Cámaras CCD

PRESENTACION. FOTOSITOS. TIEMPO DE EXPOSICION. RESOLUCION

Los dispositivos CCD (Charge Coupled Device) se basan en multitud de acumuladores de luz que pueden ir dispuestos en línea (fax o escaners) o en cuadro. Cada uno de estos acumuladores de luz es un detector puntual de la imagen llamado fotosito, lo que nos generara un pixel en el monitor. El tamaño de estos fotositos es unas pocas micras (de 4 a 25).

Al igual que en la fotografía química les afecta el tiempo de exposición, estando éste limitado por el ruido electrónico. Este ruido se puede minimizar enfriando entre 10 y 30 grados centígrados bajo cero, pudiéndose de esta manera aumentar la exposición hasta 5 o 20 minutos. El tamaño total del dispositivo suele ser de 1/3 de pulgada, por lo que no cubre la totalidad de un negativo de 35 mm. y nos da una sensación de aumento.

Existen dos tipos de cámaras CCD útiles para la observación astronómica:

  • - cámaras de vídeo

    - cámaras de larga exposición

Las cámaras de vídeo son baratas y de fácil adquisición; son las que se usan generalmente para vigilancia. Generan una señal de vídeo que puede ser vista en un monitor o televisor con euroconector. Nos dan una imagen instantánea que puede ser grabada en vídeo, pero su sensibilidad limita a la observación de objetos muy luminosos: Luna, planetas y estrellas dobles.

Las cámaras de larga exposición pueden exponerse entre 0.1 s. y varios minutos, con lo cual se consigue una gran sensibilidad, pudiéndose observar objetos invisibles al ojo.

Es necesario un ordenador para el control, visualización y almacenamiento de la imagen. La resolución se da en número de fotositos y en número de grises a que es sensible cada uno de estos fotositos. Puede ser de 120x240 hasta 1000x1000 o más y de 4096 tonos de gris(12 bits) hasta 65536 (16 bits).


CUADRO OSCURO. CAMPO PLANO. SATURACION. TRATAMIENTOS DE IMAGEN

Por imprecisiones de fabricación, los diversos fotositos de un dispositivo CCD poseen mayor o menor ruido interno. Si realizamos una exposición suficientemente larga, pero con la tapa puesta, observaremos que la imagen no es perfectamente negra, sino que hay algunos pixel más claros que otros. Esto es lo que se llama "cuadro oscuro" y debe ser restado a la imagen obtenida. Del mismo modo la sensibilidad a la luz no es la misma en todos los fotositos por lo que debe obtenerse un "campo plano", esto es, exponer la cámara ante una superficie lisa iluminada.

También hemos de tener en cuenta la saturación. Si sacamos una estrella muy brillante nos creara una raya vertical a lo largo de toda la imagen. Para evitarlo debemos sacar varias exposiciones de un tiempo menor y sumarlas con el ordenador. Si solamente realizamos una exposición de menos tiempo, la sensibilidad será menor y no podremos ver objetos más difusos. De todas formas esta técnica es utilizada para minimizar el ruido electrónico, que es aleatorio. Una vez que tenemos la imagen en el ordenador, podemos aumentar el brillo, contraste y darle una serie de tratamientos o retoques a nuestro gusto.

REFRIGERACION. ROCIO


M44, El Pesebre, exp: 5 segs.

Con exposiciones superiores a 1 segundo aparece el ruido térmico. Para evitarlo es necesario enfriar el chip CCD. La mejor manera es con un PELTIER. Se trata de un semiconductor de dos caras, una de las cuales se calienta mientras que la otra (la que esta en contacto con el CCD) se enfría. La parte caliente hay que estabilizarla mediante una corriente de agua. Al estar el CCD frío, se condensa sobre él la humedad ambiente, creando cristales de hielo que afectan a la imagen. Por tanto, es necesario secar el aire entre la óptica y el chip CCD. Los sistemas profesionales suelen utilizar de refrigerante nitrógeno líquido en pequeñas dosis.

INFRARROJO Y COLOR

Las cámaras CCD por lo general suelen ser muy sensibles al infrarrojo cercano, por lo que, utilizando el filtro adecuado, podemos seleccionar su espectro sensible. Estas cámaras suelen ser en blanco y negro para mejorar la resolución y sensibilidad. Para conseguir color se pueden obtener tres exposiciones con filtros RGB que serán mezclados con el ordenador. También hay chips CCD en color que triplican el número de fotositos, cada uno con un pequeño filtro.

SEGUIMIENTO


M31. 20 segs. CCD CookBook

Si centramos una estrella o cometa en la cámara mediante un adecuado programa de ordenador podemos controlar un telescopio y efectuar un seguimiento muy eficaz y preciso.

OPTICA

Como ya hemos mencionado, el sensor CCD tiene un tamaño muy inferior a un negativo fotográfico. Esto produce un mayor aumento de la imagen y mayores errores de seguimiento, lo que nos obliga a hacer mosaicos. También se puede usar esta característica para utilizar la cámara CCD con pequeñas ópticas fotográficas; con un objetivo de 50 mm. se consigue un campo de 6 grados, lo que equivale a un pequeño telescopio. Si adaptamos al telescopio la cámara CCD podemos obtener muy buenas imágenes de M51, M57, M81, Júpiter, Saturno, accidentes lunares, etc.

CAMARAS COMERCIALES Y CASERAS

Si uno es un poco manitas puede construirse su propia cámara CCD; la mas conocida es la Cookbook con 12 bits y una resolución de 240x350 fotositos.