Журнал наблюдений покрытий звёзд астероидами

[1212Lupus]

Описание методики проверки задержек я не буду приводить -- кому захочется, стучитесь в личку. Скажу лишь, что все перечисленные методы мы испробовали за исключением видеосъёмки с титрованием меток времени.

А вот касательно методов фиксации моментов времени:

Звуковая фиксация срабатывания затвора

Одним из методов точной фиксации моментов времени начала и конца экспозиции является фиксация звуков затвора фотоаппарата на фоне меток времени.

а). На рис. pic1 показан один из вариантов такой фиксации. Динамик Д соединён с НЧ-выходом радиоприёмника сигналов РВМ. Сам динамик крепится к корпусу фотоаппарата таким образом, чтобы его корпус соприкасался с корпусом фотоаппарата – для улучшения распространения звука. Микрофон М соединяется с устройством записи звука (диктофон, ПК и т.д.). Микрофон и динамик крепятся к корпусу фотоаппарата, снаружи закрываются звукопоглощающей пластиной. Радиоприёмник посылает на динамик РВМ-сигналы, которые фиксирует микрофон. При начале и конце экспозиции фотоаппарат издаёт характерные щелчки затвора, которые фиксируются на звукозаписи в виде всплесков интенсивности звука на фоне меток РВМ (см. рис. pic2).
Такой метод имеет существенные недостатки, связанные с тем, что метки РВМ и звуки затвора накладываются друг на друга, кроме того не всегда возможно подобрать соизмеримый уровень интенсивности звуков затвора и РВМ-сигналов. Наличие блока преобразования звука «НЧ-выход приёмника --> динамик --> микрофон» могут значительно ухудшать качество записи.

б). Альтернативным вариантом является метод записи стереозвука, когда на один канал подаются метки РВМ, а не второй – звуки затвора от микрофона (см. рис. pic3). Этот метод удобнее тем, что взаимная интенсивность меток РВМ и звуков затвора не так важна, кроме того эти два сигнала не накладываются друг на друга, а разделены по разным каналам, что не мешает выполнять привязку к меткам.


Рис. pic1. Схема фиксации моментов начала и конца экспозиции на фоне меток времени РВМ. М – микрофон, Д – динамик, Ф – фотоаппарат (вид со стороны ЖКИ-экрана), RWM – радиоприёмник.

Рис. pic2. Временная развёртка звукозаписи срабатывания затвора фотоаппарата Canon 350D на фоне меток РВМ, сделанная в программе “AudaCity”. Вверху ось времени (в секундах).

Рис. pic3.Запись стереосигнала «РВМ+звуки затвора». L – левый канал звука, R – правый канал.

[1212Lupus]

Общим недостатком описанных двух методов является само использование РВМ-сигналов в качестве меток времени. РВМ-сигналы с периодом 1 с испускаются только с  10-й по 20-ю минуты и с 40-й по 50-ю минуты каждого часа. Метки частотой 10 Гц, как правило, более зашумленные и с ними тяжелее выполнять привязку. Тем не менее, метки РВМ не излучаются с начала часа до 10-й минуты и с 30-й до 40-й минуты каждого часа, т.е. 30% времени, что не всегда приемлемо при съёмке. Этого недостатка лишены методы звуковой фиксации на основе использования 1PPS-сигналов GPS-приёмника (см. рис. pic4).

в). Этот метод с использованием 1PPS-сигналов сходен с методом «а», изображённым на рис. pic3. 1PPS-выход GPS-приёмника соединяется с базой биполярного транзистора (см. рис. pic4). К коллектору и эмиттеру транзистора приложено постоянное напряжение, на которое рассчитан пьезокерамический излучатель BZ (“buzzer” в англоязычной литературе) и транзистор. Пока на базе транзистора не появится напряжение, транзистор заперт, и ток через BZ не течёт. С приходом 1PPS-сигнала транзистор открывается, и пьезокерамический излучатель начинает испускать характерные пищащие звуки длительностью, равной длительности 1PPS-сигнала. Громкость звука можно регулировать, если в цепь питания пьезокерамического излучателя вставить переменный резистор.
г). Часто бывает удобно регулировать не только уровень громкости меток времени, но и их частоту. Для этого можно использовать схему [часть схемы взята ОТСЮДА], изображённую на рис. pic5.
НЧ-генератор собран на основе таймера NE555. Уровень тона сигнала регулируется резистором R1 (чем больше сопротивление, тем ниже тон меток времени), громкость – резистором R2 (чем больше сопротивление, тем громче сигнал). Генератор запускается с приходом каждого 1PPS-сигнала. Наличие микросхемы приводит к большей задержке сигнала, чем при использовании одного транзистора, однако характерные времена срабатывания таймера лежат в пределе единиц микросекунд, что на 2-3 порядка меньше, чем точность, с которой можно произвести привязку звуковых сигналов к меткам точного времени.

Рассмотрим более подробно структуру записываемых звуков затвора фотоаппарата.
На рис. pic6 показана общая структура звуков затвора цифро-зеркального фотоаппарата Canon 350D в режиме преподнятия зеркала (запись и измерения параметров звуковых сигналов производилась в программе "AudaCity"). В этом режиме работа затвора при съёмке проходит следующим образом:
1. после нажатия кнопки спуска затвора фотоаппарат посылает сигнал на встроенный электромагнит и зеркало, перенаправляющее световой поток из объектива в видеоискатель фотоаппарата, подымается, освобождая путь для светового потока на матрицу;
2. после повторного нажатия кнопки спуска затвора непрозрачные шторки, закрывающие матрицу, открываются – с этого момента начинается экспозиция;
3. по окончании экспозиции (выставленные в настройках самого фотоаппарата или определяемая наблюдателем самостоятельно) шторки закрываются – экспозиция закончена;
4. зеркало автоматически возвращается в первоначальное положение;


Рис. pic4. Использование звукового пьезо-излучателя постоянного напряжения (BZ), запускаемого от 1PPS-сигнала GPS-приёмника.

Рис. pic5. Использование таймераNE555 для создания источника меток на основе 1PPS-сигналов с регулируемым уровнем громкости и частоты звучания.

Рис. pic6. Общая структура звуков затвора DSLR-камеры в режиме преподнятия зеркала. Вверху шкала времени в секундах.

[1212Lupus]

На рис. pic7 показана структура звука подъёма шторок. Начальный участок, возможно, связан с движением шторки, которое сменяется резким всплеском звука – удар шторки об опору, который постепенно затухает. Как видно, удар шторки проявляется довольно явно. Из проведённых экспериментов следует, что время открытия шторок затвора не превышает 5 мс.
На рис. pic8 показана структура звуков закрытия шторок и опускания зеркала фотоаппарата Canon 350D. Опять же отчётливо виден момент удара шторок об опору, за которым следует продолжительный звук опускания зеркала камеры.
Использование режима преподъёма зеркала предпочтительнее обычного режима (при котором шторки открываются автоматически сразу после подъёма зеркала), т.к довольно массивное зеркало создаёт заметные вибрации при своём подъёме, что может привести к размытию изображений звёзд – при преподъёме до открытия шторок вибрации успевают угаснуть за 3-5 с. Вибрации от подъёма лёгких шторок не оказывают влияния на изображение. Для исключения вибраций от нажатия кнопки спуска следует использовать дистанционный кабель с кнопкой спуска, подключаемый к камере.

Точность фиксации временной структуры звуковых сигналов в программе “AudaCity” составляет 1 мс. За счёт наличия шумов и осциллирующей структуры звуковых сигналов добиться большей точности фиксации начала и конца экспозиции на практике является проблематичным.
Методы звуковой фиксации неудобны тем, что весьма чувствительны к акустическим шумам, привязка начала и конца экспозиции к меткам времени требует записи и последующей обработки звукозаписи в специальных звуковых программах-редакторах. Тем не менее, метод позволяет фиксировать моменты начала и конца экспозиции с точностью до 1-2 мс с привязкой к точному времени.

Отдельно следует рассмотреть вопрос реальной длительности экспозиции при использовании предустановленных выдержек в меню DSLR-камер. Для примера рассмотрим цифро-зеркальный фотоаппарат Sony A200. На рис. pic9 показана гистограмма распределения реальных длительностей 10-секундный экспозиций, измеренная по звукам затвора на фоне меток времени 1 Гц в программе “AudaCity” по методике «а». Среднее значение равно 10,43+/-0,03 с. Для предустановленной выдержки в 30 с реальная длительность экспозиции составила 32,19+/-0,05 с.
Таким образом, реальная длительность экспозиции заметно отличается от предустановленной в настройках DSLR-камеры. Как видно, этот эффект проявляется тем заметнее, чем больше длительность выдержки.
Проведённые измерения показали, что реальная длительность экспозиции при предустановленной выдержке 1 с на DSLR-камерах не превышает 1 с более, чем на 5 мс.



Рис. pic7. Подробная структура звука поднятия шторок DSLR-камеры. Вверху шкала времени в секундах.

Рис. pic8. Структура звуков закрытия шторок и опускания зеркала DSLR-камеры. Вверху шкала времени в секундах.

Рис. pic9. Распределение длительностей предустановленных 10-секундных экспозиций DSLR-камеры Sony A200.

[1212Lupus]

Использование разъёма фотовспышки DSLR-камер

Методы определения моментов времени начала и конца экспозиции, описанные выше, на практике не очень удобны, особенно в плане обработки. Более удобные является метод использования разъёма фотовспышки DSLR-камер.
Разъём фотовспышки, размещённый на верхней поверхности корпуса камеры, позволяет определять моменты начала экспозиции с точностью не хуже 5 мс. Величина эта была измерена в ходе проведения следующего эксперимента (см. рис. pic10).
На измерительный стенд помещалась DSLR-камера (1) со снятым объективом. Напротив DSLR-камеры размещалась видеокамера VSC-751-USB (4) с объективом «Метеор 5-1» (5) (1,9/17-69) с изменяемым фокусным расстоянием от 17 мм до 69 мм. Расстояние между камерами и фокус подбирались таким образом, чтобы получить чёткое изображение области матрицы. Видеосигнал записывался на ПК, подсоединённый к камере (4). Светодиод (3) подсоединялся к источнику питания через разъём фотовспышки DSLR-камеры. Диод располагался в тени экрана (2) от внешнего источника освещения для увеличения контраста. Суть измерений сводилась к следующему: при спуске затвора шторка DSLR-камеры поднималась, и в этот же момент замыкался разъём фотовспышки – светодиод начинал светиться в течение всей длительности экспозиции. Основная задача состояла в измерении задержки между поднятием шторки и началом свечения светодиода. На рис. pic11 показаны фотографии основных блоков и узлов измерительной установки.
Для измерений камера VSC-751-USB (4) настраивалась на режим съёмки видео с частотой 200 кадров в секунду (разница во времени между кадрами 1/200 с = 5 мс). Затем записанный видеоролик подвергался раскадровке и анализу.  На рис. pic12 показаны два последовательных кадра видео-ролика, на которых видно, что светодиод начинает светиться не позже, чем через 5 мс после открытия шторки (для контроля факт открытия шторки отмечался по появлению на кадре светлой детали, находящейся позади шторки).
В ходе проведения многократных испытаний было выяснено, что не зависимо от значения предустановленной выдержки (1 с, 10 с, 30 с, бесконечная выдержка) разъём фотовспышки замыкается не позднее чем через 5 мс после открытия шторки. Определение этой задержки с большей точностью не представлялось возможным в силу технических ограничений видеокамеры VSC-751-USB.

Отдельно были проведены измерения реальной длительности экспозиции при предустановленной выдержке 1 с. Раскадровка записанных видео-записей и последующие измерения показали, что реальная выдержка в этом случае не превышала 1 с более чем на 5 мс.


Рис. pic10. Схема установки по измерению задержки времени между открытием шторки DSLR-камеры и замыканием разъёма фотовспышки. 1 – DSLR-камера Canon 350D, 2 – экран, 3 – светодиод, 4 – видеокамера VSC-751-USB, 5 – объектив «Метеор 5-1».

Рис. pic11. Основные блоки и узлы измерительной установки. 1 – разъём фотовспышки DSLR-камеры Canon 350D, 2 – металлический экран, 3 – светодиод, 4 – видеокамера VSC-751-USB, 5 – объектив «Метеор 5-1».

Рис. pic12. Последовательные кадры с разницей в 5 мс. Слева – шторка закрыта, сигнальный светодиод не светится. Справа – шторка поднята, диод светится.

[1212Lupus]

После этого был создан блок съёмки ИСЗ, схема которого показана на рис. pic13.
Для запуска секундомера используется один из методов из таблицы выше. Затем, при съёмке разъём меток времени секундомера соединяется с разъёмом фотовспышки DSLR-камеры при помощи специальной контактной пластины (см. рис. pic14) через плату преобразователя (при коротких выдержках ~ 1 c – см. рис. pic.15) и формирователя строба (рис. pic16). При начале экспозиции, в момент подъёма шторки камеры, контакты разъёма фотовспышки замыкаются, одновременно замыкая контакты разъёма меток времени секундомера – секундомер ставит метку времени.


Рис. pic13. Структура блока съёмки ИСЗ с фиксацией момента начала экспозиции. ФО – фотообъектив, Ф – фотоаппарат, С – секундомер, ПП – плата преобразователя.

Рис. pic14. Фотография контактной пластинки с секундомером (справа).

Рис. pic15. Плата преобразователя при кортких (~1 c) экспозициях.

[1212Lupus]

Рис. pic16. Плата формирователя строба.

[1212Lupus]

Теперь немного комментариев по плате преобразователя и формирователя строба.

Плата преобразователя -- это просто оптрон, который выполняет гальваническую развязку между секундомером (напряжение питания +1,5 В) и любым источником синхроимпульсов. Секундомер нельзя подключать к источнику импульсов -- при зажимании кнопки меток времени к контактам секундомера должно подводиться напряжение его питания (1,5 В). Оптрон выполняет роль ключа -- синхроимпульс замыкает транзистор, и контакты секундомера замыкаются. Одной этой платы достаточно при использовании коротких экспозиций (порядка 1 с) -- потому что реальная выдержка при предустановленной в фотике выдержке "1 с" равна 1 с +/- 5 мс. При бОльших выдержках -- всё хуже (см. рис. pic.9). В этом случае либо заранее проводится исследование разброса длительностей экспозиции и оценивается ошибка, либо применяется специальная плата -- формирователь строба. Почему так? Дело в том, что разъём фотовспышки фотоаппарата замыкается в течение ВСЕЙ экспозиции -- от начала и до конца. Секунжомер запускается по переднему фронту синхроимпульса. А по заднему метка не будет поставлена, и мы не узнаем время окончания экспозиции. Тогда и приходится использовать плату формирователя строба. Работает она следующим образом. На вход приходит наш импульс замыкания разъёма фотовспышки. По переднему фронту на выходе платы генерируется короткий сигнал, длительность которого задаётся значением R*С. После того, как розъём фотовспышки размыкается, по спаду импульса генерируется ещё один импульс (см. графики справа внизу на pic16). Длительность импульсов должна быть не менее 20-30 мс. Плата формирователя строба пока не испытывалась -- в ближайшее время будем делать и тестировать.

Вот, в целом, что получается.

Итого: съёмка ИСЗ и покрытий при использовании GPS-приёмника с 1PPS-выходом методом дрейф-скана можно проводить с точностью, не хуже 5 мс.

[SERIV]

Виталий, очень любопытно!!! А вот какая точность при наблюдении покрытий с видеокамерой? И вопрос такой. Как мне "внедрить" отображение времени в видеокадры? Время на компе синхронизированное с сервером точного времени в  Познани (Польша).

[1212Lupus]

Иван, если брать цифровую камеру, типа QHY5, то точность будет, в лучшем случае, порядка 50 мс (см. ТУТ) -- примерно, как стандартная задержка Windows. Добиться большеё точности для цифрового видео под Windows не получится. Вставлять титры времени нужно в аналоговый видео-сигнал (охранка) -- такое устройство стоит порядка $250 с доставкой в Минск. Более простой вариант -- использовать дрейф-скан с цифрозеркалкой.

[xd]

Правильно приготовленная Windows даёт задержки куда меньше, чем 50 мс. Обычным мультимедийным таймером я добивался временного разрешения порядка 1 мс. Только, увы, научился делать это не так давно...

[Serj]

Правильно приготовленная Windows даёт задержки куда меньше, чем 50 мс. Обычным мультимедийным таймером я добивался временного разрешения порядка 1 мс.

Тут дело скорее не в точности мультимедийных таймеров, а в непредсказуемых задержках в камере, интерфейсе, программном обеспечении.

Добиться большеё точности для цифрового видео под Windows не получится. Вставлять титры времени нужно в аналоговый видео-сигнал (охранка)

Получится, только нужна правильная камера - со строб-выходом. Например такая: Новые кандидаты в планетные камеры - Basler, серия ACE. Сигнал строба с высокой точностью позволяет определить начало и конец экспонирования каждого кадра. Для начала можно воспользоваться вашим методом - на один канал записать сигнал 1PPS, а на другой - строб, и затем анализировать. Удобнее, конечно, если бы было устройство, позволяющее определять время и записывать его последовательно в текстовый файлик.

[ctac]

Новость: зафиксировано покрытие карликовой планетой (136199) Eris!
http://www.spaceobs.com/perso/recherche/Eris/
http://asteroidoccultation.com/2010_11/1106_136199_25892.htm

Возможно, что эти наблюдения указывают на меньший размер Eris чем Плутона:
 http://www.skyandtelescope.com/news/106861063.html

Тут: http://tech.groups.yahoo.com/group/mpml/message/24551 и далее идет обсуждение этого вопроса.

[Иван С. Брюханов]

Новость: зафиксировано покрытие карликовой планетой (136199) Eris!

ЗдОрово  

[Roman K.]

Новость: зафиксировано покрытие карликовой планетой (136199) Eris!
http://www.spaceobs.com/perso/recherche/Eris/
http://asteroidoccultation.com/2010_11/1106_136199_25892.htm

Впечатляюще, спасибо!

нам бы такую...   

in front of a 17th-magnitude star in north-central Cetus

[andyp]

Покрытия в Москве и Подмосковье в январе 2011.
Обратите внимание на покрытие 144 Vibilia 25 января.

[Гуреев Александр]

Покрытия в Москве и Подмосковье в январе 2011.
Обратите внимание на покрытие 144 Vibilia 25 января.

Жаль, погоды похоже не будет. 

[Kirill Grishin]

Спасибо. Карта расчётной полосы покрытия звезды 9.8^m астероидом 144 Vibilia:

http://asteroidoccultation.com/2011_01/0125_144_23452.htm

Расскажите пожалуйста, где вы берёте или где делаете такие карты(подозреваю в Google Earth, но как?)?

[Artom]

Расскажите пожалуйста, где вы берёте или где делаете такие карты(подозреваю в Google Earth, но как?)?

Устанавливай прогу и тоже сможешь делать
http://hristopavlov.net/OccultWatcher/OccultWatcher.html

[Kirill Grishin]

Спасибо!

[Artom]

Спасибо!

Там всё интуитивно понятно, думаю, разберёшься!)
Из каналов, наверное, лучше всего выбирать только IOTA. EAON хоть и даёт какой-то вклад, но не сравнимый всё-таки...