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Cámaras CCD

Fotografía de un chip CCD      En lugar de utilizar el película tradicional, puede usar una cámara digital para capturar las imágenes en su actividad de aficionado a la astronomía.  Las cámaras CCD son cámaras electrónicas que disponen de un circuito (chip) sensor de luz, sensible a diferentes longitudes de onda. Este chip está compuesto de una matriz o array de dos dimensiones cuyos sensores se disponen ordenados en filas y columnas. El número de sensores puede variar entre varios miles y varios millones (megapixeles) de puntos sensibles a la luz. El precio de las cámaras depende sobre todo del número presente de dichos sensores en ellas. La cámaras digitales para fotografía se llaman cámaras CCD, porque el dispositivo de estado sólido que captura la imagen es un dispositivo de carga acoplada (CCD). tal dispositivo consiste básicamente en receptores de luz que convierten esta luz (fotones) en corriente eléctrica (electrones). Las cámaras CCD se han convertido en dispositivos muy populares para la astrofotografía, por varios motivos, siendo los principales que la imagen se puede transferir directamente a un sistema informático (PC) y que tienen mucha sensibilidad.

            Hay un buen número de cámaras CCD astronómicas disponibles, y elegir la más adecuada puede ser bastante complicado. Lo que queremos es una cámara con un gran chip CCD, los píxeles del chip de pequeño tamaño, y los  precios más bajos. Desafortunadamente, el tamaño de chip y precio van de la mano - vea la tabla de comparación de precios para muchos de los chips CCD más comunes.

Tamaños y precios de chips CCD más comunes. Créditos sctscopes.net.


        Las cámaras CCD para astrofotografía no son las cámaras normales vendidas para fotografía familiar o de paisajes, sino que son cámaras especializadas diseñadas para usar en exposiciones de larga duración con los telescopios. En ellas, se eliminan los problemas de la corriente de oscuridad (dark current), que se produce en los chips debido a la generación aleatoria de electrones en el entramado del fotocaptador, mediante el enfriamiento del chip CCD.


           Las cámaras CCD para astrofotografía están diseñadas para reducir drásticamente los efectos de la esa corriente en el chip CCD, mediante el enfriamiento del mismo. Ya que las cámaras CCD en general tienen que ser portátiles, las cámaras normales que se venden en los comercios no se enfrían con los sistemas de refrigeración convencionales. Por el contrario, utilizan un módulo de refrigeración termoeléctrico para bajar la temperatura del chip CCD.

        Para conseguirlo, se usan módulos termoeléctricos de refrigeración que utilizan el efecto Peltier. Estos módulos funcionan de la  siguiente manera: ciertos módulos semiconductores tienen la capacidad de lograr una diferencia de temperatura entre uno y otro extremo, cuando una corriente eléctrica DC (contínua) se aplica a dichos módulos. Normalmente, el semiconductor es de bismuto y telurio (esto es, telururo de bismuto). Así que usted puede conectar un módulo de refrigeración termoeléctrico en la parte posterior de un chip CCD y obtiene una cámara CCD con corriente de oscuridad lo suficientemente baja como para permitir que realice exposiciones con tiempo suficiente para fotografiar un objeto de cielo profundo. Y todo resulta de tamaño muy pequeño y portátil, siempre y cuando usted tenga una fuente de alimentación de corriente contínua (CC), que puede ser un pequeño sistema de baterías y puede ser alimentado por un adaptador de corriente alterna (CA), si está cerca de su casa. Puesto que usted también necesita una computadora portátil o de sobremesa para adquirir las imágenes de la cámara, necesitará tener una  fuente de alimentación de todos modos. Tenga en cuenta que este semiconductor de efecto de Peltier también se utiliza en los refrigeradores pequeños que venden para vehículos, y se enchufan en la toma del encendedor para mantener las bebidas frías.

        Las cámaras CCD se instalan en la parte trasera del telescopio - en sustitución de la lente o de los oculares - y se conectan a un ordenador (portátil o de escritorio) para que pueda capturar y almacenar la imagen. Son ópticamente mucho, mucho más rápidas que una película, ya que por lo general requieren una exposición del orden de segundos o minutos para la mayoría de objetos de cielo profundo, y son capaces de capturar un rango mucho mayor de brillo que la película tradicional. De hecho, en la mayoría de los casos, pueden mostrar imágenes que no se pueden ver con el ojo a través del ocular. Por estas razones, han sustituido a la película para su uso en los observatorios profesionales, en tierra y en órbita.

 Cámara CCD de la Santa Barbara Instruments Group     Las cámaras CCD por lo general vienen con un software que les permite combinar una serie de exposiciones en una sola imagen. Esto significa que cada exposición individual puede ser corta, por lo que no es necesario entonces guiar el telescopio durante largos períodos de tiempo, una gran ventaja (y los astrofotógrafos están descubriendo que esto le permite grabar objetos de cielo profundo con el telescopio montado sobre una montura Alt-Azimutal, obviando la necesidad de montar una gran horquilla sobre una cuña ecuatorial). Otra ventaja es que usted puede llevar la imagen resultante a una aplicación de edición de fotos (Adobe Photoshop se utiliza normalmente, pero también puede usar el software Open Source GIMP) y extraer más información de la imagen o limpiarla digitalmente.

        Hay dos problemas con las astrocámaras CCD. Uno de ellos es que si usted desea crear una copia impresa de la imagen, necesitará una impresora de fotos de muy buena calidad. Algunos astrofotógrafos citan esto como una razón para usar película - la calidad de impresión de la película en el papel fotográfico tiene una resolución más alta que una impresión de una imagen digital en una impresora de fotos. Irónicamente, algunos astrofotógrafos que utilizan película están descubriendo que sus imágenes se puede mejorar mediante el escaneado en un ordenador con un escáner de película, y la edición de las imágenes. En ese momento, todavía sería necesario imprimir la imagen con sistema digital, no con el papel normal de impresión fotográfica. Por lo tanto, me parece que la dirección del futuro es clara.

        La segunda cuestión relacionada con las astrocámaras CCD es que el tamaño del chip CCD (por lo menos, los que venden por menos de 10.000 €) es mucho menor que el tamaño de una película de 35mm. La mayoría de objetos de cielo profundo serán mucho mayores que el tamaño del chip CCD en la configuración normal del telescopio. Si usted quiere hacer imágenes de cielo profundo (en lugar de fotos de planetas) usted necesita reducir el campo de visión del instrumento óptico de ángulo amplio. Una forma común de hacer esto en los telescopios tipo Schmidt-Cassegrain es mediante un  reductor focal en la parte trasera. Pero la verdadera ventaja para muchos de los Schmidt-Cassegrain Celestron es el sistema Fastar, que crea un instrumento de f/2 (más o menos, dependiendo del modelo en particular) que le ofrece la posibilidad de capturar grandes objetos del cielo profundo. Con la cámara CCD apropiada usted puede utilizar el sistema Fastar en fotografía de cielo profundo o montar la  cámara CCD en la parte trasera del equipo en fotografía planetaria. 

Sistema Fastar de Celestron

     En el sistema Fastar de Celestron (o Starizona Hyperstar, un sistema similar) las lentes ensambladas pueden mantener una cámara CCD delante del telescopio y enfocar la imagen en la mira de la cámara CCD, como se muestra en el  diagrama. (El sistema Fastar o montaje Hyperstar incluye un sistema de lentes debido a que el espejo primario no fue diseñado para enfocar correctamente por lo que se necesita una lente correctora) la ventaja de este arreglo es que en este lugar la cámara CCD ve un campo de visión más amplio, a una velocidad óptica de f/1.95, lo cual es una ventaja real para registrar objetos de cielo profundo que por lo general son mucho más grandes que el chip CCD, y son escasas.

        La elección de una cámara CCD para fotografía puede ser un tema bastante complejo, sobre todo porque los chips CCD para fotografía no han bajado los precios finales al consumidor tanto como las cámaras digitales - porque tienen una producción mucho más limitada y por tanto son caros.

        Para hacer una buena elección de cámara CCD astronómica le resultará útil saber lo siguiente:

a) Como acabamos de decir, puede cambiar la longitud focal de su telescopio mediante el uso de un reductor focal o lente de Barlow delante de la cámara CCD. Este cambio, por supuesto, proporcionará un campo de vista distinto, comparable al uso de diferentes lentes en una cámara terrestre. Para fotografiar planetas, necesitará acercarse más, como mínimo con el foco principal de configuración de un Schmidt-Cassegrain, pero probablemente será mejor con una lente de Barlow. Para objetos de cielo profundo como nebulosas que necesita ampliar con "lente gran angular" tanto como sea posible, requerirá un reductor de focal, o mejor aún, el sistema Fastar usado en los Schmidt-Cassegrain Celestron.

b) El campo de visión definido por un tipo de configuración óptico dado,  necesita que se ajuste al tamaño de los píxeles de la cámara. Si lo piensa, se dará cuenta de que en un campo de visión más amplio (es decir, el cielo que usted toma con su telescopio), el más pequeño de los píxeles es necesario para capturar los detalles de un objeto específico. Una forma común de describir esto es mediante el término escala de píxel (en unidades de segundos de arco/pixel), que es (205 x P)/FL, donde P = tamaño de pixel en micras y FL = longitud focal en mm. Los astrofotógrafos tienen en cuenta que la escala adecuada del píxel para sacar buenas fotografías es de unos 2,5 segundos de arco por píxel . Puesto que los chips CCD sólo se fabrican con un tamaño de píxel determinado, para lograr una escala de píxeles de 2,5 o menos lo que necesita para llegar a una combinación del chip con el tamaño del píxel correcto pasa por un ajuste de la longitud focal del telescopio como se señaló anteriormente.

c) Una vez que la escala de píxel es la correcta, también necesitará un chip CCD físicamente grande, pero esto depende de su situación financiera, porque el precio de una cámara CCD (o una cámara digital de consumo para el caso) es proporcional a la superficie del chip CCD.

d) El tamaño físico del chip está relacionado con el área de los píxeles multiplicado por un número de veces el tamaño del píxel. Cuanto mayor es el chip mejor.

Madrid, 22 de Octubre de 2011

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