EAA-революция на смартфоне
До недавнего времени для электронной астрономии на смартфоне было доступно только дорогое коммерческое решение - ZWO ASIAIR, а на ноутбуке или мини-ПК главным EAA-приложением остается до сих пор коммерческая программа SharpCap. Но недавно в Google Play появилось бесплатное мобильное приложение для EAA OpenLiveStacker (далее OLS) https://github.com/artyom-beilis/OpenLiveStacker, созданное израильским любителем астрономии и программистом Артемом Бейлис (Artyom Beilis).
Автор статьи успешно протестировал это приложение и по итогам написал подробное руководство, как с ним совершенно бесплатно можно заниматься электронной астрономией с Android-смартфоном и камерами ZWO, Touptec или Svbony SV105/205.
Скриншот Android-приложения OpenLiveStacker во время EAA-сессии съемки Туманности Ориона М42. На экране виден результат сложения 73 кадров по 8 сек с усилением (gain) 200.
Кратко о EAA и OLS
Приложение для EAA OpenLiveStacker использует внешнюю вебкамеру, астрокамеры ZWO, Touptec, Svbony SV105/205 или DSLR для получения изображений и выполняет сложение одиночных кадров с короткими экспозициями в реальном времени для получения более яркой, детальной, контрастной и чистой от шумов картинки. В этом суть EAA - электронной астрономии: при помощи метода "Live stacking" (живое сложение на лету) делать возможным с небольшими инструментами запечатлеть и фактически увидеть в реальном времени объекты, недоступные в него или едва видимые глазом, но в цвете и с такими деталями, доступными визуально в телескопы с кратно большей апертурой.
В основе EAA (Electronically Assisted Astronomy -Электронная Астрономия - современный метод астрономических наблюдений с помощью электронных фиксирующих устройств) используется уже давно придуманный учеными метод «Lucky imaging» - сложения на лету снимков с короткими экспозициями для получения четкой и детальной картинки объектов неба без влияния атмосферы и неточности ведения телескопа, а также технология "Live stacking" — сложение полученных снимков на лету с предварительной калибровкой их (математическое вычитанием «темновых кадров» для устранения тепловых шумов и деление на «кадры плоского поля» — снимки неравномерности освещения кадра для устранения эффекта потемнения к краю «виньетирования» и следов от пыли на матрице и фильтре). Сочетание этих двух методов позволяет используя недорогой телескоп с часовым ведением и доступную по цене астрокамеру начального уровня получать в реальном режиме времени без необходимости долгой обработки в сложных астрономических программах красивые снимки объектов глубокого космоса, которые были бы доступны только с более дорогим астрофото-оборудованием, применением метода автогидирования — автоматического коррекции ведения телескопа и длительной обработкой результатов на компьютере. Использованием узкополосных и широкополосных UHC-фильтров от засветки позволяет заниматься EAA в черте города, что практически не возможно визуальным методом.
При этом, используя EAA мы почти в реальном времени можем увидеть слабые объекты неба — галактики, туманности, скопления не только в подробностях, но и в цвете, причем так, как не смогли бы увидеть их даже в телескоп в разы большего диаметра. С каждым захваченным снимком на экране изображение объекта будет становиться все ярче, четче, детальнее, поскольку увеличение числа складываемых кадров уменьшает соотношение сигнал/шум и повышает как детализацию, так и цветность изображения. Чтобы увидеть слабую галактику методом EAA обычно требуется всего 5-10 минут накопления.
До недавнего времени EAA было доступно только на персональных компьютерах с приложением SharpCap Pro, которое полноценно работает только в платном режиме, а также с программами и камерами ZWO.
Появление OpenLiveStacker сделало EAA не только доступным каждому, но и мобильным, не требующим наличия ноутбука или астрокомпьютера.
Приложение OLS работает на Android и в средах Linux (включая подсистему Linux для Windows).
Приложение можно установить из Google Play по адресу https://play.google.com/store/apps/details?id=org.openlivestacker
Возможности приложения
По итогам тестирования было установлено, что приложение успешно cкладывает одиночные снимки с короткими экспозициями с калибровкой дарками, флетами и выравниванием на лету (в том числе, с коррекцией вращения поля), позволяет в ручном и автоматическом режиме править кривую яркости, сохранять результат сложения в форматах JPG и Astro-TIFF. Оно может даже плейтсолвить с ASTAP (распознавать снимки с определением координат центра) и сказать, куда навелись чтобы можно было внести корректировку, а также показать стрелочкой направление где находится цель.
Для постобработки на лету имеются функции выравнивания фона, удаления следов спутников, удаления битых пикселей. Я их пока не тестировал, т.к. было достаточно автокалибровки дарками.
OpanLiveStacker может работать с самой доступной UVC-астрокамерой Svbony Sv105, для которой автор предусмотрел возможность складывать в одну «суперэкспозиию» серию из 1-секундных «субэкспозиций», решая тем самым проблему ограничения максимальной длительности экспозиции у подобных камер.
Телескоп Celestron C6N (150/750) на монтировке Celestron CG5-GT с камерой ZWO ASI290, использовавшийся при тестированиии приложения и подготовки руководства.
Оборудование для EAA c OLS
Для тестирования OLS использовались уже не новый Android-смартфон Redmi 9T со старой камерой ZWO ASI290 и трубой C6N (150/750) на монтировке Celestron CG5-GT без гидирования. Камера была подключена к смартфону при помощи стандартного USB-кабеля через OTG-переходник. В идеале, для работы с OLS подойдут трубы с фокусным расстоянием от 250 до 750 мм и откидным зеркалом для удобной проверки наведения, либо достаточно мощным искателем с объективом диаметром 50-60мм. В первом случае можно будет удобно соединить визуальные наблюдения объекта и EAA. Крайне желательно использовать монтировку с системой автонаведния GoTo, но при наличии перекидного зеркала достаточно хорошего часового привода, позволяющего делать с фокусным расстоянием основной трубы экспозиции без смаза хотя бы 10 сек (обычно все монтировки класса EQ3-2 и выше позволяют снимать без гидирования с экспозициями до 30 сек).
Скриншот Android-приложения OpenLiveStacker во время первой тестовой EAA-сессии съемки рассеянного скопления М38 в Возничем.
Немного о процессе тестирования
Для тестирования были взяты четыре разных по классу объекта. Начал с рассеянного скопления М38 в Возничем (на нем сфокусировался и сделал первый тест сложения на лету), продолжил шаровым скоплением М15 в Пегасе, затем навелся на галактику М33 в Треугольнике и завершил тест «Туманностью Ориона» М42. Везде для съемки использовал экспозиции 8000 мс (8 секунд) и gain 200, а для наведения и фокусировки - максимальный gain 600 и экспозицию 1000мс (1сек). За примерно час тестирования смартфон разрядился на 18%, т.е. его зарядки хватит на одну продуктивную ночь EAA.
Предварительная настройка телескопа
Перед началом наблюдений желательно выровнять полярную ось телескопа. Это можно сделать с искателем полюса и Android-приложением Polar clock. Более точно полярную ось можно пока выставить с ноутбуком, трубой-гидом и программой SharpCap, но я специально это не делал, чтобы посмотреть, как с ведением при не совсем точном положением полярной оси справится OLS. Также желательно при помощи и яркой звезды проверить и выставить соосность трубы искателя и телескопа.
Настройка приложения
После подключения в начальном окне программы сверху стоит выбрать тип камеры (я выбрал "ASI") и согласиться дать приложению доступ к камере. Также стоит отметить "галочками" опции "Use external SD Card" для записи результатов на флешке, а также "Use Landscape" для удобного отображения картинки во весь экран (особенно если у Вас планшет). В случае со смартфоном эту галочку можно не нажимать, т.к. поворот экрана можно сделать поворотом устройства в планшетный режим.
Затем можно нажать кнопку "LiveView". После выбора камеры из списка доступных и нажатия на кнопку "Open" откроется окно настроек камеры, к которому всегда можно получить доступ, нажав на кнопку "с шестеренкой" на панели инструментов. Сперва нам понадобиться вкладка "Камера", где мы можем устанавливать базовые настройки съемки: формат съемки (поле "Format", выбираем максимальное поддерживаемое разрешение и битность камеры, для ASi290MC это 1936х1096, raw16), усиление ("Gain", для съемки можно выставить 200-280 нажать "Set" - установить, а для фокусировки и наведения - максимально доступное, у ASI290MC это 600), экспозицию в миллисекундах ("Exp. ms", для съемки 8000 и более, а для фокусировки и наведения 1000мс). Остальные параметры можно оставить по умолчанию.
Скриншот окна приложения OLS, вкладка "Камера".
Несколько настроек съемки (например, для фокусировки с 1сек экспозицией и максимальным Gain, для съемки ярких объектов с экспозицией 8-10 сек и небольшим Gain 120-200, для съемки слабых объектов с экспозицией 15-30сек и Gain 350.) можно будет соханить в отдельный профиль во вкладке "Profiles" и вызывать оттуда по мере необходимости.
Чтобы программа могла распознавать снимки при наведении для помощи в корректировке наведения, стоит зайти во вкладку "ASTAP" и выбрать для скачивания базу объектов, соответствующую вашему сетапу (желательно при этом беплатное WiFi-соединение, т.к. база многомегабайтная).
В поле "General" стоит указать координаты места наблюдения.
Как все будет готово, можно начать работу с камерой, нажав на кнопку "Stream" ("захват").
Скриншот окна приложения OLS "Stack" во время настройки съемки темновых кадров.
Создание калибровочных кадров
Для получения качественного результата стоит предварительно сделать калибровочные кадры. Для этого нажмем на кнопку с тремя полосками ("Stacking" - сложение) на панели инструментов и в поле "Stacking" выберем тип снимаемого файла "Calibration frame". Прежде всего стоит создать темновые кадры ("darks"). Они будут нужны для удаления со снимков горячих пикселей и тепловых шумов. Темновые кадры снимают с теми же параметрами, что и кадры небесных объектов, но с закрытой крышкой. В поле "Name" стоит вписать тип и характеристики калибровочного кадра, например "dark_8s_gain200". Если есть желание сохранять все захваченные кадры для последующей обработки серии снимков на ПК, можно отметить галочкой поле "Save All Frames".
Закроем крышку трубы телескопа и нажмем кнопку "Start". Программа начнет сохранять и складывать в стек на лету полученные с камеры темновые кадры. Можно сделать 12-32 кадра, затем нажать на кнопку с дискеткой "Сохранение", чтобы сохранить стек в файл, а после нажать на кнопку с квадратиком ("Стоп") для остановки процесса захвата кадров.
Скриншот окна настроек камеры в приложении OLS во вкладке "Calib". Виден созданный мастер-темновой кадр.
Чтобы успешно снять кадры плоского поля, вам понадобится равномерный источник белого света. Им может быть сам смартфон, если его экран превышает диаметр объектива астрографа, или планшет. Чтобы превратить Android-устройство в источник белого света, в окне подготовки к съемке калибровочных есть опции "White screen" и "Delays (s)", включающие белый экран вместо окна программы. При нажатии кнопки "Start" надо будет поднести экран смартфона к объективу телескопа и дождаться получения нужного количества кадров.
Окно предпросмотра изображений с камеры во время точно фокусировки по скоплению М15.
Фокусировка
После получения калибровочных можно начинать процесс наблюдений. Выберем профиль настоек для фокусировки и нажмем "Stream", чтобы видеть в реальном времени, что показывает телескоп. Для начала стоит навестись на яркую звезду недалеко от первого объекта съемки, чтобы сфокусироваться. Если система наведения имеет WiFi-соедиение, можно удобно навестись на объект из мобильного планетария типа Celestron Skyportal для монтировок от этого производителя, или SkySafariPlus/Pro я всех остальных, либо из мобильного приложения управления монтировкой типа onStep или Synscan App. После грубого наведения, можно скорректировать его по искателю и глядя на экран смартфона/планшета, где появится яркий кружок. Выставим его в центр и ручкой фокусировки и синхронизируем телескоп с объектом при помощи пульта, чтобы он далее наводился точнее. Затем вращением ручки фокусера добьемся чтобы кружок стал точкой. Более точно можно сфокусироваться, установив на объектив маску Бахтинова и поворотом ручки фокусера добившись чтобы средний большой луч был точно посередине между двумя диагональными. Если же маски Бахтинова нет, просто постараемся сделать кружок яркой звезды и ее соседей минимально возможного размера.
Окно программы OLS при с настройками распозравания снимка Туманности Ориона М42.
Окно программы OLS при успешном распознавании снимка с указанием параметров коррекции наведения.
Наведение, "Platе solving"
После фокусировки можно навестись на первый объект. Если вы синхронизировали телескоп с GoTo со звездой фокусировки поблизости, наведение будет достаточно точным, чтобы объект попал в поле зрения камеры. Если же этого не произошло, попробуем переключить профиль на съемку объекта (8сек), запустить "Stream" и затем нажать на кнопку с кружком ("Platе solving") на панели инструментов. В окне "Platе solving" нужно задать размер пикселя камеры в поле "Pixel size" (2.9 для ASI290MC), фокусное расстояние телескопа в мм в поле "Focal length" (для трубы C6N у меня это 750мм), имя объекта наведения в поле "Object" (оно будет сверенно с базой и тут же в полях RA/DEC появятся его координаты), а также радиус поиска в поле "Radius" (по умолчанию стоит 5 градусов, но можно поле увеличить, если точность наведения не высока, хотя мне хватило и этого). Когда все данные будут введены, нажмем на кнопку "Solve". Программа захватит снимок, передаст его консольному клиенту ASTAP, который был установлен вместе с ней, а затем получит от него координаты центра снимка и сообщи, насколько они далеко от положения объекта съемки и покажет стрелочкой, куда надо сдвинуть телескоп и насколько.
Переключением в верхней вкладке типа координат можно узнать необходимое смещение по Азимуту и Высоте для альт-азимуутальной монтироки, или по Ra/Dec для экваториальной.
Далее можно с пульта или ручками тонкой настройки сдвинуть телескоп в нужном направлении на указанные величины, и объект покажется в поле зрения. Также можно корректировать наведение с помощью искателя или самого телескопа при переключении на окуляр перекидного зеркала (если оно у вас есть, а нет - советую купить на Алиэкпресс за 2.5 тр., спросите у меня подробности...)
Окно "Stack" настроек EAA-сессии шарового скопления М15.
Процесс EAA
Как только Вы навелись на объект и он виден в поле зрения, можно выбрать заранее заготовленный профиль съемки с нужной экспозицией, нажать "Stream" и перейти в окно "Stack" нажатием на кнопку с тремя полосками на панели инструментов.
В окне настройки съемки выберем в поле "Stacking" тип кадра "Deep Space object" (объект глубокого космоса), в поле "ObjectID" введем имя объекта съемки (например "M15)", если вы снимаете с камерой SV105 с экспозицией 1сек, можно в поле "Exposure Mpl" (умножитель экспозиции) задать коэффициент увеличения экспозиции, чтобы из коротких субэкпозиций получать более длинные (например, 8 для получения 8-секундных фреймов из 1-секундных), а после можем отметить при желании дополнительные опции постпроцессинга на лету - "Derotate" (устранения вращения поля), "Removeho pixels" (удаление горячих пикселей), "Remove gradient" (удаление градиента-неравномерности фона), "Remove satellites" (удаление треков спутников).
Во разделе настроек "Calibration" можно выбрать изготовленные мастер-кадры темнового тока в выпадающие списке "Darks" и кадры плоского поля в выпадающем списке "Flats" (если сделаны).
Если есть желание сохранять все захваченные кадры для последующей обработки серии снимков на ПК, можно также отметить галочкой поле "Save All Frames".
Когда все будет готово, можно нажать на кнопку "Start" для запуска процесса EAA-сложения на лету.
Окно порграммы OLS во время EAA-сессии съемки шарового скопления М15 в Пегасе. Сложено 30 кадров по 8 сек.
В ходе процесса программа начнет захватывать кадры с камеры, калибровать их, очищать от артефактов и неравномерности фона, затем складывать в стек один за другим, чтобы на экране картинка объекта стала все детальнее, контрастнее, ярче и чище от шумов. Справа внизу будут меняться три цифры. Левая показывает число сложенных кадров, вторая - число отброшенных из-за ошибки сложения, а третья - число пропущенных кадров из-за перегрузки устройства/камеры.
Окно программы OLS в режиме правки гистограммы во время EAA-сессии съемки Туманности Ориона М42.
Управление гистограммой
Чтобы сделать снимок ярче или наоборот темнее, можно нажать на кнопку с кривой "Гистограмма" и снять галочку "Auto". Средняя планка (вертикальная линия) на кривой будет менять ее яркости (чем левее - тем ярче), правая задавать границу самых ярких деталей объекта, а левая - границу самых темных (ею можно регулировать яркость фона и отображение самых тусклых деталей объекта. Нижние кнопки под кривой позволяют изменять ее отображение. К примеру, кнопка "All" покажет всю кривую, кнопка "Vis" покажет только видимую ее часть (ограниченную планками), а кнопки с цифрами поменяют позиции отображения и зуммриуют часть гистограммы около левой, средней и правой планок соответственно.
Окно программы OLS во время EAA-сессии съемки галактики М33 в Треугольнике. Сложено 63 кадра по 8 сек.
Как только картинка объекта станет настолько яркой и детальной, а также чистой от шумов, (обычно это будет 30-70 и более кадров в стеке), можно нажать на кнопку с дискеткой "Сохранение" чтобы сохранить результат.
Далее можно снова выбрать профиль для наведения и повторить наведение на следующий объект, а затем поменять профиль на съемочный, включить захват, ввести данные нового объекта в настройках "Stack" и запустить процесс EAA... И так далее, пока Вы не завершите наблюдения или не увидите, что смартфон/планшет почти разрядился.
Чтобы завершить захват с камеры и отключиться от нее, можно нажать на кнопку с перечеркнутой камерой.
Далее можно нажать на крестик справа и закрыть окно настроек съемки, а затем нажать на стрелочку влево интерфейса смартфона и на начальном экране программы нажать "Closе and exit" (закрыть и выйти).
Несколько результатов тестово EAA-сессии после постпроцессинга в Siril
Центр Туманности Ориона с Трапецией после небольшого постпроцессинга в Siril стека 70х8с в формате Astro-TIFF, полученного с камерой ZWO ASI 290MC, трубой C6N и монтировкой CG5-GT на Android-смартфоне Redmi 9T в приложении OpenLiveStacker в ночь с 7 на 8 октября на даче в Пущино, Чувашия в ходе теста приложения.
Снимок шароого скопления М15 в Пегасе после небольшого постпроцессинга в Siril стека 30х8с в формате Astro-TIFF, полученного с камерой ZWO ASI 290MC, трубой C6N и монтировкой CG5-GT на Android-смартфоне Redmi 9T в приложении OpenLiveStacker в ночь с 7 на 8 октября на даче в Пущино, Чувашия в ходе теста приложения.
Подведение итогов
В этой статье описаны подготовка оборудования к работе с программой OLS, настройка самой программы и базовый процесс EAA-наблюдений с ней.
Конечно, в отличие от недешевых смарт-телескопов и астрокомпьютера ZWO ASIAIR (фактически превращающего ваш телескоп в "смарт-телескоп"), а также SharpCap Pro на ПК, бесплатное Android-приложение OLS пока не может само наводить телескоп на объект и производить автофокусировку. Пожалуй, это два самых больших минуса приложения по сравнению с другими вариантами организации EAA.
Но два несомненных плюса этого приложения - мобильность и бесплатность делают его интересным инструментом для всех, кому не по карману смарт-телескоп, астрокомпьютер ASIAIR или подписка на SharpCap Pro.
В купе с перекидным зеркалом программа OLS позволяет объединить визуальную астрономию с электронной. Вы сможете сначала увидеть объект в телекоп глазом, а затем переключиться на астрокамеру и при помощи OLS запечатлеть объект с такой детализацией, каковая недоступна визуально и в телескоп с кратно большей апертурой. Обычно адепты EAA говорят, что оно как-бы утраивает апертуру телескопа. Такой вариант наблюдений будет полезен новичкам для изучения звездного неба и расположения интересных объектов на нем, а более опытным, не терять этих навыков с GoTo и автораспознаванием.
Сохраняя все исходные калибровочные кадры и кадры объектов можно будет затем попробовать обработать их в бесплатных программах, таких как DeepSkyStacker и Siril (я предпочитаю и советую вторую, как объединяющую в себе и калибровку со сложением, и постпроцессинг). К слову, все результаты съемки будут доступны в папке Android/media/org.openlivestacker/OpenLiveStacer в подпапках "Calibration" и "Stacked".
Скриншот программы X-plore в папке с результатами EAA-сессии в форматах JPG и TIFF.
Вы можете скопировать или отправить из папки "Stacket" стеки объектов в формате JPG на вашу страницу в соцсети и поделиться своими результатами наблюдений с коллегами и друзьями. Я использую для этого бесплатный файлменеджер X-plore и команду "Поделиться" из контекстного меню файлов.
Для желающих более подробно изучить работу с OLS, официальная авторская инструкция к программе на английском доступна по адресу: https://github.com/artyom-beilis/OpenLiveStacker/wiki/Open-Live-Stacker-Manual
Вы всегда можете задать мне вопросы в соцсети по адресу vk.com/ed_vazhorov, или на астрофорумах (я там присутствую под ником Ed_Vazhorov).
Желаю Вам чистого неба, незабываемых наблюдений и впечатляющих снимков!
Эдуард Важоров,
cпециально для магазина "Звездочет"
