曝光時間越久亮度就越高,但當本書在談論星野攝影的長時間曝光時卻告訴我們乃是為了增加訊噪比,而非亮度?這好像與我們的一般理解有所衝突,但從另一個的地方來看,我們使用疊圖軟體來累積曝光時間所疊出的成像又似乎呼應了作者告訴我們的觀念,疊圖並沒有增加亮度。這到底是怎麼一回事?
疊圖為何不會增加亮度?這是初次接觸天文攝影並使用如 DSS的疊圖程式後通常會有的第一個疑問。(為何疊了總曝光時間一個小時的圖還不會過曝?)
於此我們要引入作者在本書中提到的另一個概念「ADU/e-」,DSLR處理圖片亮度的方式類似CCD的增益概念,此增益體現在數位相機上就是不同的ISO值,即是一種信號的放大。(ISO越高放大率就越大)

作者在本書以外的地方曾提及:「圖片亮度不具有意義。任何一張圖,我們都可以丟進Photoshop讓它變亮或變暗,但它本質上仍是同樣一張圖。訊號強度永遠要與雜訊強度搭配來看才有意義。你把一張圖丟進Photoshop讓它亮度加倍,但裡頭的雜訊強度也加倍了,這種事一點意義也沒有。但如果把兩張(分別拍攝)的圖丟進Photoshop裡疊加起來,亮度加倍,但雜訊卻只會增加根號2倍,這樣就有意義了,因為訊號對雜訊的比值增加了。

兩張圖進Photoshop裡疊加,跟一張圖但曝光時間加倍,就訊噪比角度來看效果是相當接近(但不完全一樣)的,都是在增加進光量,差別只是在增加的進光量是在CMOS上累積,還是事後在軟體裡累積。
至於,只有一張圖進Photoshop裡增加亮度為兩倍,這種事如前所述並沒意義,那麼,把一張圖的亮度減為兩倍同樣也並未對影像的本質造成改變。從這角度看,兩張圖你要相加還是取平均,本質上也都沒什麼不同。」

據此讀者可能會推論,這是否意味著曝光ㄧ小時看起來很清楚的天體,曝光ㄧ分鐘仍看不到,差異在於一分鐘的雜訊太高,其實天體訊號都已完全展現,再增加進光量只是為了增加訊噪比?而不是尚有未得到的天體訊號?

的確,作者認為某種程度上來說是這樣,不過「這又牽涉到雜訊的來源。雜訊有一部份是來自相機,一部份是來自訊號本身,光子的訊號與雜訊是相生相伴的。

如果雜訊完全只來自相機,那以上說的1分鐘跟1小時的差別只有雜訊,就是正確的。但現在並沒有這麼糟的相機。

實際上,因為訊號本身也帶著雜訊(二者呈根號關係),所以當然也可以說一小時曝光的影像有較多的訊號,所以訊噪比比較好。
較多的訊號指的是收集到較多的光子。光子雜訊是光子數的根號,所以二者比值也是光子數的根號,收集到總數越多的光子,訊噪比就越高。」

因此,我們可以說光子數多寡與亮度無關。(或者為了我們不將光子數量與圖片亮度混淆,我們可以把光子數定義為一種像元亮度(能量強度),以對應經過增益、放大之後的圖片亮度?)

「我們永遠可以事後在Photoshop裡,或事前拉高ISO,讓少少的光子看起來也很亮,但這種亮法意義不大,因為扮隨而來的就是看起來很強的雜訊。」

談到雜訊,一般懂些攝影基礎的朋友腦海中通常會馬上浮現的印象是,高 ISO雜訊越高,但作者告訴我們這其實是一種誤解,如同底片的rms 粒狀性,數位影像的雜訊感,說穿了都是訊噪比。但我們即使在白天拍照,不是都曾感覺到高ISO「顆粒感」比較大呢?
關於這點作者曾經解釋過:「那是因為當你用測光錶測光時,高ISO會導致曝光量減少。曝光量少才是高ISO照片看起來雜訊很強的真正原因。就相機本身製造的雜訊來看,高ISO的雜訊反而是比較小的。基本上我的《星野攝影 II版》書裡整個16-1、16-2節,以及圖16-1.2都在講這個。」(如果要以JPEG圖檔來比較不同ISO的雜訊話,首先應該曝光時間長度都相同,並且把高ISO的訊號放大率降低成與低ISO相同,這樣的立足點才相同。否則,當使用者將相機的ISO設越高時,相機的自動曝光就會用越少的光子來放更大的倍率,以將所需曝光時間縮得更短。而曝光時間越短,訊噪比自然就越差。)


高ISO雜訊比較小?一般使用者即使聽了作者的說明,應該還是會多少存疑吧,那麼就請讀者前往作者於書中介紹的,一個專門提供相機感光元件性能、測試參數的網站 http://www.sensorgen.info 實際查閱一下自己相機的各級ISO對照的讀出雜訊Read noise便可一目了然。

也因此,在本章中作者提出了一個「天文ISO」的概念,主要是使用者針對相機的讀出雜訊與動態範圍等參數,選擇一個較適合於自己的相機來進行星野攝影的ISO感光度設定。本書的表4-2即是幾個常見的相機的一些參數,以及作者建議的天文ISO。若是讀者的相機型號不在裡面,讀者亦可自行藉由上述網站的參數來自己選擇適合的天文ISO,譬如筆者使用的其中一款相機Pentax K5IIs ,查表最低的讀出雜訊為 ISO200的2.4,再來是ISO1600的2.5,而在這兩之間皆是2.6,從ISO200至ISO1600的讀出雜訊大致相差不多(作者認為至少要差15%以上才有可能感覺到差別),不過這裡請讀者注意,ISO越低的動態範圍DR 則越高,因此,天文ISO是越低越好,尤其是單張曝光的時候。(多張疊圖時動態範圍則可由不同曝光時間來補足。)


除了讀出雜訊和動態範圍,在感光元件資訊中尚有Saturation飽和值一項,這項是否在選擇Astronomy ISO時需考慮呢?作者則認為這項的影響是見仁見智「有人很討厭看到亮星中間飽和,我個人完全不管這個。當然ISO衝太高在拍M31或M42時會有中間容易爆掉的問題。但絕大部份其它天體都沒亮到這種程度。」

另外,在本章還提到了影像的幾個訊號成員,包括平場Flat,偏壓Bias,暗電流Dark 。其中,平場訊號由天空背景均勻的光子產生,而天空背景光子同時也會產生雜訊。另外,暗電流是一種訊號,但此訊號本身也會產生雜訊。最後是偏壓,是一個均勻、相機預加的訊號。
整個影像處理的程序可簡單陳述為: 天體影像=(長時曝光後的數位相機影像 - 偏壓 - 暗電流 ) /平場,還請讀者自行閱覽本書,裡面有更詳細的說明與處理細節。


天空背景光子雜訊、暗電流雜訊以及前面提到的讀出雜訊三種雜訊是無法藉由上面的公式去清除的(只有訊號能),但若我們還記得前面曾提到的根號N倍定律,那麼我們就知道,增加曝光時間可以提高訊噪比(也就能降低這些雜訊的影響。請注意增加曝光時間雜訊並沒有減少,而是增加,只是增加的速度比訊號慢,兩者相差根號N倍)

關於天空背景光,或許讀者要問,那麼天空的光害是屬於雜訊還是訊號?如果來自天體的光線波長正等於天空反射的光害波長,那麼光害不會成爲訊號蓋過來自天體的訊號嗎?
其實這就是平場的概念之一「因為天空的訊號在畫面中到處都有而且到處都一樣,所以只要平場有做好,很容易就可以把它減掉。這種到處都有而且到處都一樣的東西,不管有多亮都永遠不可能淹掉天體。會淹掉天體的一定是雜訊,雜訊在每一個pixel亮度都不一樣(所以才叫作雜訊),這個沒辦法在影像處理中減掉。」,請參考書本裡的圖3-4.1影像疊加實例,及第3-4節訊噪比的應用。

以上這些重要觀念到了第十五章談及基本攝影與處理時都會再次提及。現在讓我們複習一下本章一開始曾討論到的數位相機的ISO雜訊問題。
既然ISO僅是相機讀取訊號時的放大,那麼使用天文ISO,或使用更高的ISO, 如果曝光時間夠久的話(假設皆經過dark, bias 處理),高lSO的畫質是否會與低ISO趨於相當?只剩下動態範圍的差異?

大體正確,但因為前面我們已學到了,高ISO的讀出雜訊比較低,所以這裡“高lSO的畫質是否會與低ISO趨於相當”要改成“低lSO的畫質會與高ISO趨於相當”才正確,作者表示,「低ISO的畫質一般來說是比較差的,如果你把同曝光時間但不同ISO的照片丟進Photoshop把亮度調成一致,你會發現高ISO的畫質反而比較好。」

由於數位影像的線性度(與銀鹽重要的不同),使得我們能夠透過不斷地累積曝光時間來提高訊噪比,以及做以前底片時代很難處理的影像操作。就這方面來說,天文攝影與一般攝影一樣受惠於數位化的幫助,設備的操作與暗房(數位後製則可視為數位暗房)的技術門檻都降低了,使得一般大衆都有機會去嘗試這樣的興趣。這裡的基本影像知識,將會大量反覆出現在後面的影像處理章節。




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本書的Part II 裡的章節主要是討論「星野攝影器材」,然則雖說是討論器材,但其討論的內容乃是希望使讀者習得「凌駕器材之上的能力」的知識,這也可以說是本書的主旨,同時是本書與其他天文、星空攝影書籍不同的特色,舉凡拍攝器材的操作使用說明,品牌採購建議等等,這方面坊間有其他關於星空攝影的書籍或網路論壇、部落格可以找到參考資料,本書並不再多著墨。

附帶說明一下,本書有許多觀念理論,但幾乎都是可應用來實務操作的,或許有些讀者在此之前比較少接觸理論的部份,不太清楚理論能如何運用在實務上,也不明白善用理論知識,與適當的計算計劃,科學工具(有形與無形的工具)的輔助,能夠幫助拍攝者在現場能事半功倍,效率絕對是比僅憑試誤、經驗累積(與複製)還要高上許多。簡單來說,本書的內容就是在提供讀者這些知識與工具,以及其應用方法與技能。
就因為有許多基礎理論,有些讀者初讀之下可能會覺得有點艱澀,其實有部分原因可能是因為讀者以前未曾接觸過這類的觀念(在以往的教導讀者拍攝星空的書籍裡並不多見觀念的闡述釐清,尤其進入數位時代以後,據筆者所知,這應該是第一本。),讀者若無法一次讀通,不妨把它當作一本參考書,當某日遇到相關的問題或疑惑,或突然想突破瓶頸更上一層時,即使是沒有任何原因,請拿起本書再重讀一遍,或參考相關章節(計算的部分也請讀者拿起您的筆來實際以自己的例子計算一遍),絕對會讓您有新的收獲,一本好書就該如此,無論是哪一種類的書,好書總是讓你在每次閱讀中都有新的領悟或感動(好作品也是如此)。


回到書中第二部分,這幾個章節介紹了數位相機(本書主要針對DSLR的使用者)、冷卻CCD(本書著重於單色CCD)的工作原理與介紹,各種望遠鏡光學結構、優缺點,赤道儀系統、導星系統的構成與調校,濾鏡的形式與運用,其他輔助工具包括星圖等 。

其中關於鏡頭的耀光(即俗稱的鬼影)的部分,根據筆者自己的經驗,即使平常拍攝時,鏡頭鍍膜對耀光抑制得非常好,在使用移除紅外線截止濾鏡的改造過的機子上也可能會出現明顯的耀光,主要因為這些相機鏡頭,ㄧ般很少會針對紅外波段進行光學性能的最佳化,這點對天文望遠鏡來說亦同(請參考 “Telescope optics”一書,製造者通常會針對特定的波長,譬如人眼最敏感的綠光修正,即對焦綠光後修正紅藍之間的色像差等。)因此如果地面有強光源或天體本身就很亮如月亮,那麼太靠近光源,或特定的角度容易產生耀光,這點在拍攝時要留意。


第五章介紹望遠鏡的光學系統,讀者可以讀到一般望遠鏡教科書沒有提到的,少數幾個廠商自家的特殊設計,其中,譬如等光程施密特蓋賽格林式望遠鏡,是大口徑相對低價又有不錯性能的一種望遠鏡選擇。
而教科書裡都會提到的,其中一款是施密特相機(一種將感光機構內植於類似施密特望遠鏡的鏡身之內的攝星鏡),作者則認為它可說是星野攝影之王,不過因為近年數位相機的發展快速,因數位已無底片倒數律失效(請參考本書註解,以及以底片為主的第一版書)的問題需要克服,在考慮性能與價格丶易用性等方面,在今日業餘天文攝影的環境已無人使用。


望遠鏡光學其中一點需注意的是像面彎曲,本書亦有提及,若沒有修正鏡,不得已下在對焦上則有折衷的技巧,還請讀者注意自己的望遠鏡系統是否有像面彎曲的情形,體現在成像上,使用者一般會遇到中央準焦周圍失焦的情況,作者在本書中有特別指出幾種可能產生像面彎曲的望遠鏡規格。
值得一提的,第五章最後特別提醒今日彩色攝影為大宗的業餘天文攝影同好,因為較少接觸黑白相片的處理與欣賞,故應自行注意、保持、學習對明暗階調的敏感度與處理能力。

II 部分亦談及對星野來說非常重要的裝備-赤道儀(第六章),包括Goto自動導入系統[2]。使用者需特別注意的是,選購赤道的載重時,若要用於攝影需注意預留裕度,因為攝影與眼視目的的所需裝備不同,攝影需要的配件很多,如果加上導星系統,可能達到原望遠鏡的一倍重量以上。(本書有介紹導星系統,CCD導星鏡焦距的選擇等等,然手動導星請參考本書第一版)

第八章介紹到另外一個重要的配件(尤其對光害區):光害濾鏡[3],濾鏡主要分為直切式與干涉式,作者皆有詳細的說明。其中光害濾鏡除了書中介紹的Deep sky Filter 與 IDAS LPS以外,近年又有包括Astronomical 的CLS 系列產品等可供選擇,無論廠牌以及過濾的光譜的多寡,都比以前有更多選擇,雖然價格仍不是很親民,但已能普及提供給ㄧ般的數位天文攝影大眾,比底片時代更多對抗光害、隔離或過濾特定波長光線的利器。單色CCD進行彩色攝影使用的濾鏡在本章亦有說明。
除以上所說應用在深空攝影的濾鏡之外,本書亦介紹到柔焦鏡在星座攝影上的運用,這個部分即使對初接觸攝星的朋友也是很好的參考,文中提到了幾種不同柔焦鏡。


關於其他配件的部分,筆者稍微補充一下星圖,因為在作者出版此書之後,比電腦更輕便的行動裝置(尤其手機、平板如iPad)發展的很快,支援GPS與陀螺儀裝置的星圖種類如雨後春筍般地不斷冒出,有的功能甚至凌駕電腦星圖,包括即時星空導航功能,視野設定模擬顯示,即時或特定時間的地平座標、時角座標等資訊等等,對於拍前的規劃準備,以及拍攝當下的輔助應用,都非常實用與強大,筆者甚至敢斷言,行動星圖用得好的話(必需理解星圖的原理),絕對對尋找天體的能力與拍攝的效率有決定性的幫助,尤其是對輕便觀攝星的朋友來說。(請參考筆者 星圖與使用 一文)

第九章提到拍攝記錄的重要性與記錄內容。其中在底片時代拍攝參數的記錄是很吃重並且輕忽不得,耗時費力的工作。數位化後這項工作大部份都可由相機自動記錄於影像檔中的EXIF 分擔了,但需注意手動器材絕大多數無法被相機偵測相關參數。
天空狀況,溫濕度等環境參數,輔助器材,操作方式等請留意也需記錄。



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Part III 星野攝影的方法


本部分一開始介紹了星野攝影的基本流程,然如前面所說的,本書並非針對初學者而寫,也不是器材的使用說明,因此一些基本的技術與知識,譬如如何找北極星,赤道儀是什麼原理又是什麼,極軸望遠鏡怎麼使用,設備怎麼平衡,相機光圈焦距是什麼,望遠鏡的結構、口徑焦比如何計算選擇,相機如何接上望遠鏡使用,我的赤道儀是否有支援導星,一堆電線怎麼接,有什麼天體可拍怎麼找天體等等這些,諸如此類基本知識與器材操作問題,讀者需另外參考其他資料,市面上中英日文都已有許多這類的書籍及網站,讀者僅需具備搜尋與過濾、整理,融會貫通成自己有用的知識的能力,大多能從中找到自己要的資訊,但最重要的是還是必須養成閱讀文章的耐心(並且能思辨出正確的資訊)。

「大量借用專業天文觀測的知識,希望大家知道天文攝影是一門可以用數字分析與管理的藝術。」作者此話點出了整個章節的重點。
這邊要稍微說明,作者亦曾提及,每個人都有自己欣賞、親近星空的方式,即使對於星野攝影有興趣的朋友,也可能有不同程度的對影像的要求,以及從事此一興趣的方式,沒有優劣之分。
若針對星野攝影而言,攝星可以很隨性的到了現場再看看有什麼可拍、要怎麼拍;或者,借由事先的規劃、預測,至現場依狀況修正執行,兩者也沒有對與不對之分,誰也不能強迫誰非得要怎樣做才是正確的態度,所以,讀者也許要問,那麼我不要做數字分析管理這麼麻煩的事豈不更為輕鬆?這樣說好像也無法讓人辯駁,不過筆者要在此提出一個效率的概念提供參考,如果能具備一些基本的知識、並利用這些知識來分析與規劃,將會增進你到了星空下進行星野攝影的效率與成功率,如果攝星者在意這些的話,那麼本要追求輕鬆的隨性有時可能會反而成為負擔。
為何這麼說,在此舉出幾種可能,其一,譬如若器材使用者未具備分析自己的設備是否適用的基本知識,攝影未學習攝影的基本參數觀念,那麼即使在星空下花上許多時間試誤也可能終究是一場徒勞,或者整夜、甚至整年不斷被器材測試(到了現場這個不對、那個不能用,手忙腳亂),或不斷換設備開箱,反而失去單純享受興趣的時間(除非興趣就在開箱),再者,若不涉獵關於天球、天體的一些基本觀念與搜尋天體的技能(尤其對輕便單軸攝星者,或者不想到何處都要被GoTo綁著的使用者),那麼有可能會有每到星空下就不知所措,墜入只重複找/拍同樣的天體這樣的自知或不自知的泥沼(與持續針對某一個天體精進的情況不同),以上,可能導致長時勞碌奔波卻有莫名虛脫感,若又沒有享受到星空帶來的浩瀚心靈饗宴,可能很快會消磨掉自己對天文的熱忱。


那麼,讀者也許又要問,從事星野攝影是否要等到習得一切器材的知識,再去選擇最適合自己的器材然後才開始進行?非也,手邊目前有什麼設備就拿出來好好地使用它,作者書中如此說到,筆者也同意,這樣好像與前面所說的有所矛盾,其實不然,因為前面提到享受攝星的樂趣有很多種方式與程度,所以並非要等所有就緒了以後才能開始。當然,如果您一開始就決定要以星野攝影家、拍出能陳列於美術館中的作品為志業,就必須要在器材與時程規劃上好好計劃與購置,甚至尋求專業的學習管道。但如果不是這種情況,那麼就從身邊已有的器材開始吧,每種不同的器材也許都有它適合發揮的領域,使用者具備了越多的基本知識,也就可能越發揮出它的優點,甚至超越它本來的功用,使用者也可能玩出自己的特色,得到不同的樂趣。(〈利休百首〉裡面有這麼一句是這樣說的:如果你有一個茶壺,而且你能用它來泡茶,那就夠了。)

既然人人可以使用身邊的器材立刻走到星空下(固定攝影也可以拍),這裡又引出了另一個問題,該到什麼樣的地方才有美麗的星空呢?一般人大概一開始就會想到高山上去,去找一個完全沒有光害的地方,多少也因為受到了來自朋友或網路上於無光害、或光害很小的地點拍攝的相片所誘惑刺激,所以許多人直覺就是應該要往高山跑。那麼交通不便或是女生不就沒辦法從事這樣的興趣了?其實不然,即使是有車可以載著重裝備上高山的同好,也無需一定都要往高山去。筆者非常同意作者於第十章尾聲說的一席話,提供給有興趣踏入攝星此一領域的朋友參考。

「拜數位感光感光元件的高性能之賜,即使在輕微光害下我們也能拍出品質相當好的照片。從這個角度來看,初學者未必需要一開始就到極高海拔的山區虐待自己,先勤跑離家近的低海拔郊區多練習,增加拍攝與影像處理經驗,效益會高過執著於非得到天氣最好時到條件最佳的地點不可。待自己功力已經進步到非最高品質的條件難以得到心目中的理想作品時,再進一步講究天候與地點。」[4]


郊山的星空自有它自己的美麗,只要您找到自己親近它的方式。就算在都市中,只要具備一點知識與技術,也能找到親近星空的方法。


再次回到書頁上,第11-1節介紹了「漂移法」的對極軸的調校法,即使是對赤道儀的初學者也非常實用,建議實際操作一下。

對焦的部分,筆者以一個受惠者的體會,深深地感到數位相機提供的live view 功能是數位天文攝影與底片時代的分野之一,live view螢幕中可以看到(其實是電子顯示)較亮的星星(視鏡頭光圈而有程度不同),這對於搜尋天體與構圖、對焦上的輔助相當便利。甚至可以說,單是因爲這個功能就足以讓天文攝影的門檻大大降低,造福無數的愛好者入門。

這裡要特別提醒攝影愛好者,數位live view 時代不要再使用那種將鏡頭轉到無限遠到底再往回轉ㄧ點的毫無科學精神與不精確的對焦方法了(其實這方法就算在底片時代也不科學,只是一般的風景攝影的對焦要求對無限遠的景物要求沒那麼嚴苛)。對於使用有Liveview 功能的DSLR使用者,請放心開啟Liveview ,放大星點,使用手動對焦,在夜空中您絕對找得到夠亮的星星可以在Liveview中對焦。
從對焦這點讀者可以體會知識、科學工具運用在實務上的重要性與優勢,溫度改變較大時也需要重新對焦,這點更無法隨性地憑感覺轉對焦環調整。


本書作者建議進階者可用魚骨對焦板與live view 配合精密對焦,魚骨板是天文望遠鏡使用者常見的輔助對焦工具,最近也開始看到有類似裝置出現在相機鏡頭上了,使用魚骨板會有進光量需足夠的限制,並非是所有光圈大小的鏡頭都適合。

此外,關於對焦的機構,望遠鏡的對焦機構通常與鏡頭不同,通常很難細膩地調整,幸好現在有 feather touch 這類減速機構可以讓望遠鏡的對焦更為平順,如果望遠鏡使用者有對焦上的困難,不妨可以考慮換裝此類的對焦座(但價格不便宜),另一種改善辦法則是使用有可微調一些行程的直進式目鏡座。

本章還提到了若望遠鏡光學系統有輕微的像面彎曲時可使用的對焦方式。

第十三是關於構圖與取景,本書介紹了許多桌機或筆電使用者會使用的電腦軟體 TheSky,若是有手機或ipad,筆者建議可以購買安裝SkySafari plus,這App的功能相當強大。

第十四章演示了如何計算極軸誤差對曝光時間的限制。此外,像場旋轉,大氣折射效應的影響本章都有說明。

第十五章天體影像處理,其實是前面曾提到過的,很重要的「訊噪比」的實際操作與計算分析。
關於偏壓,此書曾提到若拍攝時充分使用dither的技術(關於dither細節請參考本書)那麼暗電流dark或許拍攝 4-8張就夠了。那麼是否也可以忽略bias呢?
本書作者特別在他處澄清「bias很重要,建議一定要拍,即使有拍暗電流。因為bias還是會影響flat(平場)。這部份我書裡沒寫好。」
或許讀者會跟我一樣疑惑Bias 爲何會影響flat? 它不是一個均勻的非零訊號嗎?
「但這訊號也在flat裡頭,要減掉它flat才可以拿去除別人。」作者如此說明。

這個章節有幾個很重要的計算,有很高的實用性(一如本書中其他章節的計算),一則是關於總曝光時間的評估,一則是單幅曝光時間的計算,建議讀者都以自己的拍攝條件實際計算看看,能對於現場實際拍攝,以及拍攝前後的規劃分析有很大幫助。我打個比方,能讓你無論是在哪個階段都「心裡有數」,我目前找不到比這個更貼切的形容了,如前面我們提到的關於觀念與理論對於實務上的重要性。所謂的心裡有數這個「數」可以是真正的數字、預估或偏差,或者非計算方面的,各種預期可能發生的狀況。心裡有數才有辦法選擇對自己最好、較有效率的方式與設備去進行計劃,也才能對於各種狀況的應對處理更不忙亂,才具有對於實際結果與預期之間的偏差的分析能力,並找出改善的方式。當然,這裡還是要再次強調,即使什麼都不計劃,以閒適的心情去進行這樣的興趣也沒有什麼不對,希望讀者不要將它二分才好。


一個天體所需的最短總曝光時間(既然我們可以一直曝光下去以改善訊噪比)如何估算,一種方式就是從別人的作品的設備、拍攝參數來類推比較,作者提到了焦比派與集光力派的不同估算方式,焦比派的話,總曝光時間正比於焦比平方之外,反比於感光元件的像元大小P的平方乘上量子效率QE 。如讀者跟我一樣有耐心地一頁頁讀到這裡,一定會注意到 P與QE 在前面曾介紹的感光元件資料網站裡出現過,所以這個算式是確實可以用來大概估算自己所需的曝光時間的。喜歡集光力派的讀者,書中有另一則公式可以提供參考。(感光元件的QE必須要乘上一些修正效率才會等於整個設備系統的 QE,如果要較精確的估算就需使用系統QE)
以上是最陽春的公式,接下來作者又介紹到了如果要計算光害的影響呢(前面曾提到過要克服光害就需要更長的曝光時間),本書也有修正的公式,焦比派就是前面的公式再乘上一個SB 天空背景亮度。請注意這裡使用的亮度SB是線性天空亮度,不是我們常使用的SQM測出來的,以星等表示的單位- MPSAS。 若要估算,作者告訴我們SB 正比於 10^ (-s/2.5),此處的s 單位就是MPSAS。[8]


曝光時間等比於焦比平方,銀鹽時代的定律,到了數位時代有更多可控制的因子,這點讀者由以上公式中的參數中可以看出。


另外一重要的估算是,單幅曝光時間計算,這個公式的作用是,當攝星者需要或想要把曝光分成許多等份,回到家後再使用疊圖將它們累積起來,在這樣的情況下,究竟單張曝光時間要設為至少多少較為適合,關於這個估算,作者提供了一個觀念,就是當長時曝光後累積的天空背景亮度所產生的雜訊的大小等於相機的讀出雜訊時,將這個估算再乘以四倍是一個合適的曝光時間,這個曝光時間的目的在於使得讀出雜訊的影響可以忽略(精確地說,是相較天空的雜訊之下小到微不足道)。公式請參考書中 16-2.1與16-5.2(後者多了除以一個暗電流的修正項)。
需要一提的是,前面這些公式中都與QE有關,如果要計算系統QE的話,一般我們使用相機鏡頭的系統量子效率計算需要乘上哪些係數呢?16-2僅有介紹到濾鏡和反射式斜鏡的效率部分。但似乎沒有說到相機鏡頭的部分。關於此點,作者在別處的說明或許可以提供作參考「《星野攝影 II》表4-2是只計CCD或CMOS的量子效率。鏡頭的要嘛瞎猜,要嘛比對同一支鏡頭的攝影版(F值)跟電影版(T值)可以算出來。」[5]


此外,作者也提到了16-2.1式的天空表面亮度s 若使用光害率鏡需要修正。[6]


在這章節的尾聲作者則介紹了高解析力星野攝影,包括自適應光學系統、廣視野馬賽克攝影等。這也是一個很有趣的章節,特別是廣視野馬賽克攝影,筆者建議對拍攝銀河有興趣的廣角攝星者可以參考,以非廣角(以相機鏡頭來說)的鏡頭或望遠鏡來拍攝並組合成一個廣視野的超大超解析銀河照,這是另一個進階者可挑戰的領域。這種畫像的震撼力是不言而喻的,特別當輸出為大圖,或在銀幕上放大時。



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Part IV 星野攝影的影像處理



第十九、二十章介紹影像處理的流程,一般常用到的疊合原理,其中dither 加上 Bayer Drizzle 是一個頗值得注意與運用的技巧,它有點類似感光元件進行Pixel Shift,進行像素位移(嚴格來說是photosite,感光區的位移)再疊合來提高解析力的方式,有許多家相機廠商最近都提出了自己的像素位移方式,其中亦包括Pentax。然則 dither 加 Bayer Drizzle並不是由相機自己移動感光元件來進行,而是必須由拍攝者在進行每次曝光之前自行少量的位移相機指向,這種與移動感光件有異曲同工之妙的技巧即是本書所介紹的 dither,然後再由疊圖軟體來進行bayer drizzle的處理。


星野攝影者通常會用到的疊圖程式DeepSkyStacker(簡稱DSS)裡就有drizzle這個選項,那麼什麼時候才是適合使用Drizzle使用時機呢?作者在書中提到了幾個重點,第一是前面提到過了,拍攝時使用者一定要進行了充分的dither,所謂充分就是每張都有dither,而總張數最好十張以上,再來是星點大小未超過像元大小的兩倍,星點大小通常以半高全幅值 FWHM來表示。關於這個FWHM,如果使用者在使用DSS有稍加注意,就會發現DSS會自動計算出每一張圖的FWHM。然則作者在他處說過DSS測出的星點大小並不準 :「我個人是用感覺的。當我看相機轉出的JPG檔覺得星點很細時,就是可以啟動Bayer drizzle的時候。」
另外作者也特別解釋到 2x drizzle並不會給你2x的解析力,焦距增加2x也不會給你2x的解析力,變因非常多,這是使用者需了解的。

第二十一章與二十二章作者示範了如何使用Photoshop來進行進階的影像處理,包括基本的加減乘除,高動態範圍圖層法,影像結構的強化,星點的修飾瘦身,圖層去雜訊法等等,這些雖然現在大部分有已有現成的專用軟體可處理,有些免費有些則需付費,但若自行手動處理的話當然是能有更多的選擇可控制在自己手上,雖然這些技巧並不是那麼簡單且耗時耗力。但仍值得參考。

作者文章提到了幾個可以自動進行以上提及的各種影像處理過程的套裝軟體,讀者可以參考,這些軟體可以節省你許多影像處理的時間。另外,有幾個筆者認為也不錯的小軟體(例如FlatAide, PIT這兩個免費工具等)本書尚沒有介紹到的,可參考筆者部落格草山星空

這裡要特別指出,影像處理若要處理到完美,或說至少到一定程度美觀,所花的時間絕對不亞於拍攝的時間,甚至,大部份花的時間是數倍於現場時間的,至少對筆者來說,有時候筆者會覺得坐在電腦前處理影像的時間實在太長了(對身體也不好),並不輕鬆,同時也會有漸漸消磨當初在星空下實際面對星空時的感動的可能,所以影像處理的部分,請依個人的需求來斟酌進行。但有一個原則是可以肯定的,就是現場拍攝的成果會直接影響到影像處理的難易與所需花費的時間。

最後,如作者於書中曾提過的,要再次提醒讀者,在追求畫素或影像品質的同時,也別忘了影像的內涵,也唯有具備內容的作品所帶來的感動才能長久而有餘韻。


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由於本書的內容相當豐富,筆者可能遺漏掉許多精彩的部分沒有介紹到。前面提到過,筆者每次閱讀都會有新的收獲,所以若有新的體悟時,會再補充或修正本文。

本書有許多精美照片彩頁示範,賞心悅目,有待讀者自行閱讀細細品味。(如果想知道整本書完整的大綱、購買資訊請見星星工廠。)




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註:

[1]
30角分(0.5度)這個視野大概是多大,打個比方,若以筆者使用的APS-C 片幅 Pentax K-5, K5IIS 來接2000mm (35等效焦距3m), 得到的視野為0.7x0.4,拍攝對象即是我們ㄧ般所說的「深空天體」(Deep-Sky objects),這樣的焦距ㄧ般都要使用赤道儀搭配導星裝置來拍攝。(若是O-GPS1目前只支援到800mm鏡頭)(2016 updated: 目前pentax Astrotracer功能可支援到2000mm)

拍攝帶地景的星空(譬如地景帶星座、地景帶銀河)這類攝影通常歸類為 星景攝影,在拍攝對象、器材、美學表現方面,甚至是適合的拍攝地點、時間等都與星野攝影不同。

[2]
自動導入天體的系統(Goto)在輕型的單軸攝星儀或Pentax O-GPS1並不具備,因此輕便攝星族仍應培養手動搜尋天體(某種程度上可稱為人肉搜尋)的技能。

[3]
本書作者王為豪先生最近發表了針對國內濾鏡製造商STC最新研發改良的光害濾鏡的初試報告 http://alohaphotolog.blogspot.tw/2015/12/stc.html 。(2016/02/25 STC光害濾鏡已發售)


[4]

此觀念其實對眼視觀測者也一樣,在平地或郊區也是可以進行觀測,只不過除了較亮的天體如日月行星之外,在光害區進行深空天體的眼視的設備要求會較高,譬如筆者依某位朋友在他自宅,天空背景亮度平均SQ約19的長期眼視經驗,若只買一支望遠鏡,8”鏡是較適合的口徑,這也是一般我們所謂的業餘小型望遠鏡的上限。然則不論8”鏡本身或能用來承載它的赤道儀等配備都不算輕,因此也要考慮到若需要經常移動的情形。

[5]
一些計算: 
T-Stop(曝光級數)
透光率 T=f/(transmittance)^1/2
若以DA*200鏡頭為例,從網路上查得它的實測 T-Stop =3.2 ,因此我們可以算出透光率 0.76,那麼考慮鏡頭的效率的系統QE就必須要再乘以這個0.76。



[6]
例如筆者在鞍部使用SQM測過透過LPS-P2後的天空表面亮度約會暗個0.9 MPSAS, 所以若使用濾鏡,使用16-2.1來估算單張曝光時間時,S 要便要加上這個值。

[7]書中關於Pentax O-GPS1的部分說明,因為王為豪先生在著述本書時此配件剛推出,所以關於該產品的訊息並不多,筆者於此提供一些個人幾年來的使用經驗做參考補充:


1.書中「可以使用300mm以下鏡頭做5分鐘以內的長時間曝光而不使星點拖線。」
這句話不完全正確,事實上容許曝光時間是隨著鏡頭焦距以及拍攝的天體所在的赤緯這兩項參數而變化。因為防震系統能夠移動的最大距離是固定的,所以能夠追蹤的時間會相關於天體投影在感光元件上的移動速度,而它正是取決於鏡頭焦距與鏡頭的指向。至於追蹤精度也不等於容許曝光時間(會比它小),這個精度(各焦距不拖線的容許追蹤時間)沒有一個官方給定的數字,但大致上可由經驗累積得知。(若有興趣可以參考個人部落格中的參考值 )

2.「顯而易見的是,即使透過疊片也無法做比30分長太多的攝影,因為目標會慢慢飄出視野」
實務上,因為疊片是使用者必須自行用DSS之類的軟體來處理的,所以目標會飄出視野的問題便不存在,因為使用者透過微動雲台(個人建議使用齒輪微動雲台)與尋星鏡的輔助,不但可以尋找目標與構圖外,還可以在曝光與曝光之間隨時微調構圖將天體保持在視野之內,所以是可以一直曝光下去的。(且自然就做了dither)

3.「鏡頭的光學變形也會使畫面中心與周圍所需的移動量不一致」
這點是正確的,在廣角曝光三十秒以上影響就相當明顯,即使像30mm左右的焦段單張曝光不明顯,但疊圖後便會拖線了。然而用在長焦上(尤其200mm ,即35等效300mm以上)似乎不明顯可以忽略(也許因為個人的容忍度較高),這點可以從長時間的疊圖來印證,如果不care周圍拖一點線,那麼廣角範圍也很好用(或者曝光時間不要太長也是可以減輕這個現象)。

[8]
假設我們在一個天空表面亮度 22 MPSAS(可由SQM測得)的高山曝光10分鐘,若其他條件皆相同,在一個SQM值為 19的夜空的郊區以同樣設備拍攝,要得到與高山曝光十分鐘同樣的訊噪比,則代入公式,所需的曝光時間為:
10x [10^(-19/2.5) ÷ 10^(-22/2.5)]
= 10x 10^[(-19+22)/2.5]
=10x (10^1.2 )
= 158.5 分鐘

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