Úvodní strana  >  Články  >  Úkazy  >  Automatizované fotografování zatmění Slunce

Automatizované fotografování zatmění Slunce

Zatmění Slunce 29.3.2006, Turecko
Autor: Stanislav Daniš

Letos se řada z nás vydá na americký kontinent za úplným zatměním Slunce. Kromě pozorování se určitě pokusíme i úkaz vyfotografovat. Relativně snadná dostupnost pásu totality přiláká „eclipse chasers“ z celého světa a některé americké servery předjímají, že zatmění 21. srpna 2017 bude nejfotografovanější úkaz všech dob. Tento článek je věnován několika možnostem, abychom si i my přivezli pěkné snímky temného Slunce.

Letos uplyne právě jedna perioda saros od úplného zatmění Slunce v roce 1999, které bylo nejlépe pozorovatelné na území Rakouska a Maďarska. A tak máme možnost spatřit další úplné zatmění, tentokráte o 120 stupňů zeměpisné délky západněji, na území Spojených států amerických, 21.8.2017, viz obrázek 1.

Obr. 1.: Pás totality zatmění Slunce 21.8.2017. Autor: Jay Anderson/Eclipsophile.com
Obr. 1.: Pás totality zatmění Slunce 21.8.2017.
Autor: Jay Anderson/Eclipsophile.com

Uvažujete-li o cestě do USA, abyste pozorovali zatmění na vlastní oči a zaznamenali jej prostřednictvím svých fotoaparátů, nabízí vám následující řádky: připomenutí základních informací a zásad, přehled několika možností, jak a čím můžete ovládat fotoaparát (digitální zrcadlovku) pomocí vhodného, volně dostupného programového vybavení. Autor článku je vyzkoušel na přístrojích Canon 5D MkII a 50D. Bližší informace (včetně video návodů a zdrojových kódů programů) naleznou zájemci na internetové stránce: http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017.

Pás totality je relativně úzký a čas úkazu (úplné fáze) velmi krátký, a je tak důležité být ve správném čase na správném místě. Neméně důležitou veličinou je počasí. Jay Anderson publikuje na svém webu http://eclipsophile.com/overview/ dlouhodobé statistiky pokrytí oblohy oblačností. Pro „naše“ zatmění vypadá situace tak, jak je zakreslena na obrázku 2. Z obrázku je patrné, že z hlediska oblačnosti je výhodnější západní část USA.

Obr. 2.: Statistika výskytu oblačnosti v ranních a dopoledních hodinách nad územím USA pro den zatmění (21.8.20170. Autor: Jay Anderson/Eclipsophile.com
Obr. 2.: Statistika výskytu oblačnosti v ranních a dopoledních hodinách nad územím USA pro den zatmění (21.8.20170.
Autor: Jay Anderson/Eclipsophile.com

Na obrázku 3 je ukázána velikost slunečního kotouče na čipu dle ohniskové vzdálenosti objektivu/dalekohledu. Uveden je i přibližný matematický vztah použitý pro výpočty. Pokud chceme zachytit na našich snímcích i vzdálenější korónu, je třeba použít objektiv/dalekohled o ohniskové vzdálenosti asi 500 – 1000 mm.

 

Obr. 3.: Velikost slunečního kotouče na čipu fotoaparátu dle ohniskové vzdálenosti objektivu/dalekohledu. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 3.: Velikost slunečního kotouče na čipu fotoaparátu dle ohniskové vzdálenosti objektivu/dalekohledu.
Autor: Stanislav Daniš

Pozorovat i fotografovat částečnou fázi zatmění lze jen přes vhodný objektivový filtr. Osvědčené jsou Baader Astro Solar Safety Film s hustotami ND 5 a ND 3.8 (jen pro fotografování). Ostření se provede přes živý náhled fotoaparátu a expoziční doba se určí z tabulky 1. Ve sloupci ISO vybereme citlivost nastavenou na fotoaparátu, například 100, a ve stejném řádku vyhledáme clonu nastavenou na objektivu nebo clonové číslo dalekohledu, například 8. Z tabulky vychází čas expozice částečného zatmění 1/4000s pro filtr s hustotou ND4 (tj. fotografický filtr Astro Solar Safety Film ND 3.8) nebo 1/500s pro vizuální filtr hustoty ND5.

Tab. 1.: Expoziční hodnoty pro různé nastavení ISO a clony f a různé fáze zatmění Slunce. Autor: Fred Espenak
Tab. 1.: Expoziční hodnoty pro různé nastavení ISO a clony f a různé fáze zatmění Slunce.
Autor: Fred Espenak

V tabulce 1 lze zjistit i expoziční hodnoty vhodné pro fotografování „přechodové“ fáze, tj. Bailyho perel. Tuto fázi již fotografujeme bez filtru a je doporučováno sekvenční snímkování, tj. rychlá sekvence záběrů.

Fotografovat částečné zatmění i přechodovou fázi je celkem snadné (světla je i přes filtr dost a časy jsou krátké), fotografování sluneční koróny je obtížnější. Důvodem je vysoký dynamický rozsah jasů koróny. Naše oči, které zpracovávají světelný signál jinak než čipy fotoaparátů, si s ním poradí daleko lépe. Korónu proto musíme fotografovat v režimu HDR – high dynamic range, tj. exponovat sadu snímků s rozdílným expozičním časem, resp. expozičními hodnotami, a ty pak složit pomocí vhodného počítačového programu do výsledného snímku.

Obr. 4.: Expoziční trojúhelník. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 4.: Expoziční trojúhelník.
Autor: Stanislav Daniš

Na snímku Martina Myslivce (obrázek 5) je již výsledná fotografie vzniklá složením sady dílčích snímků s expozičními časy 1/4000s – 4s po 1 EV, tj. jedné expoziční hodnotě. Expoziční číslo je, velmi zhruba řečeno, číslo, které udává jas scény. Abychom scénu o daném jasu vyfotografovali, musíme nastavit správné expoziční hodnoty – čas t, clonu f a citlivost ISO. Ty se zakreslují do tzv. expozičního trojúhelníku (obrázek 4) a pro danou hodnotu EV lze dle uvedeného vztahu určit potřebné hodnoty expozičních parametrů. Pro uvedené hodnoty času 1/4000 s až 4s (clona a ISO konstantní) vychází z uvedené rovnice v obrázku 4 rozdíl jasu 14 EV!!! To je rozdíl, který nelze na jednom snímku zachytit. Proto se volí postupné expozice, například rozpětí hodnot uvedené M. Myslivcem. Změna expozičního času v uvedené sérii odpovídala změně -1EV (delší čas, exponují se slabší části koróny), tj. hodnota času se na dalším snímku zdvojnásobila - 1/4000 s – 1/2000 s – 1/1000 s – 1/500 s...

Obr. 5.: Výsledný snímek vzniklý složením několika dílčích snímků. Publikováno se souhlasem autora. Autor: Martin Myslivec
Obr. 5.: Výsledný snímek vzniklý složením několika dílčích snímků. Publikováno se souhlasem autora.
Autor: Martin Myslivec

Úplná fáze zatmění proběhne během necelých tří minut. Tento čas budeme chtít věnovat pozorování – a ne ovládání fotoaparátu. Ten stres za to určitě nestojí. Nemohl by fotoaparát udělat potřebnou sekvenci snímků automaticky?

Inspirací autorovi byl dnes již zřejmě nevyvíjený program multican (http://multican.sourceforge.net, poslední verze je z roku 2007). Postupně uvedu tři možnosti jak „přenechat práci strojům“ a úkaz si i vizuálně vychutnat. Dále popsané programy eos_eclipse a gphoto2 byly testovány na operačním systému Linux, gphoto2 je k dispozici i pro MacOS.

 

EOS_ECLIPSE

Eos_eclipse je program napsaný autorem článku v jazyce C, který komunikuje s fotoaparátem pomocí knihovny libgphoto2 a umožňuje měnit nejen expoziční hodnoty. Program při spuštění načte vstupní textový soubor, obsahující příkazy jak se má zatmění fotografovat. Eos_eclipse rozeznává fotoaparáty podle výrobního čísla fotoaparátu. Pokud máme připojeno více fotoaparátů, můžeme k nim přistupovat odděleně. Na rozdíl od starého multicanu neumožňuje eos_eclipse načtení více konfiguračních souborů najednou, tj. každá instance programu může ovládat jen jeden fotoaparát. Vstupní soubor může vypadat třeba takto:

 

enter
p 1/4000 5.6 100 5
enter
b 1/4000 5.6 100
enter
c 1/4000 5.6 100
c 1/2000 5.6 100
c 1/1000 5.6 100
c 1/500 5.6 100
c 1/250 5.6 100
c 1/125 5.6 100
c 1/60 5.6 100
c 1/30 5.6 100
c 1/15 5.6 100
c 1/8 5.6 100
c 1/4 5.6 100
c 0.5 5.6 100
c 1 5.6 100
c 2 5.6 100
c 4 5.6 100
enter
b 1/4000 5.6 100
enter
p 1/4000 5.6 100 5
enter
end

 

Příkaz enter znamená, že program bude čekat na stisk klávesy enter. Písmenka p, b a c značí, co se bude fotografovat – p, od slova partial, říká, že se bude časosběrem snímat částečná fáze zatmění časem 1/4000 s při cloně 5.6 a ISO 100. Snímky budou pořizovány každých 5 sekund. Další řádek znamená opět čekání na enter a po jeho stisku se časosběr částečné fáze ukončí a vypíše se instrukce pro fotografování Bailyho perel nebo koróny. Fotografování Bailyho perel je uskutečněno sekvenčním snímáním. Program simuluje stisk spouště po dobu, dokud fotograf opět stiskne enter. Poté nachází čas na sekvenci fotografování koróny, časy se mění od 1/4000 s do 4 s. Vstupní soubor je ukončen opakováním příkazů pro fotografování Bailyho perel a částečného zatmění. Uživatel může například vynechat fotografování částečné fáze a ponechat ve vstupním souboru jen příkazy pro fotografování koróny. Program má v sobě nastavenou prodlevu pro ukládání snímků na paměťovou kartu fotoaparátu (odzkoušeno na Canonu 5D MkII a 50D). Modernější fotoaparáty mají zápisy pravděpodobně rychlejší, takže se zahlcením vyrovnávací paměti by neměl být problém.

Zdrojové kódy programu lze stáhnout ze stránek http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017. Pro úspěšný překlad je třeba mít nainstalované potřebné knihovny (libgphoto2, ncurses).

Zkompilovaný program se zavolá příkazem

./eos_eclipse vstupni_soubor

 

Více se dozvíte na stránkách http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017, kde si můžete promítnout i „instruktážní video“.

 

GPHOTO2

Další možností je využít přímo program gphoto2 (http://www.gphoto.org/), který je k dispozici pro OS Linux a MacOS. Pracuje v příkazové řádce a v současné době umí komunikovat s více než 2000 typy fotoaparátů. Připojené fotoaparáty zjistíme příkazem

 

gphoto2 –auto-detect

Obr. 6.: Výsledek příkazu gphoto2 --auto-detect. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 6.: Výsledek příkazu gphoto2 --auto-detect.
Autor: Stanislav Daniš

 

Pokud máme připojeno více fotoaparátů je nutné vždy programu gphoto2 sdělit, ke kterému portu jsou připojeny. Výpis všech nastavení fotoaparátu včetně jejich hodnot bychom v našem případě získali příkazem

 

gphoto2 --port=usb:002,018 --list-all-config

 

Obr. 7.: Část výpisu parametrů fotoaparátu pomocí příkazu --list-all-config. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 7.: Část výpisu parametrů fotoaparátu pomocí příkazu --list-all-config.
Autor: Stanislav Daniš

 

 

Z výpisu se například dozvíme, že fotoaparátu lze měnit nastavení času expozice prostřednictvím parametru shutterspeed, viz obrázek 7. Hodnotu času závěrky z fotoaparátu získáme příkazem

 

gphoto2 --port= usb:002,018 --get-config shutterspeed

 

Pokud máme připojený jen jeden fotoaparát, můžeme označení portu v příkazu vynechat. Chceme-li čas expozice nastavit, použijeme místo --get-config příkaz --set-config,

 

gphoto2 --set-config shutterspeed=”1/125”

 

Podobným způsobem lze nastavit nejen zbývající expoziční hodnoty (clonu – aperture, citlivost – iso). Stisk spouště fotoaparátu lze pomocí gphoto2 realizovat dvěma způsoby. Příkaz --capture-image exponuje snímek a další příkazy jsou přijímány až po uložení dat na paměťovou kartu. V případě značky Canon je druhou možností využití příkazu eosremoterelease, kdy přiřazení hodnoty 2 znamená stisk spouště a přiřazení hodnoty 4 její uvolnění. Příkazy na exponování snímku mohou vypadat následovně:

 

gphoto2 --port= --capture-image

gphoto2 --port= --eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s,

 

kde --wait-event je příkaz pro čekání. První čekání simuluje stisk spouště po dobu 0.5s, druhé čekání je z důvodů ukládání snímku na paměťovou kartu. Trvání druhé čekací doby je třeba odladit podle typu fotoaparátu a paměťové karty. Pokud je příliš krátká, mohou být další příkazy ignorovány (neprovede se další expozice).

 

Skript, který by exponoval 15 snímků s expozičními časy od 1/4000s do 4s by mohl vypadat takto (funkční pro Canon 5D MkII):

 

#!/bin/bash

echo "Press Enter to start shooting Solar Total Eclipse."

read -rsp $'Press any key to continue...n' -n1 key

# setting camera on defined port to Manual mode

gphoto2 --port=$1 --set-config autoexposuremode="Manual" --set-config imageformatexthd="RAW"

# setting camera on defined port to Continuous mode and RAW format

gphoto2 --port=$1 --set-config drivemode="Continuous" --set-config capturetarget="1"

# setting camera on defined port to shutterSpeed, aperture and iso

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/4000" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

# pressing and releasing shutter

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/2000" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/1000" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/500" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/250" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/125" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/60" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/30" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/15" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/8" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=1s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/4" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=2s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="0.5" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=2s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=2s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="2" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=3s

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="4" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --set-config eosremoterelease=2 --wait-event=0.5s --set-config eosremoterelease=4 --wait-event=2s

 

 

Na počátku skriptu se nastavuje fotoaparát do manuálního nastavení expozice (nezávisle na voliči na fotoaparátu) a formát snímků bude RAW.

 

gphoto2 --port=$1 --set-config autoexposuremode="Manual" --set-config imageformatexthd="RAW"

 

Druhý příkaz nastaví kontinuální mód, tj. při stisku spouště se bude exponovat řada snímků, a jako úložiště naexponovaných snímků se zvolí paměťová karta ve fotoaparátu (--set-config capturetarget="1").

 

gphoto2 --port=$1 --set-config drivemode="Continuous" --set-config capturetarget="1"

 

Na dalších řádcích se nastavují expoziční hodnoty (čas, clona, citlivost) a exponuje se. Mění se jen čekací doby na uložení snímku s rostoucím expozičním časem. Jakmile máme skript napsaný/zkopírovaný a uložený například pod jménem total_eclipse.sh do nějakého adresáře, tak jej spustíme příkazem (musíme stát v příslušném adresáři)

 

sh ./total_eclipse.sh usb:002,018

 

Skript počká na stisk enteru a pak začne exponovat. Pokročilejší uživatelé operačního systému Linux mohou souboru total_eclipse.sh nastavit právo execute (chmod +x total_eclipse.sh) a spustit jej příkazem ./total_eclipse port_fotoaparátu.

Opakuji, pokud máte jen jeden fotoaparát, lze v těle skriptu vynechat všechny příkazy --port=$1 a při spouštění skriptu označení portu vynechat.

 

Skript s --eosremoterelease je rychlejší (asi 3-4x), než při použití --capture-image, proto jsem zde uvedl tuto variantu. Čekací časy je potřeba vyzkoušet, jinak se může stát, že fotoaparát bude zaneprázdněn ukládáním snímku a další příchozí příkazy nebudou provedeny. Jen pro úplnost uvádím dva řádky ze skriptu který používá příkaz --capture-image

 

gphoto2 --port=$1 --set-config shutterspeed="1/4000" --set-config aperture="5.6" --set-config iso="100"

gphoto2 --port=$1 --capture-image

 

Na stránkách http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017 si můžete pustit video ohledně použití uvedených skriptů.

 

Programy eos_eclipse a gphoto2 nejsou z principu omezeny na fotoaparáty značky Canon, lze je přizpůsobit i jiným typům. Na stránkách programu gphoto2 lze nalézt seznam všech podporovaných typů (http://gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php).

PHOTO-ECLIPSE-INO

O možnost nasnímat zatmění včetně koróny nebudou ochuzeni ani ti majitelé Canonů, kteří s sebou za oceán notebook nepovezou. Mohou použít pro řízení fotoaparátu jednočipový počítač Arduino. Photo-Eclipse-ino, jak jsem toto zařízení nazval, je inspirováno projektem ovládání fotoaparátů Canon od Olega Mazurova, https://www.circuitsathome.com/camera-control/arduino-based-controller-for-canon-eos-cameras/. Modifikací jím napsané PTP knihovny (picture transfer protocol) vzniklo zapojení, které umožňuje pomocí jediného tlačítka exponovat zatmění v celém průběhu, tj. částečnou fázi, diamantový prsten i korónu.

Photo-Eclipse-ino využívá desku Arduino UNO Rev.3 a tzv. USB shield, který Arduinu umožňuje komunikovat se zařízeními (fotoaparátem) pomocí USB sériové linky. K shieldu a Arduinu je připojen plošný spoj, který obsahuje optočlen, několik odporů, kondenzátor a obvod s invertujícími Schmittovými klopnými obvody. Schématicky je zapojení znázorněno na obrázku 8 a realizace na obrázku 9.

Obr. 8.: Schématické zapojení Eclipse-ina. Schmittův klopný obvod s RC členem eliminuje zakmitání tlačítka, kterým se ovládá expozice. Optočlen je použit jako "“optický spínač” spouště. 4-řádkový LCD displej je řízen přes I2C rozhraní. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 8.: Schématické zapojení Eclipse-ina. Schmittův klopný obvod s RC členem eliminuje zakmitání tlačítka, kterým se ovládá expozice. Optočlen je použit jako "“optický spínač” spouště. 4-řádkový LCD displej je řízen přes I2C rozhraní.
Autor: Stanislav Daniš

Do Arduina se přes vývojové prostředí nahraje program, který má v sobě napsanou sekvenci příkazů, jak úkaz fotit. Expoziční hodnoty zadává do zdrojového kódu programu uživatel. Například během částečné fáze exponuje snímek každých 15s, Bailyho perly exponuje zadaným časem sekvenčním snímáním (lze zvolit maximální rychlost fotografování fotoaparátu, popřípadě pomalejší, například 1-2 snímky za vteřinu) dokud není tlačítkem exponování ukončeno. Úplná fáze zatmění se podobně jako u již uvedených programů exponuje sekvencí snímků s rozdílnými expozičními hodnotami. Programem lze například upravit jen fotografování úplné fáze zatmění, záleží na preferencích astrofotografa. K napájení Arduina lze použít jakoukoli power-banku přes konektor USB, odběr zapojení je asi 80 mA, nebo stejnosměrné napětí 9-12V přes napájecí konektor na desce Arduino UNO.

 

Obr. 9.: Realizace PhotoEclipseIna – vlevo rozložené komponenty, uprostřed sestavené a napravo v krabičce. Na obrázku chybí kabel externí spouště fotoaparátu. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 9.: Realizace PhotoEclipseIna – vlevo rozložené komponenty, uprostřed sestavené a napravo v krabičce. Na obrázku chybí kabel externí spouště fotoaparátu.
Autor: Stanislav Daniš

V programu pro Photo-Eclipse-ino je například definovaná funkce pro expozici částečného zatmění:

 

void PartialEclipse(int interval) {

    uint8_t T;

    T=0x98;

    Eos.SetProperty(EOS_DPC_ShutterSpeed,T); // 1/4000 s

    delay(250);

    if (WhatIsShooting==0 || WhatIsShooting==4 && IsShooting==1) {

        if ((millis()-timelapse)>interval*1e3) {

           Eos.Capture();

           timelapse=millis();

        }

        Usb.Task();

    }

}

 

Jí je předáván parametr, který udává prodlevu mezi jednotlivými snímky časosběru částečné fáze zatmění. Hodnotě expozičního času T je 1/4000 s odpovídá hodnota 0x98 v tabulce časů ve fotoaparátu. Pomocí příkazu Eos.SetProperty je hodnota předána fotoaparátu. Pomocné proměnné WhatIsShooting a IsShooting definují, co se bude snímat (částečná fáze, diamantový prsten, úplná fáze) a bylo-li již zvoleno snímání. V časové smyčce se poté po uplynutí zadané prodlevy exponuje snímek příkazem Eos.Capture().

Snímání Bailyho perel (diamantového prstenu) je zařízeno příkazem

 

while (IsShooting==1) {

     PressShutter();delay(100);ReleaseShutter();

     delay(500); // 2 snapshots per second without LV, 1 per sec with LV on

}

 

Snímky jsou exponovány přibližně s rychlostí 1 snímek za sekundu se zapnutým živým náhledem (LiveView, LV), a 2 snímky za sekundu bez zapnutého LV. Pokud bychom chtěli exponovat tuto část maximální možnou rychlostí expozic (jako v případě programu eos_eclipse), necháme v těle podmínky while jen příkaz PressShutter(), který bude simulovat trvale stisknutou spoušť.

Fotografování úplného zatmění, tj. koróny v režimu vysokého dynamického rozsahu, spočívá v cyklu přes nastavené expoziční hodnoty. Hodnoty expozičních časů se zadávají z tabulky v hexadecimálním formátu. Odečtení čísla 8 od hodnoty expozičního času změní hodnotu EV (při stejné cloně a citlivosti ISO) o -1EV (exp.čas se zdvojnásobí). Součástí funkce pro expozici úplné fáze je i smyčka přes expoziční časy:

 

T=0x98; // 1/4000s

delay_time0=1.0/4000.0;

Eos.SetProperty(EOS_DPC_ShutterSpeed,T); // 1/4000 s

delay(250);

for (i=0;i<15;i++) {

     Eos.Capture();

     if (delay_time0<1) {

         waiting_time=2500;

     } else {

         waiting_time=delay_time0*1000+2500;

     }

     delay(waiting_time);

     T=T-8; // T->T*2 (shift of -1EV)

    delay_time0=delay_time0*2.0;

    Eos.SetProperty(EOS_DPC_ShutterSpeed,T); // new shutterspeed

    delay(250);

    Usb.Task();

    delay(250);

}

 

První čas je 1/4000 s, proměnná delay_time0 má uloženu dobu expozice v sekundách a používá se k definici čekání na uložení snímku – proměnná waiting_time. V cyklu se postupně nastavují expoziční časy posunuté vůči sobě o -1EV, tj. 1/4000 s, 1/2000 s, 1/1000 s, 1/500 s atd.

Detailnější popis včetně „instruktážního videa“ je uveden zde http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017.

 

Mám-li či nemá-li s sebou vzít EQ montáž?

V předchozích odstavcích byly představeny tři možnosti, jak pomocí techniky fotografovat zatmění. Hodnoty časů pro expozici vzdálenější koróny však jsou dlouhé (> 1 s) a vyžadují stativ/montáž s hodinovým pohonem. Pokud montáž s sebou nevezeme, nemusíme se o fotografování vzdálené koróny připravit. Ještě než uvedu řešení, tak si určíme maximální čas, při kterém se obraz nerozostří vlivem otáčení Země.

Obr. 10.: Pixel o velikosti d pokrývá úhel φ1pixel zorného pole objektivu o ohniskové vzdálenosti f. Úhlová rychlost zdánlivého pohybu Slunce po obloze je 15”/s. Maximální čas, kterým pořídíme snímek, na kterém se obraz Slunce posune o N pixelů je označen tmax. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 10.: Pixel o velikosti d pokrývá úhel φ1pixel zorného pole objektivu o ohniskové vzdálenosti f. Úhlová rychlost zdánlivého pohybu Slunce po obloze je 15”/s. Maximální čas, kterým pořídíme snímek, na kterém se obraz Slunce posune o N pixelů je označen tmax.
Autor: Stanislav Daniš

Na obrázku 10 jsou uvedeny základní vztahy pro další výpočty. Čas tmax určuje čas, za který se nám obraz Slunce posune o N pixelů. Jak bylo uvedeno výše, pro fotografování slunečního zatmění se používají dalekohledy/objektivy s ohniskovou vzdáleností f~500 mm. Pro typický rozměr pixelu d~5μm dostaneme pro různé hodnoty počtu pixelů N, přes které je rozmazán obraz časy tmax uvedené v následující tabulce:

Tab. 2.:Čas, kdy se obraz Slunce posune na čipu o N pixelů vlivem rotace Země. Autor: Stanislav Daniš
Tab. 2.:Čas, kdy se obraz Slunce posune na čipu o N pixelů vlivem rotace Země.
Autor: Stanislav Daniš

„Typické“ akceptovatelné rozostření se pohybuje kolem 3 pixelů, tj. N=3. Maximální čas při expozici bez hodinového pohonu montáže vychází pro objektiv s ohniskovou vzdáleností 500 mm 0,5 sekundy. Jak pokrýt 14 expozičních hodnot při omezení maximální hodnoty expozičního času? Vzpomeňme si na expoziční trojúhelník (obrázek 4). Kromě času můžeme měnit i citlivost ISO. Clonu není výhodné měnit, neboť mění hloubku ostrosti a také ovlivňuje kvalitu kresby. Jaké ISO tedy nastavit? Řekněme, že nepoužijeme maximální čas, ale jeho poloviční hodnotu (1/4 s), abychom měli jistotu, že snímek bude ostrý. Ze vztahu pro expoziční číslo EV (viz obrázek 4) snadno určíme, že nastavení expozičních hodnot se změní následovně:

 

Tab. 3.: Možné expoziční hodnoty pro fotografování bez EQ montáže. Přesné hodnoty je potřeba přizpůsobit clonovému číslu objektivu/dalekohledu. Autor: Stanislav Daniš
Tab. 3.: Možné expoziční hodnoty pro fotografování bez EQ montáže. Přesné hodnoty je potřeba přizpůsobit clonovému číslu objektivu/dalekohledu.
Autor: Stanislav Daniš

 

Využitím expozičního trojúhelníku jsme schopni exponovat zatmění i se stativu.

Zorné pole (FOV, Field Of View) objektivu o ohniskové vzdálenosti f je dáno rovnicí

Vzorec pro výpočet zorného pole objektivu/dalekohledu. Autor: Stanislav Daniš
Vzorec pro výpočet zorného pole objektivu/dalekohledu.
Autor: Stanislav Daniš

kde d je jeden z rozměrů čipu a f ohnisková vzdálenost objektivu. Pro velikost snímače APS-C a FF dostáváme hodnoty velikosti zorného pole pro objektiv s f=500mm 2,5ox1,7o (APS-C) a 4,1ox2.8o (FF). Za asi 2,5 minuty trvání úplné fáze zatmění 21.8.2017 se Slunce vlivem rotace Země posune o 0,63 stupně (viz obrázek 11). S tímto pohybem musíme počítat při komponování záběru před samotným snímáním úplné fáze zatmění.

Obr. 11.: Posun kotoučku Slunce vlivem rotace Země na čipu fotoaparátu za dobu úplné fáze zatmění. Počítáno pro f=500mm. Autor: Stanislav Daniš
Obr. 11.: Posun kotoučku Slunce vlivem rotace Země na čipu fotoaparátu za dobu úplné fáze zatmění. Počítáno pro f=500mm.
Autor: Stanislav Daniš

GPS-ECLIPSE-INO

Tato pomůcka využívající Arduino nesouvisí s fotografováním přímo, ale třeba by se někomu mohla hodit. Slouží k výpočtu parametrů zatmění v místě pozorování. Základem je malé Arduino Nano, ke kterému je připojen GPS modul. Údaje o zatmění (včetně zeměpisných souřadnic) se zobrazují na displeji Nokia 5110.

Výpočet parametrů zatmění je založen na algoritmu využívajícího tzv. Besselovy parametry, které jsou pro každé zatmění k dispozici na stránkách NASA (https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEbeselm/SEbeselm2001/SE2017Aug21Tbeselm.html). Postup výpočtu lze nalézt například v Jean Meeus, Carl C. Grosjean, Willy Vanderleen, Canon of Solar Eclipses, Oxford, Pergamon Press, 1966.

Z GPS modulu jsou načteny zeměpisné souřadnice, které jsou použity pro výpočet časů kontaktů zatmění, a tyto jsou v UT zobrazeny na displeji. Na otestování funkčnosti byly místo Besselových parametrů pro zatmění 21.srpna 2017 zadány parametry z posledního zatmění viditelného z území ČR (20.březen 2015). Na obrázku 12 jsou zobrazeny hodnoty z displeje aplikace a pro porovnání tabulka hodnot, kterou lze obdržet ze stránek NASA (https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEgoogle/SEgoogle2001/SE2015Mar20Tgoogle.html). Souřadnice odpovídají budově MFF UK v Praze, ulice Ke Karlovu. Detaily zapojení lze nalézt na stránkách

http://kfes-16.karlov.mff.cuni.cz/~standa/TSE2017

Obr. 12.:Parametry zatmění určené aplikaci GPS-ECLIPSE-INO a porovnání se stejnými hodnotami ze stránek NASA (údaje se týkají zatmění Slunce z 20.3.2015, které z území ČR bylo pozorováno jako částečné). Autor: Stanislav Daniš
Obr. 12.:Parametry zatmění určené aplikaci GPS-ECLIPSE-INO a porovnání se stejnými hodnotami ze stránek NASA (údaje se týkají zatmění Slunce z 20.3.2015, které z území ČR bylo pozorováno jako částečné).
Autor: Stanislav Daniš

Doufejme, že počasí vyjde a zpoza velké louže si kromě vzpomínek na pozorování jednoho z nejkrásnějších přírodních úkazů přivezeme i zdařilé fotografie.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Zatmění Slunce v USA - speciální stránka na Astro.cz



O autorovi

Stanislav Daniš

Stanislav Daniš

Narodil se v roce 1970 v Karlových Varech, kde od základní školy navštěvoval lidovou Hvězdárnu Františka Krejčího. Zde propadl kouzlu popularizace vědy, zejména fyziky a astronomie. V Roudnici nad Labem, kde nyní bydlí, pořádá pravidelné přednášky, veřejná pozorování i Noci vědců. Amatérsky se věnuje astrofotografii, buduje hvězdárnu a cestuje nejen za astronomickými úkazy. V současné době pracuje na Matematicko-fyzikální fakultě UK, kde zkoumá strukturu látek rentgenovými paprsky.

Štítky: Zatmění slunce 2017, Astrofotografie 


33. vesmírný týden 2017

33. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 14. 8. do 20. 8. 2017. Měsíc bude v poslední čtvrti. Dojde k zákrytu Hyád a ve dne také Aldebaranu. Jupiter mizí večer na jihozápadě. Saturn je za soumraku nad jihozápadem. V druhé polovině noci uvidíme Neptun a Uran. Ráno se ukazuje Venuše. Aktivita Slunce je opět nízká. Očekáváme start Falconu 9 s Dragonem k ISS, Atlasu V s komunikační družicí TDRS-M a Proton-M by měl vynést komunikační družici Blagovest.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Střecha Slovenska

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2017 obdržel snímek „Střecha Slovenska“, jehož autorem je Václav Hýža. Pilíř noci, rozlité mléko bohyně Héry, bývalá cesta slunce, která je dnes v popelu. Také nebeská řeka Inků, most čínských milenců, ale i věčný svit duší, které opustily svět.

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Undulatus Asperatus

Nádhera!

Další informace »