La cámara industrial de baja luminosidad abre nuevas dimensiones en la fotografía planetaria

La astrofotografía tiene que superar retos especiales en dos aspectos, tanto técnicos como naturales. Esto se aplica en particular a las imágenes telescópicas de planetas. En primer lugar, la atmósfera terrestre está en constante movimiento, lo que crea turbulencias que distorsionan la luz procedente de las estrellas o los planetas. Este llamado «Seeing» provoca un parpadeo o desenfoque de los objetos, especialmente cuando se observan a través de telescopios terrestres. Esta difuminación y distorsión causadas por las turbulencias atmosféricas dificultan la captura de imágenes detalladas.

En segundo lugar, la atmósfera terrestre absorbe y dispersa la luz azul visible o de onda corta. En cambio, la luz infrarroja cercana se dispersa menos, por lo que las imágenes son más claras y nítidas. Esto es especialmente importante en regiones con malas condiciones de "visibilidad" debido a las turbulencias del aire. Además, la luz infrarroja penetra mejor que la visible en las nubes finas y las partículas de polvo. Utilizando una cámara sensible al infrarrojo cercano, los astrónomos pueden mirar detrás de estas nubes de polvo interestelar y reconocer estructuras que permanecen ocultas a la luz visible. Esto se aplica, por ejemplo, a las estrellas jóvenes y a las regiones de formación estelar, que suelen estar rodeadas de densas nubes de polvo. Pero lo mismo se puede decir de la captura de imágenes de grandes planetas como Saturno o Júpiter: cuanto más potente sea la cámara en el rango de poca luz, más informativas serán las imágenes. No hay que descuidarse: La luz infrarroja está menos influenciada por las fuentes de luz artificiales en la Tierra. Esto significa que los sensores sensibles al infrarrojo cercano ofrecen mejores condiciones para observar el cielo incluso en zonas con una contaminación lumínica moderada.

Aplicación

Por eso, las cámaras con una sensibilidad NIR especialmente alta están muy buscadas. En este contexto, el astrónomo aficionado Anthony Wesley investigó con éxito el rendimiento de las cámaras IDS de la familia XCP con sensores de clase Starvis 2 y su idoneidad para la fotografía planetaria: La cámara IDS modelo U3-38C0XCP-M-NO, equipada con el sensor monocromo IMX662, ofrece unos resultados extraordinarios.

"La cámara IDS es el elemento de imagen de un telescopio con una apertura de 415 milímetros y una distancia focal de 6000 milímetros", explica el funcionamiento de la cámara. "Graba segmentos de vídeo de uno a dos minutos de planetas como Júpiter y Saturno a una velocidad de unos 60 fotogramas por segundo a través de filtros intercambiables, tanto en luz visible como en el rango infrarrojo".

Para formar una sola unidad óptica que encaje en el tubo ocular del telescopio, Anthony Wesley atornilló directamente la cámara IDS, la rueda de filtros y la lente de Barlow. La lente de Barlow situada entre el ocular y el telescopio amplía la distancia focal del telescopio y, por tanto, mejora el aumento sin necesidad de un ocular adicional. "La base de la cámara IDS se modificó para permitir el montaje a una distancia baja, ya que no necesito la distancia C/CS estándar", explica el diseño.

"Sensibilidad lumínica que supera con creces la del ojo humano: eso es lo que ofrecen los sensores con tecnología Starvis 2 de Sony", resume Jürgen Hejna, Product Manager de cámaras uEye en IDS, sobre los puntos fuertes de los sensores. Por ejemplo, el modelo U3-38C0XCP Rev.1.2 con sensor rolling shutter IMX662 de 2,16 megapíxeles utiliza la tecnología de píxeles para lograr una calidad de imagen excepcional con un rango dinámico especialmente alto. La cámara USB3 ofrece una velocidad de 88 imágenes por segundo y es especialmente potente en aplicaciones con poca luz en las que se requiere alta sensibilidad y baja resolución. El sensor de 1/3" también minimiza los reflejos molestos dentro de la cámara gracias al denominado «Anti Reflection Coating».

Para Anthony Wesley, la cámara compacta tiene más ventajas: "El uEye XCP, compacto y ligero, es muy adecuado para telescopios de aficionados. Las cámaras uEye son económicas, pero ofrecen casi todas las funciones que los astrónomos aficionados desean para esta aplicación". También le impresionó la facilidad de integración de las cámaras IDS mediante el kit de desarrollo de software IDS peak. "Soy el desarrollador y encargado del mantenimiento del módulo de cámara IDS en el software FireCapture, muy popular entre los astrónomos aficionados. El módulo para la cámara IDS está escrito en C con Microsoft Visual Studio y se compila en una DLL que puede cargarse fácilmente en FireCapture para permitir el uso de las completas funciones del software.

Procesamiento de imágenes

Los segmentos de vídeo grabados con FireCapture se procesan a continuación con Autostakkert, un programa de Windows que alinea y fusiona automáticamente las imágenes del cielo nocturno. "El software combina y promedia las imágenes individuales y corrige el desenfoque y las distorsiones causadas por la atmósfera terrestre", explica Anthony Wesley". Este desenfoque puede aparecer como borrosidad o ruido de imagen y oscurecer detalles importantes de las imágenes. En el campo de la imagen astronómica, el método de deconvolución se utiliza para optimizar la calidad de imagen de los telescopios y corregir las imágenes borrosas o distorsionadas. En este caso, se utilizan los paquetes de software Astra Image y Registax para la deconvolución y la nitidez de la imagen. En el siguiente paso, debe corregirse la rotación observada del objeto objetivo durante el tiempo de grabación. "Por ejemplo, Júpiter gira un grado cada 90 segundos", explica Anthony. Para ello se utiliza el software Winjupos, con el que se pueden superponer, derotar y ajustar imágenes y vídeos desplazados en el tiempo, y combinar imágenes rojas/verdes/azules para formar una imagen en color. "La limpieza final de la imagen se hace con Gimp. De este modo, el postprocesamiento del vídeo puede compensar el efecto borroso de la atmósfera terrestre y reducirlo drásticamente para producir una imagen nítida del objeto objetivo", explica Anthony, resumiendo el procedimiento final de procesamiento de imágenes.

Software

Para garantizar todo esto, sin embargo, es necesaria una interacción perfecta de hardware y software. Las cámaras IDS se integran fácilmente mediante el kit de desarrollo de software IDS peak. "IDS peak se adapta perfectamente a nuestro hardware, lo que permite a los usuarios sacar el máximo partido de nuestras cámaras. Incluye interfaces de programación y herramientas de software que garantizan una experiencia de programación intuitiva, una puesta en servicio rápida y sencilla y opciones de aplicación versátiles", subraya Damian Wang, Director de Ventas de IDS. Esto permite utilizar las amplias funciones del software FireCapture, especialmente desarrollado para la astrofotografía. Con los modelos de cámara uEye XCP, no sólo ofrecemos algo nuevo en nuestra gama de productos, sino que volvemos a estar entre los pioneros del mercado de cámaras industriales. La última tecnología de sensor de estas cámaras garantiza una alta frecuencia de imagen por segundo y una calidad de imagen extraordinariamente alta, e impresiona por su alta sensibilidad NIR (infrarrojo cercano) incluso cuando se utilizan en situaciones de poca luz. Con los componentes utilizados aquí, no sólo los astrónomos profesionales, sino también los aficionados, pueden tomar imágenes de objetos celestes de muy alta resolución", confirma Jürgen Hejna.

Anthony Wesley lleva más de veinte años observando muy de cerca los planetas y el mercado de las cámaras fotográficas. "La tecnología de cámaras y sensores ha dado un paso evolutivo, tanto en términos de sensibilidad NIR como de menor ruido. La tecnología del uEye XCP en combinación con los sensores Sony Starvis 2 es sin duda una de las mejores disponibles en la actualidad", resume.