วิธีถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว

เริ่มต้นการถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว เราต้องทำความเข้าใจองค์ประกอบของภาพที่จะได้มาจากท้องฟ้าก่อน 

แสงของดวงจันทร์หรือของดาวต่างๆที่เราเห็น เดินทางมาจากแหล่งกำเนิดนั้นๆ ผ่านชั้นบรรยากาศลงมาสู่ตาของเรา การบันทึกภาพจึงต้องใช้วิธีที่ถูกพัฒนาขึ้นเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ความคมชัด และ ละเอียดสูง

วิธีการถ่ายภาพดวงจันทร์ทั่วไป

กล้องมือถือ

การถ่ายรูปดวงจันทร์ที่มักจะนิยมทำกันเริ่มต้นอย่างง่าย ตั้งแต่การใช้มือถือที่มีกล้อง ซึ่งสามารถให้กำลังขยายได้สูง แต่เนื่องจาก เลนส์ของกล้องมือถือมีขนาดเล็ก จึงไม่สามารถที่จะแยกแยะรายละเอียดของภาพได้มากนัก

กล้องโปร

พัฒนาขึ้นมาอีกระดับ คือ การใช้กล้องถ่ายรูปที่มีขนาด CMOS ที่ใหญ่ขึ้นมาเป็นระดับโปร เช่น กล้องประเภท mirrorless หรือ DSLR การถ่ายรูปดวงจันทร์ด้วยวิธีนี้ จำเป็นจะต้องใช้เลนส์ tele ที่มีความยาวโฟกัสสูง อย่างน้อย 300 มิลลิเมตรขึ้นไป การถ่ายภาพโดยวิธีนี้ มักพบปัญหาสองประการด้วยกัน คือ

หนึ่ง ในกล้องถ่ายภาพที่ใช้ Rolling Shutter เราอาจประสบปัญหาที่ขอบภาพของดวงจันทร์ ไม่กลมเชื่อมต่อกัน เกิดเหมือนเป็นบ่าขึ้นบนขอบภาพของดวงจันทร์ ทำให้ภาพดูไม่สวยงาม 

สอง ชั้นบรรยากาศของโลกทำให้ภาพของดวงจันทร์เกิดการกระเพื่อม เหมือนเวลาที่เราดำน้ำไปใต้น้ำ แล้วเงยหน้าขึ้นมองภาพที่อยู่เหนือผิวน้ำ เราจะเห็นแสงของดวงอาทิตย์ และ ภาพต่างๆ กระเพื่อมอยู่ตลอดเวลา

ดังนั้น ภาพที่ถ่ายจากวิธีนี้ จึงอาจใช้ได้เฉพาะเพียงบางจังหวะของภาพที่ดีที่สุดเท่านั้น นักถ่ายภาพอาจต้องถ่ายภาพหลายหลายครั้งเพื่อหาภาพที่มีความคมชัดและดีที่สุด

จิ้มจุ่มกล้องกับกล้องดูดาว

อีกวิธีหนึ่งที่เป็นที่นิยมใช้สำหรับผู้ที่มีกล้องดูดาว คือ การใช้กล้องจากมือถือ กล้อง mirrorless หรือกล้อง DSLR ทำการถ่ายภาพ ผ่านเลนส์ใกล้ตาของกล้องดูดาวเรียกง่ายๆว่า การจิ้มจุ่มกล้องถ่ายรูปไปบนกล้องดูดาวเพื่อให้ได้ภาพดาวนั้นๆ 

เนื่องด้วย ขนาดของหน้ากล้องดูดาวที่ใหญ่ และประหยัดกว่า เมื่อเทียบกับเลนส์ของกล้องถ่ายรูปทั่วไป ทำให้ภาพที่ได้ มีความสว่าง และรายละเอียดของภาพ ที่ดีมากกว่าการใช้เลนส์ tele ส่งผลให้ ระยะเวลาในการเปิด shutter สั้นลง อันจะทำให้ผลกระทบจากขาตั้งกล้องที่ไม่ตามดาว หรือ การสั่นสะเทือนอันเนื่องมาจากสภาพแวดล้อม เช่น คนเดินผ่านมาใกล้ขาตั้งกล้องลดลง

ภาพแห่งความโชคดี(Lucky Imaging)

แต่อย่างไรก็ตาม วิธีถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว ก็ยังไม่สามารถลดผลกระทบ อันเนื่องมาจาก ชั้นบรรยากาศของโลก ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น เทคนิคของนักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่มักใช้กันในการถ่ายรูป จึงถูกพัฒนาขึ้น เราเรียกวิธีนี้ว่า วิธี ”ภาพแห่งความโชคดี” (Lucky Imaging) ที่ให้ชื่อวิธีการถ่ายภาพจากกล้องดูดาวนี้ว่า วิธีภาพแห่งโชคดี เพราะ เราจะใช้ CMOS ที่มีความไวแสงสูงในการถ่ายภาพ CMOS ดังกล่าวผนวกกับการถ่ายภาพจากกล้องดูดาว ซึ่งเพิ่มปริมาณแสงให้มากกว่าวิธีอื่นๆแล้ว จะยิ่งทำให้ระยะเวลาการถ่ายภาพสั้นลงอีก

ยิ่งไปกว่านั้น ซอฟต์แวร์ที่ควบคุมCMOS จะทำการควบคุมให้ CMOS ถ่ายภาพดาวอย่างต่อเนื่อง เป็นรูปแบบของวิดีโอ ยิ่งระยะเวลาการถ่ายภาพวิดีโอมีความยาวมากเท่าไหร่ โอกาสที่จะได้ภาพของดวงจันทร์ ที่อยู่ในจังหวะที่เหมาะสม และให้ภาพที่มีความคมชัดสูง จะถูกบันทึกไว้มากเท่านั้น

เข้าขั้นว่าถ้าโชคดีมากก็ได้รูปที่สวยมากเช่นกัน

เราจึงเรียกวิธีนี้ว่า วิธีการถ่ายภาพดาวแบบภาพแห่งความโชคดี

มาถึงจุดนี้ หลายท่านอาจสงสัยว่า แล้วใครล่ะ จะเป็นผู้เปิดภาพที่ได้จากวิดีโอ ที่ถ่ายผ่านกล้องดูดาวดังกล่าวทีละรูป แล้วตัดสินว่า รูปไหนดีที่สุด ให้ความคมชัดสูงสุด คำตอบของคำถามนี้ คือ Freeware เช่น Autostakkert หรือ Registax จะทำหน้าที่ดังกล่าวให้

Freeware เหล่านี้ เราสามารถควบคุมให้เลือกเฉพาะภาพที่มีความคมชัดสูงสุด อาจจะเป็นเฉพาะ 100 ภาพ หรือ 10% ของภาพที่ถ่ายได้ทั้งหมด จากนั้นตัว freeware ดังกล่าว จะทำการรวมภาพที่ถูกคัดเลือกแล้วเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งภาพ

หลักการทำงานของ Freeware คือ สัญญาณของภาพตรงจุดไหน Pixel ไหน ที่มีความคมชัดสูง และ ถูกย้ำจากหลายหลายภาพ จะทำให้ภาพที่รวมขึ้นมาจากจุดนั้นมีความคมชัดยิ่งๆขึ้น

ถึงจุดนี้ ทุกท่านคงเข้าใจแล้วว่า อุปกรณ์ที่ใช้เฉพาะเจาะจงสำหรับการถ่ายภาพดาวจากกล้องดูดาว จึงทำให้ วิธีถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว ได้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าการถ่ายรูปจากอุปกรณ์ทั่วไป

วิธีถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว  หลุม copernicus ที่เป็นสี มีขั้นตอนการถ่ายภาพดังนี้

อุปกรณ์

เริ่มจากการเลือกกล้องดูดาวที่เหมาะกับการถ่ายภาพที่มีกำลังขยายสูง ดังนั้นจึงเลือกใช้กล้องดูดาวที่มีขนาดใหญ่ เพื่อที่จะให้ได้ภาพที่มีรายละเอียดสูงและสามารถลดระยะเวลาการถ่ายภาพในแต่ละ frame ลงได้ ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการได้ภาพโชคดีที่มีคุณภาพสูงขึ้น ดังนั้นจึงใช้กล้องดูดาว

กล้องดูดาว

ด้วนขนาดหน้ากล้องที่ใหญ่ถึง 16 นิ้ว (400 มม) f/4.5 จึงทำให้ได้ความคมชัดและสว่างของภาพมากกว่ากล้องดูดาวขนาดเล็กทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้น ความง่ายของการใช้กล้องดูดาวประเภท Dobsonian เพียงใช้มือปรับกล้อง ก็สามารถหาดาวบนท้องฟ้าได้อย่างง่ายดาย

บาโรวส์เลนส์ (Barlow Lense)

เพื่อเพิ่มระยะความยาวโฟกัสสุดท้ายของกล้องดูดาวให้เหมาะสมกับการใช้งาน barlow lense ที่มีความใส และคลาดเคลื่อนสี(chromatic abberation)น้อยจึงเป็นส่วนสำคัญ ความคลาดเคลื่อนสีน้อยย่อมทำให้แสงทั้งหมดรวมกันอยู่ในระนาบเดียวกันดียิ่งขึ้น ซึ่งจะส่งผลต่อความคมชัดที่ดียิ่งๆขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยส่วนประกอบของแก้ว Fluorite ซึ่งเป็นที่ยอมรับกันว่าเป็นแก้วที่มีการกระเจิงของแสงเมื่อมีแสงกระทบผ่านน้อยที่สุดในโลกที่อยู่ใน barlowlense นี้ จะเพิ่มความใสของเลนส์ ทำให้แสงผ่านได้มากขึ้น 

Baader Planetarium Fluorite Flatfield Converter (FFC) / 3x-8x จึงถูกเลือกในการใช้ถ่ายภาพดวงจันทร์ผ่านกล้องดูดาวครั้งนี้

ขาตั้งกล้องดูดาว

ขาตั้งกล้องดูดาวเป็นอีกส่วนหนึ่งที่สำคัญในการถ่ายภาพดวงจันทร์จากกล้องดูดาว เนื่องจากขาตั้งกล้องดูดาวขนาดใหญ่นั้นส่วนใหญ่ เป็นขาตั้งในระบบอัลตาซิมุธ (altazimuth) ซึ่งหลักการทำงานในการตามดาวของขาตั้งกล้องดูดาวคือใช้หน่วยประมวลผลเพื่อปรับแก้การเคลื่อนที่ในแนวราบและแนวดิ่งทีละนิ้ดๆไปเรื่อยๆสิ่งที่ตามมาคือ การเกิดการหมุนของดาวรอบจุดศูนย์กลางของภาพ (field rotation) 

ภาพจากเวปhttp://www.coconinoastro.org/

http://www.coconinoastro.org/wtgw_AZ%20Alt%20mount%20field%20rotation.htm

เพื่อลดผลกระทบดังกล่าวขาตั้งกล้องดูดาวที่ถูกออกแบบมาเพื่อเคลื่อนกล้องดูดาวประเภทดอปโซเนี่ยนขนาดใหญ่ให้ทำงานเหมือนอยู่บนขาตั้งกล้องประเภทอิเควตอเรียล (Equatorial Mount) ได้คือใช้ขาตั้งที่เรียกว่าอิเควตอเรียลแพลตฟอร์ม (Equatorial Platform) ซึ่งผลิตโดย Tom Osypowski 

http://www.equatorialplatforms.com

ทำให้กล้องดูดาวสะท้อนแสง LIGHTBRIDGE 16” F/4.5 TRUSS-TUBE DOBSONIAN ขนาดยักษ์นี้สามารถทำงานเหมือนกล้องดูดาวที่ประกอบอยู่บนขาตั้งกล้องดูดาวแบบอิเควตอเรียล และทำให้ไม่เกิดผลกระทบจาก field rotation ที่มาจากขาตั้งกล้องดูดาวแบบอัลตาซิมุธ

อุปกรณ์ในส่วนของกล้องดูดาวถือว่าพร้อมแล้วสำหรับการถ่ายภาพดวงจันทร์ผ่านกล้องดูดาว ส่วนสุดท้ายคือ กล้องถ่ายภาพ ซึ่งเป็น CMOS สำหรับรับแสงและบันทึกภาพ

CMOS

ตัวกล้องถ่ายจะใช้ CMOS เป็นชิปในการบันทึกภาพ สำหรับนักถ่ายรูปหลายคนคงจะคุ้นเคยกับคำว่า pixel หรือความละเอียดของรูปภาพยิ่งรูปภาพมีความละเอียดมากเท่าไหร่ จำนวน pixelก็จะมีมากขึ้นเท่านั้น

เมื่อพิจารณาถึงหน่วยรับแสงที่เล็กที่สุดซึ่งเรียกว่า Pixel นั้น จะพบว่ายิ่งขนาดของ pixelมีขนาดใหญ่เท่าไหร่ก็สามารถที่จะรับแสงได้มากขึ้นเท่านั้น

กล้องถ่ายรูปที่ใช้อยู่ ในปัจจุบันจะเป็นสีเนื่องจากในหนึ่ง pixelจะถูกแบ่งออกเป็นอีกสี่ส่วนเพื่อใช้สำหรับรับแสงสีอันได้แก่แดง เขียว น้ำเงินRed,Green,Blue(RGB) โดยช่องสุดท้ายอาจจะเป็นสีเขียวจึงจะครบสี่ช่องในหนึ่งPixel 

จะสังเกตเห็นว่าชิปที่ ประมวลผลภาพเป็นสีจะต้องแบ่ง pixelให้เล็กลงไปอีกเหลือหนึ่งในสี่ดังนั้นประสิทธิภาพในการรับแสงจึงลดลงไปด้วย

เพื่อความสามารถในการรับแสงที่สูงขึ้นไวแสงมากขึ้นพร้อมเก็บรายละเอียดของภาพและมากยิ่งขึ้น กล้องถ่ายภาพสำหรับใช้ในการบันทึกภาพทางดาราศาสตร์จึงมักจะเป็นประเภท Mono chromeหรือแสดงสีขาวดำเท่านั้น

ชิปประเภทนี้หนึ่งช่องจะรับรู้เพียงแค่ว่ามีแสงกระทบหรือไม่มีแสงกระทบโดยจะแบ่งระดับความละเอียดของ แสงได้จากจำนวน bits กล้องถ่ายภาพดาราศาสตร์ในปัจจุบันมีเริ่มต้นอย่างต่ำสุดที่ 8 bits สูงสุดอยู่ที่ 16 bits

https://www.azooptics.com/images/Article_Images/ImageForArticle_1151(1).jpg

ภาพจากเวป www.azooptics.com

ดังนั้น CMOS ที่ใช้ในการถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์รายละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาวจึงใช้ CMOSที่เป็นประเภทขาวดำ จากค่าย ASI ซึ่ง CMOS รุ่นที่มีความไวแสงสูงและรองรับการถ่ายภาพที่ความละเอียด 1936×1096 pixel ได้สูงถึง 170 ภาพต่อวินาที (ที่ 10bits) กล้องถ่ายภาพดาราศาสตร์รุ่นนี้คือ ASI290MM

กล้องถ่ายภาพดาราศาสตร์ 12 Bit ZWO ASI290MM (mono)

เนื่องจาก CMOS เป็นขาวดำ เป้าหมายสุดท้ายของการถ่ายภาพหลุมบนดวงจันทร์ความละเอียดสูงผ่านกล้องดูดาว ที่อยากได้ภาพสี จึงต้องใช้ ฟิลเตอร์สีมาช่วยโดยการถ่ายภาพทีละสี แดง เขียว น้ำเงิน 

จานหมุนเปลี่ยนฟิลเตอร์ระบบไฟฟ้า Electronic Filter Wheel(EFW)

เพื่อความสะดวกในการเปลี่ยนฟิลเตอร์สีต่างๆโดยไม่ต้องถอดกล้องออกมาเปลี่ยนฟิลเตอร์ทีละสี เราจึงใช้ 

ZWO EFW (8 x 1.25″/31mm or 7 x 36mm) ซึ่งสามารถควบคุมการเปลี่ยนฟิลเตอร์ รวามถึงการบันทึกภาพได้ใน software ตัวเดียวกัน

Color Filters 

ฟิลเตอร์มีอยู่หลายยี่ห้อและหลายคุณภาพ พิลเตอร์ที่แพงๆ จะมีคุณสมบัติที่สำคัญคือ จะไม่เกิด การเคลื่อนของโฟกัสภาพ ในฟิลเตอร์สีต่างๆ เนื่องจากแสงมีคุณสมบัติหักเหในเนื้อแก้ว และมีการหักเหที่ไม่เท่ากันในแต่ละช่วงคลื่นแสง การควบคุมให้ฟิลเตอร์แต่ละสี ไม่ส่งผลต่อโฟกัสของภาพจึงจะเป็นการดึงประสิทธิภาพในการถ่ายภาพสีให้ได้ความคมชัดสูงสุด ไม่อย่างนั้น เราจะต้องมาปรับโฟกัสให้ภาพคมสุด ในทุกครั้งเมื่อเปลี่ยนฟิลเตอร์ ซึ่งคงไม่ใช่งานสนุกแน่ในการถ่ายภาพ

Software ควบคุมการถ่ายภาพ

Software ที่เป็นที่นิยมใช้กันในหมู่นักดูดาวสมัครเพื่อใช้สำหรับควบคุมกล้องดูดาว รวมถึงควบคุมจานหมุนเปลี่ยนฟิลเตอร์ระบบไฟฟ้าคือ Fire Capture

http://www.firecapture.de

ซึ่งสามารถใช้กับ CMOS และอุปกรณ์ต่างๆ ที่เชื่อมต่อด้วยระบบ ASCOM ทำงานเข้าด้วยกัน เช่น ถ่ายภาพ ในเวลา 30 วินาทีแล้วให้เปลี่ยนฟิลเตอร์เป็นสีอื่นแล้ววนกลับมาถ่ายภาพอีก 30 วินาที อีกครั้ง ได้เรื่อยๆ

หลักสำคัญในการถ่ายภาพ

หลักการเซตค่าการถ่ายภาพ คือ พยายามให้ได้ระยะเวลาถ่ายน้อยที่สุด ซึ่งจะทำให้ได้จำนวนภาพที่มากที่สุด (frame per second (fps)) เพื่อดึงโอกาสที่จะได้ภาพแห่งความโชคดีออกมา เป็นที่แน่นอนว่า ถ้าเปิดหน้ากล้องในการถ่ายภาพนาน บรรยากาศของโลกจะทำให้ภาพขยับอยู่ตลอดเวลา และจะทำให้ภาพนั้นสูญเสียความคมชัดไป เหมือนเวลาเราถ่ายภาพเคลื่อนไหวในตอนกลางคืนเฉกเช่นนั้น

ถ่ายให้นานที่สุด เผื่อจะมีภาพที่ได้จังหวะดีมากๆ หลุดออกมาหลายๆภาพ อย่างน้อยไม่ควรต่ำกว่า 30 วินาที และไม่ควรถ่ายนานเกินไปในดาวเคราะห์ที่มีการหมุนรอบตัวเองค่อนข้างเร็ว ยกตัวอย่างเช่น ดาวพฤหัสเป็นต้น หากถ่ายโดยใช้เวลานานเกินไป ท่านต้องไปใช้ software อีกตัวที่ชื่อว่า winjupos ในการหมุนภาพให้ย้อนกลับมา ณ เวลาหนึ่ง

Gain การเร่งสัญญาณของภาพจะทำให้ภาพสว่างขึ้น แต่เพิ่ม noise ซึ่งเป็นจุดๆๆๆๆ เต็มภาพไปหมด อันจะลดทอนคุณภาพของภาพนั้นๆ ไป ดังนั้น เราควรปรับค่า gain ให้น้อยที่สุด ซึ่งจะได้ภาพที่เนียนที่สุด

การปรับสมดุลย์ระหว่าง ขนาดภาพ จำนวณ fps และค่า gain จะแตกต่างกันออกไป ตามขนาดของชิฟ ฟิลเตอร์ และความใสของท้องฟ้าในวันนั้นๆ

ตัวอย่างเซตของการถ่ายภาพ ภาพถ่ายหลุมบนดวงจันทร์ Copernicus Crater

ได้ทำการบันทึกภาพ ที่ 160 fps ระยะเวลา 30 วินาที ในฟิลเตอร์ 3 สี อันได้แก่สีแดง สีน้ำเงิน และสีเขียว

ประมวลผลภาพ

เราจะใช้ AUTOSTAKKERT https://www.autostakkert.com เป็น software ในการเลือกรูปภาพที่มีความคมชัด และรวมสัญญาณภาพที่ดีเข้าด้วยกัน

จากนั้นจึงใช้ registax เป็นตัวปรับ wavelet ของภาพ ให้ได้ความคมชัดยิ่งๆ ขึ้นไป

ซึ่งตัวอย่างภาพที่ได้จากการประมวลผลภาพสีแดงเป็นดังรูปนี้

เมื่อนำภาพ สีแดง สีน้ำเงิน และสีเขียวรวมกัน พร้อมกับการเร่งสีโดย photoshop เราจึงได้รูปหลุมบนดวงจันทร์สีความละเอียดสูงเป็นดังนี้

ภาพถ่ายพื้นผิวดวงจันทร์โดยไม่ใช้ระบบตามดาวอัตโนมัติ

• Facebook
• X
• Line