RIPRESA PLANETARIA
guida alla ripresa planetaria con K3CCDTools 3

In questa breve scheda cercherò di spiegare come utilizzare il software K3CCDTools 3 per effettuare delle riprese planetarie con una webcam. In questo esempio verrà utilizzata la camera DMK 21AF04.AS, ma in modo sostanzialmente analogo sarà possibile usare qualunque altra webcam.

Il driver della vostra webcam deve essere già stato installato prima di lanciare K3CCDTools 3. Una volta avviata l'applicazione andate nella sezione Video Capture selezionando la relativa etichetta.

A questo punto bisogna far sapere all'applicazione quale webcam intendiamo utilizzare. Dal menù Device selezionate il tipo di driver (nel mio caso WDM) ed il driver corrispondente alla vostra webcam (io ho scelto DMx 21AF04.AS). Se è presente una sorgente audio (nel mio caso Realtek HD Audio input) deselezionatela in quanto è perfettamente inutile registrare filmati con audio in ambito astronomico.

Ora avviate il preview delle immagini facendo un click sull'apposita icona che ho evidenziato nell'immagine qui sotto:

Le immagini provenienti dalla camera inizieranno a scorrere. La prima volta che utilizzate la webcam vi conviene fare le vostre prove di giorno puntando un soggetto lontano piuttosto che annaspare nel buio cercando un pianeta con la focale del vostro strumento spinta al massimo.

Dal menù Video Capture selezionate la voce Video Format... in modo da far apparire la finestra delle proprietà video della vostra webcam.

Quella che vedete qui riprodotta è la finestra generata dal driver della mia DMK. Ogni driver genera una finestra diversa e quindi dovrete reperire altrove le informazioni dettagliate sui vari parametri. Comunque il parametro più importante che va regolato in questa sezione è il numero di fotogrammi al secondo che la camera invierà al PC (Frequenza fotogrammi o Framerate). Le normali webcam generano un video di 640x480 pixel a colori. Se le immagini fossero trasmesse al PC non compresse ogni fotogramma avrebbe la dimensione di 921'600 Byte. Ipotizzando un framerate di 30 fotogrammi al secondo è facile calcolare che il flusso di dati sarebbe di 27'648'000 Byte ovvero più di 26 Megabyte al secondo: decisamente troppi per la connessione USB 1.1 che porta fino a 1.5 MegaByte al secondo. Per ovviare a questo problema le webcam eseguono internamente una compressione dell'immagine prima di inviarla al PC. Questa compressione (che degrada la qualità dell'immagine inviata) è inversamente proporzionale al numero di fotogrammi al secondo trasmessi quindi nelle normali webcam le immagini inviate a 30 Fps (30 fotogrammi al secondo) sono qualitativamente peggiori di quelle trasmesse a 15 Fps le quali a loro volta sono peggiori di quelle trasmesse a 10 Fps e così via. Ovviamente la qualità delle immagini video ricevute dal PC è importante e parrebbe quindi ovvio scegliere il framerate più basso possibile per avere una migliore qualità. D'altra parte nelle riprese astronomiche di oggetti luminosi, come sono le riprese planetarie, è molto spesso conveniente riprendere molti fotogrammi in poco tempo per avere un buon numero di immagini da sommare. Quindi, come spesso accade, non vi è un valore assolutamente sempre adatto, ma si deve operare un compromesso tra la qualità dell'immagine ricevuta dal PC (basso framerate) e la possibilità di congelare la turbolenza atmosferica (alto framerate).

In una normale webcam i falori di framerate più indicati sono 5 Fps quando la turbolenza dell'aria è minima, 10 Fps quando la turbolenza è media e 15 Fps quando è pronunciata. Per questo motivo K3CCDTools 3 dispone dei tre pulsanti riprodotti qui sopra per commutare tra questi tre framerate in modo rapido, senza bisogno di aprire il pannello di impostazione del formato video.

Le camere The Imaging Source DMK utilizzano per la trasmissione dei dati la porta FireWire del computer invece della tradizionale USB. Questa porta permette di far viaggiare fino a 50 Megabyte al secondo e quindi questo tipo di camere non ha la necessità di dover comprimere le immagini prima dell'invio. Ad esempio la camera che ho scelto io per le riprese planetarie, la DMK 21F04.AS, può inviare 60 fotogrammi monocromatici al secondo senza alcuna compressione. In questo caso quindi non vi è nessun motivo per utilizzare un framerate inferiore al massimo, ovvero 60 Fps.

Come prima cosa dal menù Video Capture attivate, se già non lo fosse, la funzione Show Level Meter in modo da far apparire l'indicatore in tempo reale dei livelli di ripresa.

A questo punto dal menù Video Capture selezionate la voce Video Source... in modo da far apparire la finestra per l'impostazione dei parametri di ripresa. Anche in questo caso la finestra varia da camera a camera, ma per linee generali il principio è lo stesso. Nel mio caso la finestra si presenta così:

I parametri da regolare sono la luminosità dell'immagine (definita anche Brightness oppure Offset o anche Pedestal) ovvero il valore in ADU del pixel più scuro dell'immagine ad un valore prossimo a zero (ADU è una sigla che sta per Analog to Digital Units, ovvero il valore numerico assunto da ciascun pixel dopo la conversione in digitale). Inizialmente conviene alzare il regolatore della luminosità al massimo, quindi scendere finché la cifra in basso sul Level Meter di K3CCDTools 3 non indica compreso tra 5 e 1 (meglio evitare lo zero).

Il valore ADU massimo invece agendo in combinazione sul tempo di esposizione (Exposing Time o anche Shutter) e sul guadagno (detto anche Contrast o Gain) in modo che il valore in alto sul Level Meter sia compreso tra 220 e 240. Anche qui bisogna fare dei compromessi: usare un tempo di esposizione breve ed un guadagno alto fornirà immagini poco mosse ma molto granulose a causa dei disturbi degli amplificatori di segnale, viceversa un guadagno basso con tempo di esposizione più lungo restituirà immagini meno rumorose, ma più sensibili al mosso.

Anche se a prima vista l'immagine di destra (guadagno basso ed esposizione lunga) è migliore bisogna sempre ricordare che le operazioni di allineamento e somma, che effettueremo successivamente sui filmati ripresi, sono in grado di ridurre drasticamente il rumore di fondo, mentre poco possono contro immagini sfocate o mosse. Purtroppo anche in questo caso non c'è un valore univoco che "va bene". Solo l'esperienza può aiutare a capire qual'è il giusto compromesso con la vostra strumentazione ed a seconda del soggetto e delle condizioni del cielo.

La messa a fuoco dell'immagine è, come si può immaginare, un'operazione fondamentale per effettuare buone riprese. Il programma K3CCDTools 3 mette a disposizione alcuni strumenti per facilitare il compito dell'astrofilo nel fuocheggiare il telescopio. Per la ripresa di pianeti, Luna e Sole, lo strumento più utile è l'analisi FFT (Fast Fourier Transform), attivabile facendo un click sull'icona omonima.

Apparirà una finestra chiamata FFTDialog nella cui parte alta vi è una specie di sciame di puntini bianchi su fondo nero, mentre più in basso appare un grafico con indicato un valore numerico. Questi indicatori mostrano il risultato delle analisi in tempo reale dell'immagine all'interno del quadrato indicato dall'area tratteggiata.

L'immagine sarà tanto più a fuoco quanto più lo "sciame" sarà esteso e tanto più saranno visibili creste sul grafico in basso. Anche il valore numerico indicato aumenterà tanto più l'immagine è a fuoco. Purtroppo la teoria è una cosa e la pratica un'altra: in riprese ad alto ingrandimento e con forti turbolenze nell'aria il punto di fuoco ottimale si sposta continuamente avanti e indietro e quindi bisognerà accontentarsi di trovare il miglior compromesso possibile.

Il cursore FFTSize permette di determinare la dimensione della zona dell'immagine che verrà analizzata (in computer poco veloci conviene usare una zona più piccola) mentre la piccola icona gialla e nera alla sua sinistra vi permetterà di posizionare la zona da analizzare in qualunque punto dell'immagine di preview.

Per avviare la ripresa fate un click sull'icona che ho indicato con un cerchio rosso. Il file del filmato verrà salvato nella locazione definita nelle preferenze del programma ed il nome ne seguirà le regole. Il file salvato sarà un filmato AVI senza compressione, e quindi di dimensioni notevoli. L'acquisizione del filmato continuerà fino a che non verrà premuto il tasto destro del mouse oppure il tasto ESC sulla tastiera del PC.

Durante l'acquisizione del filmato nella parte bassa dello schermo, evidenziata qui da un ovale rosso, viene indicato il numero di fotogrammi acquisito ed i secondi di durata del filmato. Tra parentesi vengono indicati i "dropped frames", ovvero i fotogrammi che, per una qualsiasi ragione, sono andati persi. Normalmente i fotogrammi persi sono pari a zero, ma anche se questo valore dovesse salire a qualche unità non è il caso di preoccuparsene troppo. Se viceversa capita spesso di avere decine o centinaia di fotogrammi persi probabilmente c'è qualcosa che non va in uno o più componenti del vostro PC (hardware o software).