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发表于 2008-7-25 22:58
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http://doc.forastro.com/photo-guide/view-504-1.html
星空下的天文摄影[收藏] [网摘] [编辑]
（作者：周熠君 授权星友空间站刊发，请勿转载。）
相信现在很少会有人去仰望星空了，蛰居城市丛林的人们，天上的星空或许早已变得陌生而遥远。一幢幢高楼大厦、一片片流光溢彩，头顶并不广袤的一小块蓝天都被淹没在灰蒙蒙的钢筋水泥和都市尘埃中，那片在童年夏夜乘凉时令人遐想的星空，正逐渐消失在光怪陆离的城市灯光中。
据说国外某些城市是有条律来保护星空的，规定街灯的光线不能直接照向天空，保护夜空的黑暗不被人为破坏，这是个一举多得的方法，通过灯罩的遮挡，将射向天空的光线全部反射回地面，充分利用了照明，是个行之有效的节能措施，同时也为居民的晚间休息提供了舒适环境，不再为亮如白昼的夜晚而导致人体生物钟紊乱，黑暗的夜空，更容易看到星星闪烁，这是一种亲近自然，保护自然的人性化举措。在国内，恐怕还是个遥远的认识问题，我们还在大张旗鼓搞城市亮化的同时，又有多少地区闹严重的电荒、油荒… …大量无谓的能源在浪费流走，我们失去了宁静的夜晚，失去了自然的面貌，星空，作为一种自然资源，它曾在古代带给我们多少启发，多少成就和遐想… …
不论是专业的天文机构，还是业余的天文爱好者，都视灯光污染为最头疼的事，大部分的城市追星一族，想在附近找一块黑暗的观测场所，简直成了“不可能的任务”，即使离开市区几十公里，依然看到城市上空红彤彤的余辉淹没了黯淡的星光，在为光污染深恶痛绝时，我们也总是无奈于社会的发展，给大自然带来了无数的破坏与污染。
现代的天文观测，在享受高科技带来的便捷外，也被污染的环境逐渐包围，一些较早建立的天文台，因城市的不断发展而逐渐失去作用，仅成为一个参观的场所。当时发展起来的天文摄影，也是一门高深莫测的技术，那些令人叹为观止的瑰丽图片，都是由非常专业的设备所拍摄的。随着科技的民用化，尤其是数码的普及，天文摄影不再是一件遥不可及的事，现在世界上一些资深爱好者拍摄的天体，竟可媲美甚至超越当时专业机构的图片！
光线之于摄影师，就如画笔之于艺术家，没有了光线的塑造，如巧妇难为无米之炊，在天文摄影的某些领域看来，就象是一场与光线作较量的过程。天体大多都很黯淡，需要很长的曝光和高感光度来捕捉。天文摄影终究还是与众不同，多数时候，总是在漆黑的夜里摸索着，他们一方面在躲避周围的光线，找寻最黑暗的场所，一方面又在追求光线，探寻着宇宙深处的神秘光芒。
天文摄影的范畴很大，因拍摄内容的不同而有很多分支，从本人爱好者的摄影角度出发，将它分成了两大类：固定摄影和跟踪摄影。
固定摄影以拍摄大范围的星空为主，如曝光长达几十分钟乃至几小时的星流迹照片，或几秒到几分钟的星野照片。对摄影设备的要求相对较低，但具有多变的创作类型和丰富的表现手法，将星空与地面景物结合，达到一种特殊的审美角度。也有人认为固定摄影更多表达的是风景摄影，这也没有问题，只要喜欢，怎么做都可以。
星野照片一般只要具有手动曝光功能的普通数码相机(DC)即能实现，即拍即看，外形小巧，LCD屏幕较大，取景快速，携带方便，是最为简单的一种相机了。再配备一个稳固的三脚架，相机设为手动档，以几十秒的曝光时间一般就能得到。笔者使用的一款Nikon4500相机最长曝光时间可以达到5分钟， ISO最高800，含有多种手动设置模式，并可以打开降噪功能，大大降低了高ISO和长时间曝光引起的噪点，机身和镜头可以前后旋转，对于取景非常方便，是一个比较特别的功能。尤其是镜头含有28mm的内螺纹，可以通过接圈与天文望远镜的目镜相连接，以拍摄更多的黯淡天体，在业余天文摄影界里是一款非常受推崇的DC。
《湖光月色》、《水木伴月》就是笔者用Nikon4500拍摄的，后者拍摄时间为2003年9月25日凌晨4时左右，在城市郊区的一座小山上，ISO400，曝光约10秒。残月右方就是难得一见的水星，上方为木星和狮子座。
大部分消费型 DC在长时间曝光后的画面上往往噪点很严重，时间长的话更是惨不忍睹。因此最好还是数码单反相机(DSLR)，像素高，噪点小，通过更换镜头方便拍摄不同的场景，即拍即现，及时调整，因为大多星空照片是无法直接测光得到的，所以需要多次的拍摄和调整。数码单反相机存贮格式一般含有TIFF，是标准的无压缩图像格式，若是RAW可以保留原始的丰富信息，便于更多的后期处理，但这两者的文件都很大，比较占空间，一般在要求不是很高的情况下，均可以采用JPG格式，属于一种比较普及的压缩图像存储方法。DSLR一般都含有RAW, TIFF和JPG三种常用格式，而DC一般只包含JPG。也有高手对Nikon4500进行了软件更新，使得它可以具有RAW存储功能。
?Canon300D是一款比较早期的数码单反，感光元件为3024×2016分辨率的CMOS，630万像素。《古城星空》就是于2006年6月20日在湖南凤凰拍摄的，当地空气清新，午夜时分，灯火已经不那么明亮，由Canon300D拍摄，ISO400，光圈2.8，曝光30秒，拍摄过程中采用手动遮挡地面灯光，以减少强光对比，突现星空。存储RAW格式，后期通过PhotoshopCS2处理。
在图像处理行业看来，后期的处理是一个洗片的过程，结合图像软件的应用，其中的复杂程度可以写上厚厚一本书。天文摄影领域中，就是为了记录和提取最为丰富的细节，在保留原有真实信息的基础上，尽量提高信噪比，但不是无中生有，不作美学上的大副修饰，这是天文图像处理过程中所避讳的。
以现今流行的数码单反效果来看，在色彩还原和曝光宽容度上似乎还不能跟专业的反转片相比，也有一些挚爱者，依然对胶片一往情深，不论是在星野摄影，还是跟踪摄影，甚至在深空摄影领域，都坚持着以胶片去记录。这就意味着要比数码摄影付出更多的汗水和代价，但最终的成绩也是我们所赞叹的，那些细腻的色彩和丰富的层次，要比数码感觉更为自然贴切。在星野摄影里，最重要的是数码单反还不适宜作长时间的曝光，那些一道道弧形的星流迹则是胶片单反相机的拍摄强项，动辄几小时的曝光记录下了星空运转的轨迹，这是数码无法匹敌的，虽然也有B门，但我想没有人会不心痛去曝光几小时。
拍摄星流迹是属于比较容易出效果的一种，胶卷以选用反转片为宜，颗粒细腻，层次丰富，要比普通负片效果好很多。关键是需要一个晴朗无云的夜晚，最好不要有明亮月光的干扰，否则在曝光几小时后的底片上，可能就是一片灰白了。如果是一个比较开阔的场地，可以对准北极星，让星空画出一道道美丽的圆弧线，配上合适的前景，就是一幅很特别的画面。光圈在最大值下收缩二三挡，减少各类像差和避免过粗的星迹，快门时间设置为B门，用快门线控制并锁住，将镜头手动对至无限远，不要用自动对焦，拍摄星空这是不起作用的，曝光开始后尽量避免人员在周围走动，漆黑的夜里，很容易引起不小心的碰撞或抖动，不然两三个小时的精力就白花了！
在野外整夜的拍摄中，镜头和机身往往会容易结露，不知不觉中造成拍摄任务的失败，最好是用比较长的遮光罩，这是最简便的防露方法，或在相机上方撑把伞，也有人用吹风机和电热丝加热镜头的，但这在曝光途中是需要很小心的，不要影响了拍摄。一定要采用坚实的三脚架固定相机，地面若是草地或泥泞地区，则可以用石块或其他重物压住，
星野摄影是一个可以充分发挥创造力的领域，星星成了摄影者的画笔。有时，淡淡的月光也是有利因素，它可以照亮山脉或树木丛林，使景物不再是单一的黑色剪影，更增添画面层次感。也可以在曝光途中，使用手电筒照射前景，或用汽车灯短暂照射一下，起到补光的作用，将会有更别样的效果。
跟踪摄影与固定摄影最不同的地方，就是增加了一台赤道仪，这是天文摄影里面最具特征的一台仪器，一套标准配置的天文摄影系统由望远镜、赤道仪、脚架和拍摄系统等大体部件组成。
赤道仪的主要目的就是为了克服地球自转的影响，追踪星体使其保持在视野中，我们知道，星空东升西落的现象就是由于地球自转而引起的，地球由西向东自转， 24小时转360度，我们只要设计一个装置让望远镜转动的速度和地球一样，而方向则是由东向西，抵消地球自转，这就是赤道仪的原理。
赤道仪使用时首先要将极轴对准北天极，让赤经轴与地球自转轴相平行。北天极在哪里呢？居住在北半球的人们就很幸运了，我们熟悉的北极星就在北天极附近，而且是很近，如果对于短时间的跟踪拍摄，而且精度要求不很高的话，使用赤道仪内的极轴镜和刻画板就可以大致对准了。如何精确对准北天极，是一个很麻烦和考验技术的过程，熟练的老手，几分钟就可以精确对好，这对于较长时间的跟踪拍摄是非常重要的。校准完毕后，望远镜对向任何的星星，打开跟踪电源，赤纬轴都不用再调整，只需要让望远镜在赤经（或称时角）方向按星星的行进速度匀速转动，就可以一直保持在望远镜的视野内，速度就是24小时转动360度（地球每天自转一圈的速度），这就是所谓的自动跟踪。
赤道仪种类繁多，最常见的有：德式赤道仪、叉臂式赤道仪、英式（框架式）赤道仪及马蹄式赤道仪等。德式赤道仪及叉臂式赤道仪是目前业余天文界最常使用的赤道仪架台，方便操作、容易移动，英式赤道仪已几乎看不到使用者了，它只能用在固定的天文台内，现在只剩极少部份小型的太阳望远镜还用这种赤道仪。至于马蹄式赤道仪只用在大型天文台的望远镜上，如著名的美国帕洛马山海尔天文台5m望远镜。
?随着电子技术的发展，现在配备高级智能控制的赤道仪也是越来越多，通过人机对话，在十几万个天体数据中选择一个可以观测的目标，即可随心所欲地使望远镜快速运行到指定位置，轻松便捷，能在有限的时间内观测更多的星体，如日本Vixen(威信)公司的SkySensor、Starbook等赤道仪控制器系列；南京IDEA艾迪尔公司最新研制的Gotostar自动寻星双轴电驱系统是国内具有自主知识产权的产品；有使用地平的赤道仪，通过控制器也能作跟踪的叉臂式赤道仪，如美国MEADE(美德)公司的Autostar控制器/赤道仪系列和Celestron公司的Nexstar控制器/赤道仪系列等，这些都是爱好者较为常见的产品。全球生产的赤道仪和控制器种类比较繁多，另外还有一些知名赤道仪生产厂家如日本TAKAHASHI(高桥)公司、美国AP、 LOSMANDY公司，台湾景德光学William Optics等。
配备赤道仪后，最简便的拍摄方法就是在上面直接架设照相机，用广角镜头可以拍摄银河、星座等大范围的天空，由于使用了跟踪设备，理想情况下拍摄的星点都是圆的，所以在长时间的曝光下，可以拍到更暗的星星，一些平时看不清楚的暗星都被记录下来。如果选用高感光度，而快门时间并不长，就可以得到一张既体现灿烂星空，而地面景物也比较清晰的照片。如果曝光时间过长，会因为赤道仪的运转而导致地面景物模糊。在天球的每一个地方，星星运转的速率是不一样的，越靠近天极，相对于越靠近天球赤道的星星在单位时间内走过的路就越短，而在南北两极的星星则不动，这在一些圆弧形的星流迹照片中看起来一目了然。这种含有前景的星空跟踪摄影比起单纯的拍摄星空更具有美感，增添了画面的欣赏乐趣。
发挥赤道仪最大的功能，就是将照相机接上望远镜，让大口径和长焦距来代替相机镜头。这里有很多种方法，一是保留望远镜的目镜，直接将照相机接上，称为无焦点摄影，如Nikon4500前端的螺纹口通过一只转接圈旋在目镜后，可以通过更换不同焦距的目镜而变换整体倍率，低倍率目镜适合拍摄日/月面大区域，比较明亮的星团等，高倍率目镜可以尝试拍摄大行星和日/月面细节。其中的组合焦距F值可以通过简单的公式得知：F=F1÷F2 ×F3(F1为物镜焦距，F2为目镜焦距，F3为相机焦距)。也就是望远镜的倍率乘以相机焦距。如一折射望远镜物镜焦距为600mm，目镜焦距20mm，放大倍率就是30倍，相机镜头焦距为30mm，则整体的组合焦距就是相当于一支900mm的长镜头。一般的DC都含有光学变焦和数码变焦功能，所以可以很方便的变换倍率拍摄不同的题材。整体组合一般在低倍率的情况下，相机的暗角现象会比较明显，可以增大光学变焦而消除。数码变焦是强制性的图片放大，而无法提升解析度，因此不推荐使用。
由于此种方法在目镜端有较多的设备，增加了重量，所以务必要选用牢固的连接装置，对焦完毕后锁紧调焦座，保持望远镜与相机的光轴中心线一致，减少成像品质的损失。
这张上弦月采用Celestron 9.25折反射镜子拍摄，口径235mm，焦距2350mm，PL25mm目镜，相机为Nikon4500，一个局部一个局部的拍摄，共十七张照片，再在 Photoshop中合成起来。拍摄时保留近1/3的重叠区域，万一漏拍了再去补是不可能的了，月相的变化和运行轨迹会导致后期根本无法吻合。
无焦点摄影由于在望远镜物镜和感光元件(胶片、CCD或CMOS等)之间存在着目镜、相机镜头，有时还会增加天顶镜或巴罗镜等光学元件，使光线通过了更多的折射和镜面反射，损失比较大，相对来说难以得到精密的成像，另有一种方法是目镜投影放XX，除去相机镜头，通过一根延长管将机身接在目镜后，这种方法类似正像镜的光学结构，但是因为要装相机，容易有连接不稳固的问题。目镜与CCD或底片距离越大，倍数就越高，但也越不稳定。以前拍行星有时因为星像实在太小，会用目镜投影法来拍摄，但这大多是以前用胶片相机所用到的，现在是很少了。
天文摄影中能发挥最佳成像品质的就是直焦摄影了，就是把除去镜头的相机直接连上望远镜，也不要目镜，在物镜及相机之间不加任何光学元件，其实就是以望远镜的物镜代替了相机镜头，相当于一个大口径、长焦距的定焦镜头，可以加进减焦镜或增焦镜(巴罗镜Barlow)，来变换焦距以达到不同大小的视场。
直焦摄影是很考验整体仪器素质的，尤其是望远镜和赤道仪。因为所针对的天体都是又小又暗的，所以曝光常常需要几分钟以上，甚至一、二个小时。在这么长的曝光时间中，赤道仪性能的优劣对照片品质有极大的影响，也直接关系到摄影者的体力。在直焦摄影中，又有两种拍摄场景，一是针对太阳、月亮和大行星等明亮天体的拍摄，另一种是针对亮度比较暗淡而视面比较弥散的深空摄影。
高精度行星/月面摄影：以前数码技术不普及的时候，拍摄月面细节或大行星都是采用目镜投影放XX，太阳或月面问题还不大，拍摄行星就很困难了，基本也是一团糊。行星的视圆面大多数都很小，在几角秒到几十角秒之间，在经过高倍率的放大后，成像往往很暗，而且受大气抖动的影响，还有整体拍摄器材的稳定性，都是比较难以克服的。
近几年随着网络摄像头Webcam的出现，尤其是PHILIPS公司的一款ToUcam，因其众多的手动设置和灵敏的CCD芯片，几乎成了业余行星摄影的必备工具。它除了可以拍摄定格照片外，还可以拍摄AVI格式的短片。除有从每秒5帧到每秒60帧的7档帧率设置，还有亮度、Gamma值和饱和度的图像设定，也可手动设定快门速度和增益，甚至比较重要的白平衡也可以手动调节。虽然ToUcam还可以捕捉音频，但对于天文摄影来说，是毫无用处甚至有反作用的，在后期的软件处理中，会因为音频的录入而令处理无法进行，因此我们必须将录音功能关闭。使用时旋下黄色的镜头，并另行配置一只适配器，一端旋进 ToUcam镜头螺孔，一端接1.25"（31.7mm)的望远镜目镜口。此时的ToUcam就是以望远镜为镜头直接成像的，由于光线在物镜和CCD之间没有其它镜片的折射损失，可以得到最为清晰的图象。同样，如果焦距不够长，也可以再加进不同倍率的巴罗镜(Barlow)以提高放大率。为了减轻不必要的重量和加强稳定度，去掉ToUcam的支架，将USB接口与计算机相连，利用拍摄软件，在屏幕上观看并调节望远镜焦距最清晰即可。
与前面所说的摄影不同，ToUcam拍摄的是视频文件，不是一次成像就可以用的，它在天文摄影的应用，充分发挥了与计算机的紧密关系，通过后期的软件处理，将拍摄的视频文件施以挑选、排列、对齐、叠加、锐化等处理步骤，得到比原始单帧文件清晰得多的影像。它在单位时间内获取的图片数量远远超过以静态拍摄的数码相机，这对于高倍率拍摄行星的细节是非常重要的，因为行星摄影的大敌——大气宁静度(Seeing)的扰动令图片被扭曲变形,尤其是在高倍率的情况下,如果大气湍动厉害，天体就象泡在沸水里一样，难以得到清晰的图像。通过连续拍摄得到的成百上千张图片，可以在计算机中加以挑选，去除质量不好的单帧，以提升质量。当今世界上高水平的月球、行星照片很多都是使用Webcam拍摄的。
如何战胜平时看来无关紧要的大气抖动，在这里变成了一件头等大事。我们看到星星眨眼的情况，往往是大气宁静度比较差的，空气象一个不稳定的滤镜，望远镜中看到的星星就象在水里沸腾一样，遇到这个糟糕的天气，想拍摄行星细节的计划就只能放弃。这些都是自然因素，非人为所能控制，但影响宁静度的，还有场地的选择，如白天被阳光炙烤的水泥地面，到了晚上往往与周围温度不一致，导致地面空气流动不止，应尽量避免选择这些地方，而一大片的草地则是绝佳的场所。甚至电脑散发的热量都会影响气流，以及人员尽量不要在望远镜指向的迎风面，拍摄过程中，来回走动也是影响拍摄稳定性的一个因素。
这两张月面局部就是由ToUcam 740k配合国产152/1200双分离折射以及3倍(Barlow)镜拍摄的。
天文摄影中，准确的对焦变的非常不容易，尤其在高倍行星摄影中，往往花上几十分钟甚至个把小时的时间去对焦也是常事，不断的大气扰动会使人疑惑没有准确对好焦点，常常需要反复的调节，反复的判断。我给本人的Celestron 9.25折反射望远镜DIY了一个电动调焦座，取代手动，对焦过程既变得非常细致，又解决了折反射望远镜在调焦时的星像漂移问题。还有人想出一些点子，制作一个挖孔的对焦板放在物镜前来提高对焦准确度，甚至还有专门的对焦器用来辅助调节。
深空摄影是天文摄影里最具挑战性的领域，不论是对于器材的要求还是其它综合的因素，换言之，是最“劳民伤财”的，它的拍摄目标大多是肉眼无法看清的深空天体，如星云、星团和星系等。
优秀的深空摄影，也要有优秀的器材为后盾。一具跟踪精准的赤道仪、一支光学性能优良的望远镜、一个灵敏的成像系统(胶片单反或数码单反甚至专业冷冻CCD)、一套导星设备等，众多的外围装备都是一笔不小的开支。
胶片相机在整个拍摄系统中，可能是最廉价的一部分，不过大底片的相机又另当别论，更多的人是选用了数码单反，毕竟是一件可以日用的“生活用品”，即使不做天文摄影，也可以作为日常使用。现在有高要求的爱好者开始购置冷冻CCD，效果要比数码单反好，但彩色CCD又不如黑白CCD敏感，而且成像细腻，如要彩色的最终版面，需要加进RGB滤镜分别拍摄三次，最后用软件合成，其中难度可想而知。
在长达几分钟至几小时的连续跟踪拍摄中，都不允许有明显的误差发生，这就要求了赤道仪的良好跟踪性能、灵敏快捷的控制系统。导星系统负责监视赤道仪的跟踪，从而决定是否进行修正，一般包含一个导星云台、一支导星望远镜和一个导星监视器。
导星方法有手动和自动两种，前者完全由拍摄者完成，在打开快门后，便开始在导星目镜后面监视，通过控制器适当修正赤道仪的跟踪，这是一个痛苦的过程，在几十分钟和几小时的曝光过程中，都必须牢牢盯住及时调整，简直是象百毒不倾、稳如泰山般的铁人，做到这一步的高手都是我们所敬仰的。
现在自动导星技术开始日益流行，国外专业的自动导星设备都是天价，非常昂贵，国内有某些喜欢钻研的爱好者，也探索出了一些导星方法。基本原理就是用一摄像头接在导星镜后面，将被导星画面输送到计算机里，就象拍摄行星一样，运用专门的软件监视和计算赤道仪运转情况，发现超出一定误差后，软件再通过电脑端口自行控制赤道仪，从而达到自动导星的目的。深空摄影最讲究的就是精确的跟踪，得到浑圆的星点是对拍摄者辛苦跟踪的最好报答。
精确的对焦同样是整个工作的基础，即使有最好的跟踪，如果因对焦不准，导致星点肥大，细节损失，是很遗憾的。用肉眼直接在相机对焦屏上判断，精度是最低的，所以单反相机一般会配备一个直角取景器，含有1X和2X放大率，可以大大提高精度，但即使这样，仍然会有不够精确的程度，保险的方法是先拍摄一张，然后输入电脑，即时检查。反复的试验后，如果看到又细又圆的星点，往往是欣喜若狂的。
M31和M42都是笔者于2005年圣诞节前夕拍摄的，器材是Celestron 80ED接Canon300D直焦拍摄，Vixen GPD赤道仪，SkySensor2000PC控制器，无导星，由多张不同曝光时间的照片合成。
由于深空天体不象行星、月球一样，可以在城市里拍摄，绝大部分是肉眼观测不到的，大凡天文摄影，最需要的还是一片璀璨的星空，没有理想的观测场所，一切都是枉然。然而在这个社会，寻找一个尽可能黑暗的场地，已经非常不容易了，尤其是身处大城市的人们，即使驱车数小时，也难以摆脱城市灯光的干扰。长途跋涉后，还要组装器材和彻夜不眠的观测摄影，夏季得经受蚊子袭击，而且需注意飞禽走兽出没，最痛苦的是冬季，野外往往温度较低，有时使用器材，手都会冻得没感觉，又需要长时间的导星。又冷又累的情况下，对人的意志力和身体素质都是一个严峻的考验。
当我们历尽重重困难，战胜自我后，看到神奇的天体被记录下来，一切曾经的辛苦与汗水都会烟消云散，这是一个与大自然拼搏的过程，一个超越自我的过程！
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发表于 2008-7-25 17:48
发表于 2008-8-2 09:20
