天文摄影讲座 第一季:基础知识入门
Concord 于 2014.05.29 22:33:47 | 源自:www.soomal.com | 版权:投稿 | 平均/总评分:09.81/657
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大家好,我是Concord~数毛ID是incarnation,请多指教~如果有错误的话,请指出来吧=w=

今天我在这里谈的是天文摄影(Astrophotography). 其实说起来这个才是我最早入坑的领域,但是一直都没和大家谈过呢~今天就在这里谈(pian)一(gao)下(fei)吧。我会注意尽量不使用天文爱好者的语言,而选用数毛读者们喜闻乐见的词句~

什么是天文摄影

先说一下,什么是天文摄影呢?维基百科是这样说的:

  • “天文摄影为一特殊的摄影技术,可记录各种天体和天象,月球、行星甚至遥远的深空天体。天文摄影不一定要在夜间进行,一些特殊的天象如日食就需在日间拍摄。所需的器材因拍摄对象而异,简单如一台配备标准镜头的单镜反光机(SLR,single lens reflex camera),复杂如连接到望远镜的冷却CCD相机,都可进行拍摄。除了天文台,全球有数量庞大之天文爱好者积极投入这活动,甚至视之为兴趣。”

说白了,就是夜观天象——眺那星嘛=w=

为了方便之后的说明,我在这里将天文摄影稍微分一下类(不讨论纯科学性的天文摄影)。

天文摄影的分类

1.星野摄影:或者叫广域星空摄影。顾名思义,星野摄影其实就相当于鱼眼、超广角镜头扫街了=w=. “星野摄影”这一词应该是来源于日本或者台湾,西方并没有这样的叫法。以下是楼主拍的两张样张——这只是狗套头拍的而已哦,没有P过。

  • (Sony α55+套头,ISO1600, 90s. 18mm F3.5) 制造商=SONY;型号=SLT-A55;镜头=DT 18-55mm F3.5-5.6 SAM;焦距=18毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F3.5;测光模式=模式;感光度=ISO1600;白平衡=自动;对比度=标准;饱和度=标准;锐度=标准;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=89/1秒;曝光程序=手动模式;场景类型=标准;日期=2011.05.01 19:35:01
  • (Sony α55+套头,ISO1600, 90s. 18mm F3.5) 制造商=SONY;型号=SLT-A55;镜头=DT 18-55mm F3.5-5.6 SAM;焦距=18毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F3.5;测光模式=模式;感光度=ISO1600;白平衡=自动;对比度=标准;饱和度=标准;锐度=标准;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=32/1秒;曝光程序=手动模式;场景类型=标准;日期=2011.05.01 19:27:07
  • 2.行星/月球摄影(Planetary/Moon Photography):顾名思义,这一类摄影就是专门偷窥嫦娥姐姐或者古罗马各神的。下面是一张样张~这种摄影通常都使用望远镜或者长焦镜头。

  • (口径80,焦距500的折射望远镜搭配Pentax K-r拍摄的月球。单帧。)
  • 3.深空摄影:这种摄影方式的目标是深空天体(Deep Sky Objects),包括我们平日挂在嘴边的星云(比如说M78)、星团(比如说昴星团[Subaru])和星系(仙女座大星系等)。

    下面来看一位土豪的样张:

  • 4.太阳摄影(Solar Photography)首先,绝对绝对绝对不要在没有合适的滤镜时,盯着太阳看,更不能将你的器材对准太阳!你这是自寻死路!太阳摄影通常有两种摄影方式,窄带摄影和白光摄影。窄带摄影通常选择H-α(红光)和Ca-K(紫光)两个波段拍摄,成本亦比白光高得多。

  • 5.特殊天象摄影:顾名思义,专门拍特殊天象的摄影方式,典型的例子比如拍摄日月食和流星雨。但是无论是哪一样都不是很好拍的,尤其是流星雨,很需要RP...

    于是乎经常有下图这种副产品:

  • 进行了极其重口味的PS修图,好孩子不要学 制造商=PENTAX;型号=PENTAX K-R;镜头=smc PENTAX-DA L 18-55mm F3.5-5.6 AL;焦距=18毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F3.5;测光模式=模式;感光度=ISO1600;白平衡=自动;对比度=高;饱和度=标准;锐度=强;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=30/1秒;曝光程序=手动模式;场景类型=标准;日期=2013.08.13 00:06:32
  • 乃们以为上图的那条白光是火流星?错了,那是飞机啊...(进行了极其重口味的PS修图,好孩子不要学)

    天文摄影其实是一种很奇葩的东西,一半是搞艺术,另外一半是搞科学。拍摄者需要不仅需要坚实的科学素养,善用理性思维,还得充分发挥感性思维,对艺术拥有相当程度的感觉才能拍好。[简直就是精神分裂...]而且这些天文知识大多数都相当艰深...

    为了降低各位的入门难度,免去大家翻找理科教科书的麻烦,我将最基础的天文知识浓缩成以下15条。如果希望知道下面这些结果是怎么来的,请移步维基百科。<、p>

    天文摄影基本原则

    (0)天文摄影对任何类型的修图都是很宽容的,但是修图过程中绝对不能够伤到图中景物的客观性和真实性。

    关于时间:

    (1)地球自转一周是23小时56分4.1秒,而不是24小时。但是连续两次正午[太阳上中天]的时间间隔是24小时,因为地球在自转的同时还绕着太阳公转。

    (2)接上:因此太阳和群星的移动速度是不同的。

    (3)北京时间并不是你的本地时间。有时候需要用到严格的本地时间,请用(观测地的经度-120°)/15°=与北京的时差 这个公式来计算当地的本地时间;正数代表时间比北京快,负数相反。当然更方便的还是用星图软件了。

    关于四季星空:

    (4)因为地球公转的缘故,四季看到的星空是不一样的,而且每一天都有变动:今天11:04看到的星空,明天11:00就看得到。

    (5)以下是四季星空值得观测[肉眼看和摄影]的目标。
    春天:春季大弧线[大熊座上北斗七星的杓柄 3 颗亮星(玉衡、开阳、摇光)延长到在牧夫座的大角星(Arcturus)、室女座的角宿一(Spica)及乌鸦座大约HD109238之位置]、北斗七星[大熊座]

    夏天:夏季大三角[天鹰座牛郎星、天琴座织女星、天鹅座天津四]及其附近的那一段银河;夏季银河[人马座、天蝎座附近]。

    秋天:飞马四边形[飞马座的α、β、γ星外加仙女座α]、猎户座[那里有一整坨深空天体]。

    冬天:冬季大三角[小犬座、猎户座、大犬座的三颗α星,南河三、参宿四和天狼星]、猎户座、金牛座[M45昴星团(严重推荐,用双筒看很赞的)、毕星团]。冬季比较适合深空摄影,因为很多漂亮的深空天体都是这时候出现的。

    天球坐标系[维基]: (6)所有天体除流星和人造卫星外,都绕北天极[North Celestial Pole,NCP]逆时针旋转,或者绕南天极[SCP]顺时针旋转。北天极和南天极的方向是地球自转轴所指的两个方向。

    (7)北极星离北天极很近,不过北极星并不在北天极上;因此器材需要对准北天极的时候,不能随便对准北极星了事。没有公认的南极星,寻找南天极只能依靠半人马座和南十字座来寻找。

    (8)有一些星图(软件)会给出天体的坐标。这种坐标有两套,一套是赤经[RA, Right ascension, α]和赤纬[DEC,Declination,δ];另外一套是方位角[AZ, Azimuth, A]和高度角[ALT, Altitude,a]。其实你并不需要知道他们是什么意思,只要记住短时间内赤经赤纬不会变,方位角和高度角会变,不要弄混就行了。

    关于星等:

    (9)星等(Magnitude)是天体相对亮度的度量。1等星比6等星亮100倍,比2等星亮2.512倍[10的五次方根倍]。我们通常说的星等都是“视星等”(Apparent Magnitude),即地球上看某天体的亮度。

    • 以下是一些比较常见的天体的视星等:

      太阳:-27
      满月:-13
      铱星闪光:-9
      国际空间站:变化,最大-6
      金星:-5上下
      木星:-2.9~-1.5
      火星:-2.9(最大,通常暗得多。最暗的时候只有1.83等)
      水星:-2.45(最大)
      天狼星[大犬座α]:-1.47[全天空除了太阳外最明亮的恒星]
      土星:-0.49(最大)
      南门二:-0.27[变星,亮度变化]
      织女星:0
      北极星:2
      城市光污染下,肉眼可见最暗天体:3~4
      理论上肉眼可见最暗天体:6~7

    值得注意的是,面天体(比如太阳、月亮和银河)通常比同星等的点天体(星点)显得更暗。

    关于星座:

    (10)星座(Constellation)是天空区域(天区,Sky Area)的划分。一共有88个星座,89个天区:巨蛇座拥有两个天区。

    (11)黄道[太阳看起来在天空运动的轨道]十二宫是一种既定说法,但是黄道星座有13个。

    (12)一个处女座的人永远不可能在他生日那天在地球上看到室女座[无误]。其他星座同理。

    光学与望远镜:

    (13)对于天文摄影来说,望远镜或镜头的下面四个项目很重要:口径(Aperture)[镜头直径]、焦比(F-number)[光圈]、分辨率(Resolution)[望远镜可分辨两个物体的最小距离]、光学设计[折射式,反射式,etc.]。口径大是王道,焦比[光圈]决定你拍摄的目标,分辨率越高越好。牛顿式反射望远镜比较全能,高档折射镜[APO,复消色差的]适合拍深空,折反式望远镜适合拍行星。

    深空天体相关:

    (14)深空天体编号的前缀表示了他们的来源。M开头的天体代表Messier(梅西耶),意味着该天体来源于梅西耶天体列表。比如,M78代表梅西耶第78号天体。此外还有NGC[星云星团新总表]、IC[拓展目录]等前缀,但这些目录都有数以万记的天体,而M(梅西耶)天体只有一百一十个。

    观星礼仪:

    (15)只有Too young too simple, sometimes naive的熊孩子们才会带着大功率的白光灯激光笔甩来甩去,才会乱打闪光灯。请使用红光手电,使用激光笔的时候不要指着人和动物还有飞机;使用闪光灯之前要先征求其他人同意。

    基础知识大概到这里就讲完了,接下来开始介绍拍摄时使用的器材与技术=w=另外说一句,与其闷在家里攒钱买器材,还不如积极地往外跑呢

    器材与技术

    1.望远镜。一个典型的望远镜系统如图所示:

  • 在一节我只谈主镜。主镜并不一定要是专用的天文望远镜;观鸟镜或者相机镜头也可以。简单来说,就是管子粗就是王道,分辨率越高越好,焦距短[光圈大]适合深空,焦距长[光圈小]适合行星或者月球摄影。

    但是,拿不动的望远镜永远只有吃灰的命运。

    2.支架系统:俗称下半身。在上面的图,那台望远镜就是用了赤道仪这种支架系统。

  • 这是赤道仪的简化模型。从上面可以看出,如果让望远镜与群星往同一个方向旋转,望远镜就可以固定追踪某一个天体。我们通常使用电动跟踪系统[电跟]来提供动力,如图所示。对于赤道仪而言,理论上只需要移动赤经轴就可以跟踪天体;但是我们也会给赤纬轴加上电跟,以修正误差。[详见下面“导星系统”]再加上几片单片机来控制马达,还可以让望远镜自动转向某一个目标,实现自动寻星(GOTO)

    肾好的同学可以试着手动跟踪---不过这年头肾那么好的不多了。

    不是所有的电跟都是内置的;有些赤道仪的电跟是裸露在外的。

    除了赤道仪之外,还有一种支架系统,叫做地平仪,或者叫经纬仪,就是一个大号三维云台=w=。它们结构简单,造价低廉,但是它们并不适合跟踪天体,因为天体的地平坐标无时无刻都在非线性地变化。就算用电脑来辅助跟踪,也不适合深空摄影:像场里面的东西会天旋地转。当然,不需要长时间曝光的话是无所谓的。

    特别提醒,赤道仪并不是只有一种的,只要是能够让中心轴绕着南北天极旋转的装置,都叫赤道仪。赤道仪的上面也不一定要使用望远镜。——比如说,这也是赤道仪。

  • 制造商=NIKON;型号=NIKON D90;焦距=50毫米;等效焦距=75毫米;光圈=F5.0;测光模式=模式;感光度=ISO200;白平衡=手动;对比度=标准;饱和度=标准;锐度=标准;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=10/600秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2012.12.11 11:24:14
  • 赤道仪的每一次使用都必须要校准极轴,确认赤道仪对准了北(南)天极。很多高档的赤道仪都会有与赤道仪赤经轴同轴的极轴镜(Polar scope). 它的作用是通过北极星和其他星座的位置,帮助寻找真正的北(南)天极,进而加快校准赤道仪的速度。然而更精确的校准,则需要花费更长时间进行极轴飘移,这个以后再提。

  • 制造商=SONY;型号=DSC-P92;焦距=8毫米;光圈=F2.8;测光模式=模式;感光度=ISO160;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=10/400秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2006.08.07 10:47:27
  • 3.寻星镜:上图有,就是一只倍率和口径都小的望远镜,带有十字分划线并且与主镜同轴,方便使用者找到要观测的目标。简单来说就像是旁轴取景器,只不过这次取景器焦距更小而已。也有一种寻星镜是一个红框外加一个红点,像各大FPS游戏里面的红点枪瞄。这种叫红点寻星镜,寻找很亮的天体时比较好用。

    4.感光器与导星系统:通常天文摄影采用的感光器都是DSLR/MILC或者专用的冷冻CCD。冷冻CCD这壕物长什么样子?长这样:

  • 冷冻CCD是带有降温系统的CCD。在低温下,CCD的噪声更小,因此可以开更高的增益,从而让图像更亮。同时,这些CCD的前面也没有相机中的低通滤镜(红外、紫外截止滤镜),因此,能收集到更多的光:尤其是H-α波段的光。H-α线是天体发出的一种主要辐射,是一种很红的可见光,但很容易被低通滤镜过滤掉。

    很多冷冻CCD都是单色的,因为这样量子效率(光电转换效率)更高。但是单色CCD一样可以拍得出彩色照片,下面有详解。

    单反相机可以进行红外改装。很多买不起CCD的天文爱好者都会买一两台350D或者500D回来抠掉机身里面的红外截止滤镜。佳能曾经生产过20Da和60Da,其实就是出场的时候帮你代劳去掉了红外截止滤镜而已=。=

    导星系统(Guiding system):赤道仪虽然很精密,但是还是难免会出现误差,因此一边拍摄一边修正是王道。虽然近来也有使用编码器来修正机械误差的系统,但是主流还是利用一只附加的望远镜来导星。导星的原理很简单:看到星点往哪一边飘移,就向相反的方向调节望远镜把误差修正回去。现在这一切一般都是由电脑+CCD完成的;在以往,这一切都得靠人力:人要盯着目标星体,一动不动坐几个小时,然后用手中的遥控器控制电跟进行微小的移动。想想在北京的冬天坐一晚上是什么感觉吧,你懂的=w=

    5.滤镜系统:滤镜有两种,放镜头前面的和放镜头后的。放镜头前面的,比如星芒镜和几乎全部的太阳滤镜;放镜头后面的,比如RGB滤镜和深空摄影用的H-αO-IIIS-II窄带滤镜,还有UHC光害滤镜。单色的CCD可以使用RGB滤镜分别拍摄图像,进行合成而得到彩色图像;或者用某一种窄波滤镜下的图像代替RGB,进行假色合成(false colour composition)。窄带滤镜本身拥有很强的抗光害能力,在三环内拍深空不再是梦想!UHC滤镜是屌丝在上不起昂贵的冷冻CCD时用的屌丝替代品,效果一般,而且偏色,但是至少有用。 三种窄带滤镜,用单反的屌丝还是别想着用了。你CMOS前面的那块红外截止滤镜在微笑。

    6.关于图像处理:后期是天文摄影不可分割的一部分;后期用掉的时间绝对不会比拍摄用掉的时间少。只要不违反科学性,任何形式的叠加、拼接和PS调曲线、锐化等操作都是允许的:甚至你还可以叠加多张含有地景、地景不断变化的图像,然后选择某一张图片的地景出现在最终的图像上。

    叠加的主要目的是增加图像的信噪比和光度、拼接则是为了增加图像的广度,或者造成“Little Planets”这类特殊效果。通常我们都会使用Photoshop来对图像进行最终微调。

    7.闪光灯、车灯还有手电筒经常用来照亮地景。使用它们的时候并不会长时间地照射:短时间的照射可以让相机在长时间曝光中,即使地景变化或者相机移动,拍出来的地景也还是在同一个位置。善用闪光灯能够获得意想不到的效果,但是一定要注意礼仪。[所谓的星空合影就是这样来的]

    8.指星笔,也就是大功率激光笔,也经常被天文爱好者使用。绝对不能将指星笔对准任何动物、任何人、任何可能因此损坏的机械设备,特别是不能用来“打飞机”。“指星笔”功率从1mW到1W不等,这些激光笔的作用是在天空中形成一条很亮的光柱,从而指示一个天体的位置。通常我们都喜欢使用10mW的指星笔,一是便宜,二是亮度够用,三是安全而且不会亮瞎自己[在很黑的地方,200mW指星笔的光柱可以亮瞎狗眼],四是省电。

    很多发达国家不允许带大功率激光笔入境。建议不要把指星笔带上飞机。

    另外,在夜空中千万不要乱挥舞指星笔——说不定别人正在曝光呢,好不容易快曝光完成了,你的指星笔的光束就把他这一张废了

    9.黑卡(Black card):这个比较少见,就是一张不透光的卡片,用来放在镜头前面挡光的。用法随意,通常不用。范例用法:把黑卡放在过量的地景附近挡住,隔一段时间放开,防止地景过曝。

    10.快门线/遥控器:必备。没有的话请用相机的自拍计时器,不然,用手按快门的话无论如何都是会抖的。如果你的相机支持Wifi,也可以用手机来释放快门。

    11.“万能支架”和相机转接环、转接口“万能支架”是用来进行目镜后拍摄的,也就是把不能换镜头的手机、DC支撑在某一固定的位置,通过望远镜的目镜拍摄。

    相机转接口是用来把可换镜头相机直接接上望远镜的。在这种情况下,望远镜充当了相机的镜头,称为直焦摄影。通常我们都喜欢用一个转接口+一个转接环来连接相机:转接口塞进目镜接口里[有多种规格,比如1.25英寸和2英寸],另一端是M42螺纹;转接环就是M42转各家的转接环,通用性好。全幅机这样做会有暗角,所以现在也有M48的转接口。

    望远镜的两种目镜接口的直径(1.25英寸和2英寸)刚好是两种常用感光元件规格的对角线:1.25英寸对应APS-C,2英寸对应全画幅。另外还有0.96英寸(玩具)和3英寸(土豪)规格的目镜接口,不过极其少见罢了...

    12.最后是最重要的道具,星图。星图有很多种,有传统的像一本书一样的星图,也有下面这种能够根据观测时间和观测日期展现头顶星空的“活动星图”。最近也有手机上、平板上、电脑上的星图软件。

  • 星图软件推荐

    iOS:Star Walk(星空漫步),Star Chart(星图)

    Android:Star Chart(星图)

    Windows Phone:Star Chart(星图)

    Mac OS X:Stellarium(开源,插件多,体积小)、Starry Night(昂贵体积大但是功能极其强大)

    Windows 8/8.1:桌面版Stellarium(开源,插件多、体积小)、Starry Night(昂贵体积大但是功能极其强大);Modern UI下的Star Chart(星图,直观好用)

    未完待续

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    或者空气中颗粒很少,背向路灯也能看到不少星星。
    最糟糕的是空气颗粒多和光污染加在一起...
    而且在南方还得把水汽的影响加上...
    发表于2014.06.01 13:57:03
    47
    113.224.154.***
    113.224.154.***
    发表于2014.06.01 11:16:28
    46
    03
    发表于2014.06.01 09:44:13
    45

    此帖使用MI-ONE提交
    发表于2014.05.31 22:31:56
    42
    03
    以为是飞机什么的嗯
    此帖使用GT-I9500提交
    发表于2014.05.31 00:59:56
    41
    只可远观不可近玩啊,玩不起啊。。。。。。果然玩摄影的都是嚎。。。
    发表于2014.05.30 23:00:01
    40
    116.023.180.***
    116.023.180.***
    发表于2014.05.30 22:58:52
    38
    014.216.***.***
    014.216.***.***
    我对满天星星的记忆还停留在儿时在乡下的日子里~~
    发表于2014.05.30 21:35:39
    37
    03
    啥时回国了俺们去~~~嗯你懂的
    此帖使用iPhone提交
    发表于2014.05.30 21:13:52
    36
    03
    发表于2014.05.30 17:54:12
    34
    202.100.***.***
    202.100.***.***
    发表于2014.05.30 16:01:20
    32
    10
    在pm2.5 80以下,晴空万里,你看不到星星或看到的数量如此之少是因为光污染。其实就算pm 2.5。100左右,没有路灯,或路灯很暗,能看到的星星数量也会多很多倍。


    此帖使用iPad提交
    发表于2014.05.30 15:05:27
    31
    124.224.***.***
    124.224.***.***
    30
    036.250.226.***
    036.250.226.***
    发表于2014.05.30 13:52:50
    29
    211.157.***.***
    211.157.***.***
    买!买!买!买!买!买!买!买!
    发表于2014.05.30 13:15:27
    28
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