2020-02-19

Pentax MS-3z(RA-guiding mod.) autoguiding with MGEN -單軸自動導星

2019/05/13
月相 Moon  illustrated 67~68% 

月光下的M97,M108,M57,M27,M8, NGC6995 (使用赤緯漂移法校正極軸後進行單軸自動導星,Pentax MS-3 赤道儀在750mm 焦長下追蹤曝光10min不拖線)





雖然今天月亮很亮,但傍晚看起來天氣極好,天空是很深邃的藍色。山在呼喚。
雖然明天上午還有工作(還好不用很早),忍不住誘惑,且剛好有濾鏡測試想要進行,今晚應是測試器材與玩窄頻濾鏡的好天氣(沒有月亮的夜晚要留給眼視星空),當然也很適合賞月,所以傍晚天尚未暗就早早上來,悠閒的組好器材,好整以暇地等待日落。 








腳架先調好水平,準備等北極星出現開始對極軸與進行赤緯漂移法修正。這點對於進行赤緯漂移尤其重要,因為才不會在調整方位時去影響到仰角,反之亦然。
另外還需要注意的是,為了要維持飄移好的極軸精度,要注意不要去踢到腳架撞到架台, never! ,整晚。 
在要轉動赤道儀更換目標前記得先停止MGEN導星。

Pentax MS-3的腳架與架台還算堅固平穩,所以即使稍微有風,或手動操作尋星移動赤經赤緯也不會去移動到原先對好的極軸,當然動作要放輕。(我本來打算再修正好時再鎖一次鎖緊台下方的赤道儀本體固定螺栓的螺帽,不過因為擔心碰了後極軸跑掉,後來決定直接使用,事後證明不必再去鎖它是OK的穩定度仍夠。)

星星睡眼惺忪地出現。

首先進行望遠鏡、尋星鏡與導星鏡三者的平行度校準,然後對極軸。對完極軸後接著以MGEN輔助進行赤緯漂移法修正極軸(MGEN是不需要電腦的自動導星器,整套含控制器與CCD,CCD感光元件大小為3.65x2.7mm,韌體更新請參考此篇  ),這裡對極軸與赤緯漂移修正的過程已獨立寫成另一篇文章,見 赤緯飄移法修正極軸 (declination drift, 使用M-GEN自動導星器輔助)

我戲稱它是旭光學100週年紀念款

在進行完飄移後,準備開啟MGEN的導星功能來作Pentax MS-3z的單軸(RA)自動導星拍攝(注意導星鏡參數以及DEC disable要先設好,請參考漂移法那篇)。
開始自動導星之前MGEN需要先設定的項目包括以下:
1.導星鏡的焦長,以及導星速度。在 Guider setup 的選單設定。Pentax MS-3 z 的AG Speed 中 RA(赤經軸)需設為 1.00x ,DEC(赤緯軸) 維持在0.00x 表示同RA。

2.因為僅使用RA單軸自動導星,必須把DEC導星的功能關起來,在 4/5 頁 DEC Gui 選單中將 Num設為 0 ,表示不使用DEC修正。



3.RA的導星模式。進入 Current guiding選單的第3/5 頁
Num 設定MGEN要取導星CCD的幾張曝光來做平均計算出導星誤差,個人設為 1。(如果seeing很差的狀況下可以視情況增加,但要注意增加張數自然可能會影響到導星訊號輸出間的時間間隔)
tel.(Tolerance) 是容忍度設定,誤差大於這個值才會輸出導星訊號,原廠建議100mm焦距的導星鏡使用0.1,焦距每增加200mm再加上0.1。目前個人使用200mm的導星鏡,tol.目前使用0.10,運作順利。這個值增加後,相對的每次的修正量會減小。
aggr. 乃是修正的強度設定,要修正誤差值的百分之幾 (等於是控制輸出的導星訊號持續的時間),個人目前是設定 70%
mode 導星模式的設定,個人目前使用 2,詳細模式的差異請參考原廠說明書。 



4.最後進入MGEN的Live view 下選擇導星要用的參考星,先進行Calibration校正的功能(每重新選擇一次導星最好都先重新進行Calibration一次) 在 Current guiding的 2/5頁中選擇Calibration。
這時MGEN將會發出導星訊號控制赤道儀馬達正、逆轉,然後自動判斷、設定正確的導星驅動方向。
Ortho 是校正後顯示赤道儀兩軸移動時的垂直度,需在90%以上。使用單軸導星的這個值一定是顯示100%。

接著可以開始導星了,在Gui 1/5頁按下 AG Start 便開始導星。
導星啟動後便可以開始進行曝光,雖然MGEN也有控制曝光的功能,但目前個人是另外使用定時電子快門線。
在按下AG Start前在這個選單中有幾個參數可以調整的,gain 增益值一般設為7~8,但因為今天受月光的影響,設太大畫面會太亮,所以今晚我把它設為 6 ,exp. 用來偵測星點的曝光值維持在1000ms,thresh. 門檻,單位為百分比,這個值預設為 10 (10%),使用者可以視情況調整,通常往下調。譬如此例個人調整為3。

(在Gui導星畫面中的參考星在使用者按下AG Start開始導星之前都是由程式自動將它維持在視窗中央,除非參考星跑出CCD的範圍,實際上參考星可能正在LV畫面即CCD視野中緩慢偏離。開始導星後便是由導星嘗試修正赤道儀鏡筒指向來把參考星/視野鎖在開啟導星時的那一點,才是真正的導星追蹤。)
切換成drift畫面。上下的直棒顯示修正量,這個值主要與tol.aggr. 的設定相關,可自行調整,請參考前面說明。

***
以下拍攝的設備皆使用
Pentax 75SDHF, Pentax k3II (750mm)
200mmFL F4 guidescope, Pentax MS-3z EQ. mount RA autoguiding by MGEN autoguider


M97  & M108, PM 9:45, alt53°, 44.7° from Moon
3min w/o filter.

先測試完成赤緯漂移極軸修正後的自動導星狀況,因為星系這類具連續光譜的天體並不適合使用窄頻濾鏡來拍,所以這張沒有加雙峰濾鏡,曝光三分鐘,看起來沒問題。

如果是在沒有月光影響的狀況下(參考2017/01/05 M108,M97自由追蹤3min),同樣在鞍部即使不使用光害濾鏡也會清晰許多。在鞍部這樣比山下光害小很多的情況下(山下算是重度,這裡可算是中度光害),拍攝發射星雲也可以考慮使用 UHC 或 多波段光害濾鏡(月光下的礁湖) 即可,月光下其實還是有很多可玩(多波段光害濾鏡也可用來拍攝具連續光譜的天體,雖然也會一併濾掉天體本身某些波段的光,能不用濾鏡就不用濾鏡,但這是在中、重度光害區的權宜辦法),在月光影響下很適合以給OSC(one-shot-color)相機用的窄頻濾鏡來拍攝發射星雲(雙峰、三峰甚至四波長等,可視所要拍攝的發射星雲的光譜特性來選擇,雙峰僅讓OIII與Ha通過,並不包括SII,如果想拍攝SII,個人會建議拍攝單色窄頻合成彩色哈伯色板,雙峰也可以搭配SII來製作,會比使用DSLR加給OSC用的四波長濾鏡更能凸顯SII的訊號,因為Ha與SII的波長非常接近。),應可說雙峰是專為重光害區的使用者拍攝發射星雲而設計。
詳細的光害分析與各種光害濾鏡的差異,可參考本部落格的 光害與濾鏡 Light pollution & filters 專頁。

接著裝上STC雙峰濾鏡來拍拍看吧,我用的這片是給Pentax使用的內置濾鏡的sample,雖然是去年三月就已經拿到,但是因為去年一整年都在目視,所以一直沒有時間玩。(05/21 updated 新的正式販售版本請見文末)

關於適合使用雙峰濾鏡或其他OSC窄頻濾鏡的目標的選擇,可以參考個人建立的資料庫 發射星雲的影像 database(OIII, SII波長),選擇OIII訊號較強的發射星雲,OIII微弱的當然也可以拍,只是需要的曝光時間會長上許多才能得到足夠的訊噪比即較清晰的天體影像。

至於是否要使用改讓H-alpha波長的光完全通過的相機來拍攝則見仁見智,因為改過的相機拍攝H-alpha通過 的效率約是改機的三倍左右,因此相較下在很短的曝光時間就能看到來自天體的H-alpha的影像。但是因為有些發射的星雲的Ha相較於OIII要強上許多,所以會發生在OIII還得不到足夠的訊噪比時Ha的部分就快要將近飽和,就會造成整張影像幾乎只看到紅通通的影像,這情況若改用未改過的相機,雖然可能要使用三倍以上的曝光時間才會看到同樣的紅色,但是色彩的平衡上要比改機好上許多。今晚個人是選擇使用未改機的Pentax K-3II。


w/ STC dual-peak(Duo-Narrowband) filter ,300sec 直出 。M57 環狀(甜甜圈)星雲


在鞍部,天氣好的狀況如今晚,即使月相近70%,在距離月亮90度以上的天空表面亮度仍有18.5~19左右(見本篇的照片的拍攝紀錄),已經比山下市郊的無月亮的晴朗夜晚(SQ約17.5~18)還要好。也就是說,
重光害區的最好的狀況仍比這裡像現在近70%的月光下的離月亮稍遠處的狀況還差。



沒有加濾鏡跟有加濾鏡的效果差異在相機螢幕上已經很明顯。沒有加濾鏡的情況受到天光的影響僅能曝個三分鐘就已經白茫茫一片了,加了雙峰濾鏡曝光十分鐘仍沒有問題且從相機即可看到清晰的M57星雲影像與顏色。

以下僅調整色彩平衡
M57, PM10:49, Alt21°, 107° from Moon
3min w/o filter


M57 , PM10:49, Alt30.5°, 107° from Moon
10min w/ STC dual-peak filter

中心與各角落1:1


M27 啞鈴星雲, PM11:42, Alt25°, 124° from Moon, SQ18.71
10min w/ STC dual-peak filter

因為來自背景天光本身的OIII,透過雙峰濾鏡下背景會偏綠(當然,當無月光影響、天空越暗時就會越輕微),所以在調白平衡、色彩平衡時需要比較費心一點。

05/14
天鵝座已經整個升上小觀音山了,雖然仰角尚低,但還是來試試看濾鏡對面紗星雲的效果。
10min曝光已可直接在相機螢幕上看到模糊的影像。

NGC6995 面紗星雲, AM12:20~12:45, Alt23°, 128° from Moon, SQ19.01
10min w/ STC dual-peak filter,  3 frames stacked
面紗星雲在月光下 SQ19.1的狀況下看起來需要曝上三小時以上訊號才夠清晰 (在山下的重光害區就需要更長時間了)。

月亮尚未沈入地平,她的對面銀河已經緩緩升起了。107° from Moon RX100 RedHancer 20secx4 stacked 


透過雙峰的礁湖星雲也是十分鐘曝光後在螢幕上就可見明顯的輪廓

M8, AM01:17, Alt37°, 107° from Moon, SQ18.88
10min w/ STC dual-peak filter


收拾裝備前再曝一張。


(有趣的)雙峰轉其他窄頻影像處理
1.轉成HOO 或 Bi-Color色板  
Dual-Peak OSC(STC Duo-Narrowband) convert to HOO, Bi-Color
這本來是黑白窄頻使用兩個濾鏡拍攝的檔案來合成RGB彩色影像的方法,HOO的綠色與藍色色板皆使用OIII,bi-color則是以HA與OIII兩色板來(做影像計算)調製第三色板。
因為雙峰濾鏡的特色,紅色色板來自於目標天體的H-alpha波長,而綠色與藍色色板則來自於目標天體的OIII波長,所以若有興趣也可以模擬窄頻的HOO與Bi-Color。

a.使用Photoshop 製作HOO:
1.在Photoshop 中打開以STC雙峰濾鏡拍攝的檔案(以下範例皆使用前面剛拍的10min M8影像)並分別複製各色色板(複製成為紅 拷貝、綠 拷貝、藍 拷貝三個色板)
[紅 拷貝]色板即是我們要的H-alpha色板(暫稱Duo2Ha)。


2.調製第二色色板(故且稱為還原OIII色板 Duo2OIII)。
新增一個同樣圖檔尺寸但為灰階的新檔案
然後分別將 [綠 拷貝][藍 拷貝] 色板複製到此灰階新檔案成為兩個圖層,並利用不透明度調整兩個圖層的混合比例(藍33%)。



3.模擬HOO (R=Ha, G=OIII, B=OIII):

開啟一個同尺寸的RGB新檔案
將[紅 拷貝](Duo2Ha)色板複製到Bi-Color的紅色色板,並將藍色色板與綠色色板都貼上前面製作的第二色色板(Duo2OIII),HOO完成。


雙峰因為本身就是由Ha與OIII組成的(彩色相機的拜耳濾鏡的綠色與藍色的波長範圍剛好交疊在OIII的附近,綠色通過的多些,視不同廠牌有些差距),所以頗接近窄頻的HOO,不過此例由Duo-NB製作成HOO後,平衡背景色時較不會影響到目標色彩。


使用者也可以嘗試以Ha與OIII色板來運算製作不同的色板來當作新檔案的第三個色板,可呈現不同的Bi-Color演色(色板的映射也可以變換,不一定非要Duo2Ha就要對映成紅色色板)。

b.使用AstroImageJ 製作bi-color、HOO
以下利用免費的AstroImageJ來調製 Bi-Color:

載入原圖後可用split Channels 分離出R(C1),G(C2),B(C3) 色板,C1即是H-alpha色板(這裡存成Duo2Ha.tiff)

然後再將C2, C3即綠色與藍色色板以2:1的權重疊合,這裡使用影像計算器 Image Calculator(C2*2+C3)/3 以合成OIII色板(並存成Duo2OIII.tiff)
*計算請設定[float gray],得到的影像是32bit 灰階,再用下拉選單中的Type改成16bit,統一為16bit才可做進一步運算與RGB合成(因為我們載入的原圖是16bit tiff)

 再使用Image Calculator 調製第三個色板(自行嘗試配方。並將得到的影像改為16bit)

以 RGB Composer合成Bi-color
(可以調整各色色階的Upper點即white點、與Lower點即black點來微調。)

合成HOO



c.使用FlatAidePro(FAP) 合成 Bi-color:
以下是使用FAP合成Bi-Color的例子,它方便之處是在合成時可以依自己喜好調整百分比,所以我們也可以直接從將分離好的R,G,B色板來合成bi-Color:



2.加上單色相機拍攝的SII色板轉成SHO哈伯假色  
Dual-Peak OSC(STC Duo-Narrowband)+AstroDon SII recombine channels to SHO
以下使用Registar

1.首先載入以STC雙峰濾鏡拍攝的彩色影像,執行分離色板的動作。按下[Split by channels]功能鈕 ,將立即自原檔分離出R,G,B 三個色板的灰階檔案。其中IMP8592PC_R即是我們要的H-alpha色板。


2.接著要將B,G色板重組還原出一個OIII色板。使用combine功能,將weight設成G:B= 2:1(在Weight欄按下右鍵可以修改數值),這是我目前試出的還算不錯的比例(Pentax K-3II未改機),以相對權重、平均法疊合。

合成的Combine2即是我們要的OIII色板


3.載入SII檔案,並執行對齊(對齊剛組合成的OIII檔即Combine2,或者對齊R色板皆可,大小設為match Combine2以自動裁切成一樣的大小)。

對齊好之後(此例對齊好的檔案為gleeman-m8-SII_reg2)執行[Merge by Channels] 色板合成功能,將Red 設為對齊好的SII_reg2檔, Green設為Ha即為剛才分離出來的R檔,Blue則設為剛合成的OIII即Combine2。


完成SHO色板,儲存檔案。

4.最後可依喜好自行調校顏色,雖然Registar也有校色功能,不過我通常是使用FAP的自動校色功能(Auto level)或Aperture的自動白平衡與色彩微調工具。


月光下的礁湖 


M8 in moonlight SHO palette,STC duo-narrowband (Pentax 75SDHF f/6.7+K3II 10min)+ AstroDon SII(imaged via iTelescope T9 -Televue NP127fli f/5.3 bin1 10min ), Registar, FAP, Aperture
這裡雖然是由兩種相機、拍法結合的,不過各波長的曝光量比例卻剛好能突顯各波長特徵。(*6)


PS.
1. Pentax MS-3 赤道儀的控制器改增加導星端子,個人是找Airy 艾里公司(也是多年的好友易程)。

Pentax MS-3本體連底座,即使機車後行李箱也能裝得下

2.個人使用的Sample 與Pentax 望遠鏡原廠接環間間隙頗大,如果相機晃動太大濾鏡可能會位移如圖。不過現在發售的商品(見下方05/21 updated)已附上墊片已可以克服這個問題。


(2019/05/21 updated)  NEW! STC Duo-Narrowband filter for Pentax (w/ spacer ring for telescope's camera adapter) STC web
目前正式的販售版本,墊圈已是內含在STC Duo-narrowband 濾鏡的標配。
安裝方式:

1.先裝上內置濾鏡

2.裝上墊圈,硬面是要給接環接觸的面請朝上,(擺放時墊圈內緣的特殊裁切的旋轉角度沒有影響。)

3.裝上原廠相機接環,如此濾鏡就不會有晃動的問題了。



3.目前個人使用正常的行動電源,尚沒有遇到中途自動斷電的狀況。

4.今晚月光下仍見淡水的光害



5.其他最近的閒晃


小巷裡的懸日的日常

6.這裡個人「非常粗略」的估計OIII對Ha的曝光比例則差不多是4~5倍而這是以OSC camera 的RGGB 拜耳濾鏡以及未改機的各波長大概的通過率OIII(B)=OIII(G)=40~50%, Ha=30%左右來推估曝光比例。而SII與Ha的曝光時間比例,若單純以通過率,因為單色相機沒有bayer陣列且SII的透過率若以90%計算,所以這裡兩者已相差約4*(90/30)=12倍,但還要考慮兩者設備鏡頭焦比或口徑、感光元件QE與兩個拍攝時的暗空環境等因素,個人沒有詳細去計算,不過已可說明這裡的SII是需要至少十數倍於Ha的曝光時間才能突顯其特徵。

7.必要時MGEN的Liveview 可以取代相機的LV用來引入參考星構圖,因其靈敏度相當高,可以顯示許多相機LV無法顯示的較暗淡的星。

8.試過CLS也可轉HOO

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