HD-1080p INDUSTRIAL MICROSCOPE CAMERA - LIVE VIEW IMAGES FOR ASTRONOMY

Ottobre 2018 - Marzo 2020

Nei limiti delle umane cose, del tempo e di una non biblica conoscenza del mondo, ritengo però di avere, nel corso degli anni, avuto modo di vedere e usare una ampia serie di dispositivi elettronici dedicati in modo più o meno specifico all’astronomia amatoriale e caratterizzati dalla tecnologia “live view”. I dispositivi, insomma, che in un modo o nell’altro sono stati creati per mostrare su video (senza l’utilizzo di un pc dedicato) ciò che normalmente viene osservato attraverso l’oculare del telescopio.

Posseggo ancora la prima versione dell’ASTROVID 2000 (un rivoluzionario sistema che permetteva di vedere sulla televisione quello che il telescopio puntava) e ho avuto modo di usare le successive evoluzioni di pari nome ma anche le Minitron, o le Watec 120 (articolo su questo sito), così come alcuni oculari elettronici tra i quali il M.E.E. (articolo su questo sito).

Ho sempre avuto affezione per questi rudimentali sistemi (tra i quali la WATEC 120N+ spicca come punta di diamante dalle possibilità notevoli, purché oramai superate, ma proposta ad un prezzo che definire non competitivo è poco) ma li ho sempre potuti usare poco in quanto la loro rispondenza alle aspettative è sempre stata molto limitata e sottotono.

L’ultimo giocattolo di questo tipo, il M.E.E. (acronimo di Meade Electronic Eyepiece) con i suoi 320x240 pixel e una progettazione vecchia di un decennio, è stato poi piuttosto deludente.

Poiché però l’idea di fondo mi piace ho cercato sul mercato un dispositivo che, ad un prezzo accettabile per essere un “di più”, avesse sulla carta le caratteristiche utili a permettere di vedere qualcosa di decente sullo schermo e poterlo così condividere in modo non imbarazzante con moglie e figli.

Sembra però che ciò che viene commercializzato con velleità di impiego astronomico amatoriale subisca lievitazioni del prezzo reale oscillanti tra il 300% e il 400% appena passa dalle mani di qualche distributore.

Per trovare quindi gli “originali” non rimarchiate serve spostare l’indagine in altri campi, ad esempio quello industriale, dove si possono trovare strumenti eccezionali a prezzi molto competitivi. 

Solitamente queste telecamere (CMOS o CCD) richiedono operazioni post acquisto sia per quanto riguarda il loro hardware che il loro software e quindi, a meno che non si parti di oggetti di svariate migliaia di euro con caratteristiche particolari, il gioco non vale la candela. Se però si cerca bene qualcosa salta fuori e quello che ho trovato, dedicato alla ripresa delle immagini fornite dai microscopi, ha le caratteristiche di una camera superiore disponibili a prezzo di saldo: tra i 90 e i 100 euro per un CMOS a colori con pixel da circa 2,8 nm. nel considerevole numero di 1920x1080. Il tutto ad un frame rate fisso di 45 FPS. e con una scocca in alluminio bellissima e una serie interessante di uscite video e comandi manuali di gestione dei parametri di acquisizione. Per essere operativi serve spendere un'altra ventina di euro tra cavi e raccordi e poi almeno una sessantina per un video da 7 pollici di decente qualità, ma se già si dispone del viedeo il resto può passare al vaglio della coscienza con l'etichetta ammiccante di "esperimento low budget".

Dopo aver chiacchierato in introduzione entro nel merito della nuova camera CMOS arrivata che nasce, almeno da specifiche, per utilizzo sui microscopi con testa a tre uscite (due per la visione stereoscopica, uno per la fotografia di quanto osservato).

Si tratta di un CMOS a colori con risoluzione massima pari a 1920x1080 con pixel piuttosto piccoli e prossimi a 2,8 nm.

Un sensore di cui non si hanno indicazioni dall’importatore né sulla efficenza quantica né sulla qualità intrinseca ma che mostra, alla prova del “foglio bianco” una presenza quasi invisibile di pixel bacati.

La risoluzione può essere variata per adattarsi a quella del monitor di visualizzazione e scendere fino a 800x600 pixel.

Oltre al chip di rilevamento ciò che rende la camera interessante è la ampia gamma di regolazioni manuali disponibile che va dalla gestione del gain per singolo colore alla possibilità di variarne la risposta sui tre canali RGB separati e indipendenti con valori compresi tra 1 e 100, alla scelta della visualizzazione in negativo, ribaltata o invertita, all’impostazione della frequenza di uscita (50 o 60 Mhz), ma anche alla incredibile possibilità di attivare fino ad 8 linee verticali ed orizzontali da posizionarsi, pixel by pixel, sullo schermo (non male per le misurazioni stellari di doppie larghe ad esempio).

La dinamica appare, almeno al test diurno, convincente tanto che anche inquadrando soggetti a differente luminosità non si assiste a fenomeni di sbilanciamento o iper contrasto.

Ovviamente presenti le regolazioni manuali del contrasto e del gain generale oltre che del livello di luminosità restituito.

Si tratta quindi di un prodotto molto ben studiato che sarà divertente mettere alla prova sui soggetti astronomici classici per comprenderne la resa effettiva e la versatilità di impiego.

Rispetto a sensori molto più piccoli (ad esempio quello che equipaggia il Meade Electronic Eyepiece già testato su questo sito) il campo inquartato a parità di focale nativa del telescopio è decisamente più ampio e le dimensioni piccolissime dei pixel permettono di ottenere una risoluzione adeguata anche con i telescopi minori.

A queste qualità si aggiunge quella indispensabile di poter visualizzare le immagini direttamente su un monitor portatile senza ausilio di PC. Le uscite AV, VGA, CVBS, VIDEO e USB sono utilissime e si adattano quasi ad ogni dispositivo monitor.

La connessione al telescopio avviene con un adattatore a passo C per telecamera. Nessun cavo o adattatore è presente nella confezione quindi alla spesa iniziale vanno aggiunti almeno l’anello raccordo per C-MOUNT e un cavo AV con adattatori. Ovviamente compreso invece l’alimentatore/trasformatore dedicato (con cavo però piuttosto corto: 80 cm. - pochi a mio modesto parere…).

Un giudizio infine molto positivo sulla meccanica, interamente in alluminio anodizzato con un grado di finitura di ottimo livello ed esteticamente molto gradevole. Un oggetto, insomma, che sembra valere abbondantemente i sui 90/100 euro di costo.

Sopra (foto non dell'autore): viste della camera HD-1080p

Sotto: immagini di come la camera viene consegnata.

Il primo test, molto “casalingo” e improvvisato, è stato condotto in comparazione con il M.E.E. (Meade Electronic Eyepiece) usando un rifrattore Carton 60/360 puntando alcune foglie del giardino poste a circa 8 metri di distanza attraverso un vetro blindato… Un test quindi lontano dalla prassi corretta ma sufficiente per offrire le prime informazioni salienti.

Le differenze abissali con il M.E.E., se si fa eccezione per la visualizzazione a colori (il M.E.E. ha un sensore monocromatico), sono centrate sul campo inquadrato (molto più ampio con il sensore del HD-1080p) e sulla percezione dei dettagli che appare appartenente a due universi separati.

Il HD-1080p non ha infatti palesato scompensi di contrasto e ha saputo gestire in modo convincente le differenze di illuminazione fornendo una immagine bilanciata e piuttosto dettagliata. Per contrario il M.E.E. non ha saputo quasi mostrare le nervature del fogliame e anche la regolazione del gain non ha portato miglioramenti riducendo la dinamica in modo drastico e rendendo la visualizzazione inutilizzabile o quasi.

Per chiarezza riporto alcune immagini scattate sullo stesso soggetto che mostrano bene le differenze sopra descritte. Le fotografie sono ovviamente di qualità molto bassa essendo il risultato di immagini scattate con uno smartphone al piccolo video da 7 pollici di visualizzazione e quindi con un peggioramento notevole delle immagini originali fornite dai due dispositivi (HD-1080p e M.E.E.).

Come già avvenuto per il test sul M.E.E. (Meade Electronic Eyepiece) ho eletto strumento di benchmark il Vixen 80/910, già predisposto per lavorare con camere live view e dotato del video da 7 pollici a colori.

I test sono stati effettuati in una notte milanese di seeing scarso, tipica dell’inizio di autunno, con una lieve brezza e una trasparenza molto limitata (il cielo milanese è sempre bianco e la magnitudine limite visuale molto alta e non superiore alla 2° o 3°).

Le condizioni sono quindi volte non tanto a valutare quanto in “profondità” riesca ad andare la camera (anche perché il suo valore standard di 45 FPS la penalizza ovviamente in modo notevole quanto a magnitudine raggiungibile) ma quale sia la piacevolezza dell’immagine restituita, indipendentemente dal contrasto con il profondo cielo che resta basso a causa del forte inquinamento luminoso.

Per accertarmi della risposta della camera ho cominciato con il puntare una stella di primaria grandezza, Vega in questo caso, ed eseguire uno “star test” al sensore.

Con mia mezza sorpresa no notato che, come già avveniva con il M.E.E., la figura di diffrazione stellare appariva elongata, una sorta di cerchio un poco schiacciato a formare un ellissoide. L’effetto appariva identico sia in intra che extra focale con la differenza che in extra focale l’immagine appariva affetta da una sferica residua molto elevata. Il problema non è da ricercarsi nello strumento, il Vixen 80/910, che esibisce invece uno star test ottimo, ma nella tipologia credo dei pixel del sensore e nel vetrino di protezione del sensore che, evidentemente, introduce qualche tipo di aberrazione difficilmente comprensibile. La cosa particolare è che il difetto non varia a seconda né della rotazione della camera, né a seconda della posizione del sensore su cui “cade” l’immagine stellare.

Nonostante questo l’immagine tende a normalizzarsi man mano che ci si avvicina al fuoco e diventa quasi perfetta al fuoco preciso pur lasciando (e questo credo dipenda da una non perfetta ortogonalità meccanica) un alone di cromatica non simmetrico che si evidenzia aumentando il fattore di brightness sulla camera.

L’immagine di alcune doppie larghe come Albireo e Sheliak è comunque molto buona con una focalizzazione corretta e un ottimo contrasto tra un pixel e l’altro delimitando molto bene, anche ingrandendo le immagini scattate allo schermo, i pixel “saturati” da quelli no. Splendido poi il sistema di creazione di assi ortogonali che si possono spostare di pixel in pixel.

Nella visualizzazione delle stelle doppie luminose risulta molto utile la gestione manuale sia del contrasto che della luminosità che permette così, anche sotto cieli molto inquinati, di ottenere una immagine secca e precisa delle componenti.

Le immagini sopra e sotto sono state scattate con un telefonino riprendendo lo schermo del video di visualizzazione. La loro qualità è quindi molto bassa (c'è "mosso" dovuto allo scatto a mano) e le dominanti e i gradienti dipendono dalla inclinazione di scatto e sono ineliminabili. Diversamente l’immagine a schermo è bellissima e molto gratificante.

Sopra: la doppia ALBIREO. Sotto: la doppia SHELIAK. Immagini non in scala.

Ho poi anche provato la difficile DELTA CYGNI usando una barlow 4x e poi zoomando sul video con il telefonino per cercare di cogliere in fotografia la secondaria che si mostrava ovviamente meglio osservando il video da 7 pollici. Nonostante una immagine non ottimale sono riuscito a cogliere la debole compagna, un risultato più che lusinghiero per la camera usata e la foto singola allo schermo (foto sotto).

Il vero test, in mancanza dalla mia postazione della visibilità dei pianeti maggiori, si è basato sull’osservazione e visualizzazione a schermo del nostro satellite naturale. Quello che è emerso è una sostanziale godibilità della visione che, differentemente da quanto generato da una camera planetaria più consona, appare molto contrastato, con una dinamica inferiore ma con una maggiore "nettezza" dei dettagli. Questi sono, in realtà, meno numerosi e meno risolti ma la dinamica inferiore su dimensioni di immagine limitate rende una sensazione di visione molto nitida (che inganna ma che "funziona" nelle osszervazzioni per il pubblico).

In effetti osservare il nostro satellite su uno schermo da 10/12 pollici è emozionante, soprattutto quando il cielo è ancora chiaro e azzurro o blu, momenti in cui si assapora la sensazione di un corpo celeste sospeso e denso.

Quello che è semplice e funziona in automatico è però anche un limite importante. Se infatti volessimo "riprendere" la Luna ci accorgeremmo che la camera fatica a tenere il passo di una più normale cmos tradizionale soprattutto a livello di software. Sharpcap riconosce la Hd-1080p come "camera USB" e la gestisce ma le possibilità di intervento dell'utente sono limitate alla sola risoluzione in pixel. Non si può variare la singola esposizione né il gain relativo e questo la dice lunga... La camera tende a gestire autonomamente le zone sature di luce ma non fa miracoli e per non andare in sopraesposizione è necessario non avere aree di forte contrasto con medesima ampiezza. Quindi si deve lavorare a focali non corte così da avere "tanta superficie lunare" inquadrata. Saggi effettuati con un rifrattore "apo" 72/420 sono stati infruttuosi mentre un 80/720 sempre apocromatico ha permesso di lavorare motlo meglio. Il mosaico ottenuto da due pannelli da 500 frames sottostante è ottenuto proprio con questa configurazione la sera del 29/3/2020.

Sopra: mosaico di 2 pannelli da 500 frames cad. ripresi con la camerina in oggetto

e un Vixen 80/720 ED f9.

Nelle "osservazioni" astronomiche la camera lavora tendenzialmente a un frame rate compreso tra i 13 FPS e i 15 FPS ma è facile che scarti molti fotogrammi per sovrasaturazione e questo la porta ad un frame rate reale più basso (circa 8 FPS in media).

E' chiaro comprendere da questi dati la limitata possibilità di impiego in alta risoluzione dove però, con focali lunghe, la camera si lascia apprezzare per lavori estemporanei.

Altro limite, opposto, è caratterizzato dalla impossibilità, in modalità live ma anche di ripresa, di "allungare" i tempi di esposizione ottenendo così una sensibile visualizzazione degli oggetti del cielo profondo (un po' come invece avviane con la WATEC 120N e camere similari).

In realtà il problema è solamente software e un esperto elettronico non credo avrebbe grandi problemi a modificare la piccola camera e permetterle prestazioni più ampie.

Sopra: ingrandimento semplice senza ulteriori variazioni della fotografia precedente.

Sicuramente molto più performante del "vecchio" Meade Electronc Eyepiece la 1080 è, de facto, un cmos tradizionale la cui architetture di gestione lo rende però più adatto alla videosorveglianza che alla ripresa astronomica che richiede di potere intervenire su alcuni parametri che qui risultano preimpostati e fissati. Probabilmente un esperto elettronico saprebbe modificare lo strumento e adattarlo ma il costo limitato delle CMOS planetarie astronomiche oggi rende più conveniente e semplice indirizzarsi su una di queste. Resta una camerina ben fatta con un sensore pulito e impiegabile in modo facile quando risulta necessario, per motivi didattici, "proiettare su telefisore o schermo TV standard le immagini degli oggetti principali del sistema solare.