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FOTOGRAFÍA LUNAR Y PLANETARIA CON WEBCAM

Una forma muy sencilla de adquirir los primeros conocimientos en astrofotografía digital es iniciándose con una webcam. Una webcam no es otra cosa que una cámara de videoconferencia, diseñada para la comunicación a través de Internet. Consiste en un pequeño chip fotosensible y un controlador que, instalado en tu ordenador, permite manejar fácilmente los distintos parámetros: tiempo de exposición de cada fotograma (o lo que es lo mismo, el número de imágenes por segundo), la ganancia, saturación, brillo, contraste, etc.

Salvando las distancias, funciona de forma similar a una cámara CCD astronómica (que también lleva un chip fotosensible, pero de mayor tamaño y calidad). Sin embargo, por su menor sensibilidad, limitación en el tiempo de exposición y ausencia de un sistema que refrigere el chip, la webcam está limitada a objetos celestes muy luminosos: la Luna, Venus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, estrellas brillantes (p.ej. sirve para fotografiar algunas dobles)... y poco más (hasta magnitud 6.5).

Para poder realizar este tipo de astrofotografía vas a necesitar una webcam, un ordenador portátil, y un telescopio (preferiblemente con motores de seguimiento, aunque no es indispensable).

 

¿Qué fotos podré llegar a hacer? Ejemplos

La calidad de las fotos dependerá de muchos factores

En Internet podéis hallar multitud de páginas personales donde los aficionados a la astrofotografía cuelgan sus mejores fotos. No puedo aquí relacionarlas a todas, así que simplemente os recomendaré una que a mi personalmente me ha gustado mucho: es la web Cel Urbà, de Jordi Ortega.

Foto de Jordi Ortega

Polo Norte lunar, por Jordi Ortega.

 

Elección de una buena Webcam

Cuando escribí este artículo (año 2007) las cámaras más apreciadas eran aquellas con chips CCD, en vez de las que tenían chips CMOS. Se usaban por ejemplo la Phillips SPC900NC, la Phillips ToUCam Pro, la Celestron Neximage, la Meade LPI, la Logitech QuickCam VC... Pero los avances de la técnica son tantos, que en el momento de leer este artículo puede que hayan aparecido cosas nuevas. Por eso te recomiendo informarte en algún foro.

 

Adaptación de la Webcam para uso astronómico

El primer paso será extraer la lente gran angular, lo que en algunos modelos es muy fácil porque esta va enroscada, mientras que en otros la lente se encuentra dentro de la carcasa. En este último caso deberemos desmontar cuidadosamente la cámara y extraer la lente. El segundo paso consiste en ajustar un adaptador que permita acoplar la cámara en el portaoculares del telescopio. Actualmente las tiendas especializadas ya disponen en sus catálogos de adaptadores para acoplar la webcam al telescopio. Pero si no queremos gastarnos los 20 Euros que suele costar uno de estos adaptadores, podemos emplear perfectamente un envase negro de carrete fotográfico. Lo cortamos para que no sea excesivamente largo y lo pegamos a la webcam, centrado y perpendicular al objetivo.

NOTA: los modelos Celestron Neximage o Meade LPI no precisan de estos pasos, pues ya están diseñadas para un uso astronómico.

Cada vez que coloquemos la cámara en el portaoculares del telescopio prestaremos especial atención a la orientación de esta. La horizontal coincidirá con el plano de la horizontal del tubo.

 

Captura de vídeos e imágenes

Dependiendo del tipo de webcam, el controlador instalado en el ordenador tendrá más o menos opciones. Los pasos a dar serán los siguientes:

1- Enfoca el telescopio hacia el astro brillante que quieres fotografiar.

2- Conecta la webcam al puerto USB de tu ordenador, y abre el programa controlador.

3- Quita el ocular del telescopio, y desliza la cámara en el espacio donde estaba el ocular.

4- Activaremos el modo automático. De esa forma el controlador modifica el tiempo de exposición, la ganancia, contraste, etc. a su aire. Nos servirá para distinguir en pantalla si el telescopio por muy desenfocado que esté apunta a algo.

Si con el modo "auto" no consigues ver nada, desactívalo, baja el número de fotogramas por segundo a 5, y sitúa la velocidad del obturador a 1/25 seg, y la ganancia al máximo. De este modo, con la mayor luminosidad, tendrías que ver algo.

5- En caso de éxito, procederemos a enfocar la imagen con el mando de enfoque del telescopio. Entonces desactivaremos el modo "auto", y pasaremos al modo manual.

6- Subiremos el número de fotogramas al máximo (30 fotogramas por segundo), y tocaremos la ganancia y la velocidad del obturador, todo con el objetivo de no tener una imagen saturada (demasiado brillante). Si el objeto es poco luminoso, se puede reducir el número de fotogramas por segundo, por ejemplo a 15.

7- Ahora efectuaremos un enfoque fino (con el mando de enfoque del telescopio). Un perfecto enfoque es clave para la calidad final de la foto. Para obtener el mejor enfoque, concéntrate en una zona de alto contraste del objeto. Intenta fijarte en pequeñas áreas tales como la sombra de una luna de Júpiter, o la división de Cassini en el anillo de Saturno.

8- Jugaremos con el contraste, brillo, ganancia, y velocidad del obturador, hasta obtener un color y textura óptimos. Es preferible que la imagen se vea algo oscura a que se vea brillante, porque no nos interesa para nada tener zonas sobrexpuestas.

9- Ahora ya podemos grabar varios videos, de 20 ó 25 segundos cada uno. Nuestra intención es obtener varias imágenes, que luego combinaremos para obtener una imagen promedio.

En realidad, cuantos más segundos grabemos más imágenes tendremos para promediar, aunque también mayor será el archivo (algunos programas no aceptan archivos de más de 1Gb). Sin embargo existe un límite: cuando estéis grabando un planeta, no interesa tener tantas imágenes que se empiece a notar la rotación del mismo. Por eso no se recomienda pasar de 90 segundos para Júpiter, 240 para Saturno, o 440 para Marte.

 

Tratamiento y obtención de imágenes promedio

En fotografía planetaria con webcam el video obtenido se separa en los múltiples fotogramas que lo componen, y se combinan todos esos fotogramas para extraer de él una única imagen promedio. Esa imagen tendrá una luminosidad similar a la de una imagen de larga exposición, pero su calidad será mucho mayor. ¿Y eso a qué es debido?. En una toma de larga exposición (por ejemplo de 30 segundos) el objeto celeste fotografiado se mueve a causa de la perturbación atmosférica y también de imperfecciones en el seguimiento del telescopio. Eso produce una imagen borrosa. A mayor tiempo de exposición obtendremos más luminosidad, pero menos nitidez. Sin embargo, durante el tratamiento de un video, antes de promediar, alinearemos todos los fotogramas, es decir, desplazaremos las imágenes de forma que encajen una debajo de otra. Con eso se evita la sensación de 'imagen movida'.

Otro paso previo fundamental consiste en ordenar los fotogramas en calidad o nitidez. De esa forma podemos excluir de la suma final los peores fotogramas, los que a la larga perjudicarían el resultado y bajan la media.

Una vez llegados a este punto, se promedian las tomas seleccionadas y ya casi tendremos la imagen definitiva. Faltará aplicarle filtros de resalte.

Todos estos pasos (separar los fotogramas, ordenarlos por calidad, alinearlos, y obtener una imagen promedio) se pueden dar fácilmente gracias a un programa de distribución gratuita llamado Registax.

Aquí podéis ver un breve tutorial de Registax 3.

Y aquí podéis descargar la última versión de Registax.

 

Aplicación de filtros

La imagen promedio es muy rica en detalles, y esos detalles se pueden resaltar sin temor a perder definición. Hay que tener en cuenta que cada pixel contiene la suma promediada de información de varios cientos de pixeles, y eso multiplica el número de bits por punto.

El filtro más adecuado para resalte se denomina 'Unsharp Mask'. Muchos programas de tratamiento de imágenes lo incluyen en sus opciones. Su efecto es parecido al creado cuando subimos el contraste, pero tiene poco que ver. El contraste actúa en todo el recuadro de la imagen con la misma intensidad, mientras que el efecto Unsharp crea una máscara con una réplica desenfocada de la imagen original, y las resta. Eso produce un enfoque muy logrado de la imagen.

La máscara Unsharp es parametrizable, de forma que la aplicaremos con mayor o menor intensidad, a nuestro gusto. Podemos jugar con tres variables, el radius, el strength, y el thershold. El radius es la anchura gaussiana con la que se va a desenfocar la réplica de la imagen. Cuanto mayor es el ratio más desenfocada quedará la máscara, y por tanto mayor resalte en la imagen. El threshold indica el umbral de brillo por encima del cual se va aplicar el efecto. Si un pixel no supera ese umbral se quedará como está. Conviene dejar este coeficiente a cero para que se aplique el efecto en toda la imagen. Y el strength es el número de veces que se va a efectuar la resta de la máscara sobre la imagen original. Esa resta, como hemos dicho, dará lugar a la imagen enfocada. Cuantas más restas mayor enfoque. Sin embargo, un uso excesivo de la máscara Unsharp (con radius y strength altos) produce efectos no deseados: la imagen pierde realismo y se asemeja más a un dibujo hecho al fresco. Desde aquí aconsejamos elegir los parámetros de una forma adecuada. La virtud está en el término medio.

El programa Registax tiene una herramienta, denominada Wavelet, que divide la imagen en varias capas, y permite aplicar la máscara Unsharp separadamente sobre cada una de las capas.

 

Fotografía lunar con Webcam

La Luna, por su tamaño aparente, no cabe en su totalidad en el campo de la webcam, por pequeño que sea nuestro telescopio. El juego de luces y sombras de los cráteres y otros accidentes puede proporcionar muchas horas de contemplación, e imágenes espectaculares. Los videos obtenidos por el procedimiento comentado también se pueden tratar para obtener una imagen promedio, aunque debido a la buena luminosidad que ofrece ya un fotograma, se aconseja seleccionar sólo unas poquitas tomas, las mejores. Incluso nos podríamos quedar con la mejor de todas sin promediar.

Una actividad muy interesante (sobre todo para los astrónomos aficionados amantes de los puzzles) consiste en recorrer de forma ordenada toda la superficie de la Luna, tomando imágenes de forma que no quede ningún rincón por fotografiar. Durante ese proceso, la ganancia, el contraste, brillo, velocidad del obturador, etc. han de permanecer fijos. Una vez hayamos terminado, vamos encajando una a una todas las fotos con un programa especializado de tratamiento de imágenes (p.ej. Photoshop, Paint Shop Pro, etc.). Los resultados son imágenes de gran tamaño de toda la Luna, que se pueden hacer en las distintas fases lunares.

Aquí podéis descargar un tutorial de cómo montar mosaicos con Photoshop CS (11 páginas; 1,71 Mb; necesario Acrobat Reader para abrirlo).

 

Cómo conseguir más aumentos

Tengo entendido (aunque no puedo asegurarlo al 100%) que la imagen que proporciona una webcam equivale a la que proporcionaría un ocular de 4,5mm montado en el telescopio. Si se quieren obtener más aumentos, tenemos dos posibilidades:

El máximo de aumentos a usar depende de la resolución de nuestro telescopio y del tamaño de los píxeles de la webcam. Generalmente se adapta la focal para que la resolución teórica del tubo abarque 2 pixeles en el sensor de la webcam (a esto lo llama "muestreo óptimo").


Resolución límite del telescopio (Pr): Es la capacidad que tiene el telescopio de separar detalles muy cercanos entre sí. Esta capacidad depende enteramente del diámetro del objetivo, pero tiene un límite impuesto por la atmósfera del cual no se puede bajar. Ese límite varía según las condiciones del seeing, pero normalmente es de 1º de arco, y en condiciones de buen seeing llega a 0,5 segundos de arco.

Pr=115/D

PODER DE RESOLUCIÓN = 115 / DIÁMETRO

Cuando el valor dé menos de 0,5 entonces consideraremos que el límite es 0,5.

 

Tamaño de los píxeles de la webcam (Tp): es un valor que normalmente nos lo da el fabricante. P.ej. en el caso de la Neximage es de 5,6 micras. Para usarlo en la fórmula debemos pasar el valor a milímetros: 1micra=0,001mm. En el caso de la Neximage: 5,6 micras=0,0056mm.

 

Ejemplo práctico: tengo un telescopio con 200mm de apertura y 2000mm de focal. Grabando vídeo con la Neximage, ¿puedo usar alguna Barlow para aumentar la imagen?

Poder de resolución: Pr=115/200=0,58

Para que la resolución del tubo abarque 2 píxeles en el sensor, a cada píxel le corresponden 0,58/2 =0,29 segundos de arco.

La focal necesaria para ello es:

(206264 x Tp ) / (Pr / 2)

En nuestro ejemplo: (206264 x 0,0056 ) / 0,29 = 3983 mm de focal. Puesto que nuestro telescopio tenía 2000mm de focal, podré usar una barlow x2. Por encima de esto (sobremuestreo), no obtendré más detalle sinó una imagen borrosa y oscura.

Nota: 206264 es un factor multiplicador para cambiar de grados a radianes. Viene de dividir el número de segundos de arco de una circunferencia entre 2 pi: 60*60*360/2/3,1416=206.264