Starvis 2 기술을 통한 천체 촬영
행성 사진의 새로운 지평을 여는 저조도 산업용 카메라
인류는 수천 년간 태양계를 연구하고 있습니다. 천문학 연구는 인간 존재에 대한 질문에 해답을 찾고 있습니다. 우주는 얼마나 큰가요? 어떻게 탄생하게 되었나요? 전세계 천문학자들이 우주로 시선을 돌리고 있습니다. 거대한 우주 망원경뿐만 아니라 표준 산업용 카메라가 장착된 소형 망원경도 멋진 이미지를 제공할 수 있으며, 이를 활용하여 아마추어 천문학자들은 우주를 바라보고 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다. 카메라 소프트웨어와 더불어 올바른 센서는 이미지 품질에 매우 중요하며, 특히 근적외선 감도가 높은 카메라에 대한 수요가 높습니다. 호주의 아마추어 천문학자인 Anthony Wesley는 Sony Starvis 2 센서가 장착된 IDS의 uEye XCP 카메라가 금성, 화성, 목성, 토성과 같은 행성의 고해상도 이미지를 캡처하는 데 탁월한 선택이라고 생각합니다.
천체 사진 촬영은 기술적인 측면과 자연적인 측면의 과제를 극복해야 합니다. 이는 특히 행성의 망원경 이미지에 적용됩니다. 우선, 지구의 대기는 끊임없이 움직이면서 난기류를 만들어 별이나 행성에서 나오는 빛을 왜곡합니다. 특히 지상 망원경을 통해 관측할 때 물체가 깜빡이거나 흐려지는 현상을 'seeing'이라고 합니다. 대기 난기류로 인한 흐릿함과 왜곡으로 인해 세부적인 이미지를 캡처하기 어렵습니다.
지구 대기는 가시광선이나 단파장의 청색광을 흡수하고 산란시킵니다. 반면 근적외선은 산란이 적기 때문에 더 선명하고 깨끗한 이미지를 얻을 수 있습니다. 이는 대기 난기류로 인해 'seeing' 조건이 좋지 않은 경우 특히 중요합니다. 또한 적외선은 가시광선보다 얇은 구름과 먼지 입자를 더 잘 투과합니다. 천문학자들은 근적외선 감지 카메라를 사용하여 성간 먼지 구름의 이면을 들여다보고 가시광선에 가려져 있는 구조를 인식할 수 있습니다. 이는 일반적으로 짙은 먼지 구름으로 둘러싸인 젊은 별과 별이 형성되는 지역에 적용됩니다. 하지만 토성이나 목성과 같은 큰 행성의 이미지를 캡처할 때도 마찬가지로 저조도 범위에서 카메라 성능이 높을수록 더 많은 정보를 담은 이미지를 얻을 수 있습니다. 적외선은 지구 인공 광원의 영향을 덜 받습니다. 그렇기 때문에 근적외선 감지 센서는 빛 공해가 심한 지역에서도 하늘을 관측할 수 있는 더 나은 조건을 제공합니다.
애플리케이션
근적외선 감도가 높은 카메라에 대한 수요가 많습니다. 아마추어 천문학자 Anthony Wesley는 Starvis 2 센서가 장착된 IDS XCP 제품군 카메라의 행성 사진 촬영에 대한 적합성을 조사했으며, 그 결과는 성공적이었습니다: 흑백 IMX662 센서가 장착된 IDS 카메라 모델 U3-38C0XCP-M-NO는 뛰어난 결과를 제공합니다.
"이 IDS 카메라는 조리개 415mm, 초점 거리 6000mm의 망원경용 이미지 요소입니다."라고 그는 카메라의 기능을 설명합니다. "교체 가능한 필터를 통해 가시광선과 적외선 범위에서 초당 약 60프레임의 속도로 목성, 토성 등의 행성을 1-2분 분량으로 녹화합니다."
Anthony Wesley는 망원경의 접안 렌즈 튜브에 맞는 단일 광학 장치를 만들기 위해 IDS 카메라, 필터 휠, Barlow 렌즈를 직접 나사로 결합했습니다. 접안 렌즈와 망원경 사이의 Barlow 렌즈는 망원경의 초점 거리를 연장하여 추가 접안 렌즈 없이도 배율을 높여줍니다. "IDS 카메라 베이스는 표준 C/CS 거리가 필요 없기 때문에 짧은 거리에서도 장착할 수 있도록 수정되었습니다."라고 그는 설계에 대해 설명합니다.
"사람의 눈을 훨씬 뛰어넘는 빛 감도, 이것이 바로 Sony Starvis 2 기술이 적용된 센서의 특징입니다."라고 IDS uEye 카메라 Product Manager인 Jürgen Hejna가 센서의 강점을 요약합니다. 예를 들어, 2.16MP IMX662 롤링 셔터 센서가 장착된 U3-38C0XCP Rev.1.2 모델은 픽셀 기술을 사용하여 특히 높은 동적 범위로 탁월한 이미지 품질을 구현합니다. 이 USB3 카메라는 초당 88장의 빠른 이미지를 제공하며, 특히 고감도 및 저해상도가 필요한 저조도 환경에서 강력한 성능을 발휘합니다. 또한 1/3" 센서는 'Anti Reflection Coating'을 통해 카메라 내부에서 방해가 되는 반사를 최소화합니다.
이 카메라는 Anthony Wesley에게 또 다른 이점이 있습니다: "작고 가벼운 uEye XCP는 아마추어 망원경에 매우 적합합니다. 이 uEye 카메라는 저렴하지만 아마추어 천문학자들이 원하는 거의 모든 기능을 제공합니다." 그는 또한 IDS peak 소프트웨어 개발 키트를 통해 IDS 카메라를 쉽게 통합할 수 있다는 점에 깊은 인상을 받았습니다. "저는 아마추어 천문학자들에게 인기 있는 IDS 카메라를 FireCapture 소프트웨어와 함께 사용할 수 있도록 개발 및 유지 관리하고 있습니다. IDS 모듈은 Microsoft Visual Studio를 사용하여 C로 작성되었으며, 포괄적인 소프트웨어 기능을 사용할 수 있도록 FireCapture에 쉽게 로드할 수 있는 DLL로 컴파일됩니다.
작고 가벼운 uEye XCP는 아마추어 망원경에 적합한 제품입니다. uEye 카메라는 저렴하지만 아마추어 천문학자들이 원하는 거의 모든 기능을 제공합니다.
이미지 프로세싱
FireCapture를 사용하여 녹화된 영상은 밤하늘의 이미지를 자동으로 정렬하고 병합하는 Windows 소프트웨어 프로그램인 Autostakkert를 사용하여 처리됩니다. "이 소프트웨어는 개별 이미지를 결합하고 평균을 내어 지구 대기로 인한 블러와 왜곡을 보정합니다."라고 설명합니다. 이러한 블러는 흐릿함이나 이미지 노이즈로 나타나 이미지의 중요한 디테일을 가릴 수 있습니다. 따라서 천체 이미지에서 디컨볼루션 방법은 망원경 이미지 품질을 최적화하고 흐릿하거나 왜곡된 이미지를 보정하는 데 사용됩니다. 이 경우 디컨볼루션 및 이미지 선명화를 위해 Astra Image 및 Registax 소프트웨어 패키지가 사용됩니다. 다음 단계에서는 녹화 시간 동안 관찰된 물체의 회전을 보정해야 합니다. "예를 들어, 목성은 90초마다 1도씩 자전합니다."라고 Anthony는 설명합니다. 이를 위해 Winjupos 소프트웨어가 사용되며, 이를 통해 시간 이동 이미지와 동영상을 중첩, 파생 및 조정하고 빨강/초록/파랑 이미지를 결합하여 컬러 이미지를 만들 수 있습니다. "최종 이미지 조정은 Gimp를 통해 이루어집니다. 이러한 방식으로 비디오의 후처리를 통해 지구 대기의 흐릿한 효과를 보정하고, 이를 대폭 줄여 물체의 선명한 이미지를 생성할 수 있습니다."라고 Anthony는 최종 이미지 처리 절차를 설명합니다.
소프트웨어
하지만 이 모든 것을 보장하기 위해서는 하드웨어와 소프트웨어의 완벽한 상호 작용이 필요합니다. IDS 카메라는 IDS peak 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 사용하여 쉽게 통합할 수 있습니다. "IDS peak는 하드웨어와 함께 완벽하게 작동하여 사용자는 카메라를 최대한 활용할 수 있습니다. 직관적인 프로그래밍 경험, 빠르고 쉬운 설치, 다양한 애플리케이션 가능성을 보장하는 프로그래밍 인터페이스와 소프트웨어 도구가 포함되어 있습니다."라고 IDS Area Sales Manager인 Damien Wang은 강조합니다. 이를 통해 천체 사진 촬영을 위해 특별히 개발된 FireCapture 소프트웨어의 광범위한 기능을 사용할 수 있습니다. "IDS는 이 uEye XCP 모델을 통해 새로운 제품 출시 뿐만 아니라, 산업용 카메라 시장의 선구자가 되었습니다. 카메라의 최신 센서 기술은 높은 프레임률과 높은 이미지 품질을 제공하며, 행성 촬영과 같은 저조도 상황에서도 적외선 범위에서 높은 감도를 발휘합니다. 이 제품을 사용하면 전문 천문학자뿐만 아니라 아마추어 천문학자도 천체의 고해상도 이미지를 촬영할 수 있습니다."라고 Jürgen Hejna는 말합니다.
Anthony Wesley는 20년 넘게 행성과 카메라 시장을 매우 면밀히 관찰해 왔습니다. "카메라와 센서 기술은 근적외선 감도와 저노이즈 동작 측면에서 많은 발전을 이루었습니다. Sony Starvis 2 센서와 결합된 uEye XCP의 기술은 현존하는 최고의 기술 중 하나라고 생각합니다."라고 말합니다.
전망
"Sony Starvis 2 센서 기반 카메라는 고감도, 뛰어난 피사계 심도, 낮은 노이즈 덕분에 행성 이미지 관련 아마추어 천문학자들에게 인기를 끌 것입니다."라고 Anthony Wesley는 말합니다. "특히 700nm에서 1000nm 사이의 근적외선 영역에서는 태양계의 다른 행성에 대한 이해를 증진할 수 있는 매우 흥미로운 연구를 수행할 수 있습니다." 하지만 카메라의 적용 분야는 우주에만 국한되지 않습니다. "사용된 기술은 저조도 환경에서의 수중 사진 촬영과 같이 비슷한 문제를 가진 다른 분야에도 적용할 수 있습니다."라고 Anthony Wesley는 추천합니다.
uEye XCP - 업계 최소 C-마운트 하우징 카메라
사용 모델: U3-38C0XCP-M-NO
카메라 제품군: uEye XCP
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고객사
Anthony Wesley는 호주 출신의 아마추어 천문학자로 태양계 행성의 비디오 천문학과 저조도 사진 촬영을 전문으로 합니다. 그는 행성 캡처 도구 FireCapture에 다양한 카메라에 대한 지원을 추가해왔으며, uEye+ XCP 카메라가 탁월하다고 평가했습니다. Sony Starvis 2 센서가 탑재된 uEye+ XCP 카메라는 Anthony Wesley에게 확신을 심어주었습니다.
