Cámara MORAVIAN C4-16000 con enhanced cooling
Los sensores de las cámaras CMOS científicas refrigeradas C4-16000 ofrecen la misma geometría que los CCD de las famosas cámaras G4-16000: tamaño del sensor 37 × 37 mm, 9 μm de píxeles y 16 MPx (4k × 4k) de resolución. Asimismo, el diseño mecánico de las cámaras C4 hereda el de las cámaras G4 Mark II, lo que hace que la línea de cámaras C4 sea totalmente compatible con una amplia gama de adaptadores para telescopios, adaptadores para guías fuera del eje, ruedas de filtros, adaptadores Ethernet para cámaras, cámaras de guiado, etc.
El diseño mecánico de la serie C4 de cámaras CMOS astronómicas hereda de las anteriores cámaras G4 Mark II basadas en CCD, lo que hace que la línea de cámaras C4 sea totalmente compatible con una amplia gama de adaptadores para telescopios, adaptadores para guías fuera del eje, ruedas de filtros, adaptadores Ethernet para cámaras, cámaras de guiado, etc.
El amplio soporte de software y controladores permite utilizar la cámara C4 sin necesidad de invertir en ningún paquete de software de terceros gracias al paquete de software SIPS gratuito incluido. Sin embargo, los controladores ASCOM (para Windows) e INDI (para Linux) y las bibliotecas de controladores de Linux que se suministran con la cámara, proporcionan la forma de integrar la cámara C4 con una amplia variedad de programas de control de cámaras.
Las cámaras C4 están diseñadas para trabajar en cooperación con un ordenador personal (PC). A diferencia de las cámaras fotográficas digitales, que se manejan de forma independiente en el ordenador, las cámaras refrigeradas científicas suelen requerir un ordenador para el control del funcionamiento, la descarga, el procesamiento y el almacenamiento de las imágenes, etc. Para manejar la cámara, se necesita un ordenador que
Sea compatible con un PC estándar y ejecute un sistema operativo Windows moderno de 32 o 64 bits.
Sea un ordenador basado en x86 o ARM y ejecute el sistema operativo Linux de 32 o 64 bits.
Las cámaras C4 están diseñadas para ser conectadas al PC anfitrión a través de un puerto USB 3.0 muy rápido. Aunque las cámaras C4 siguen siendo compatibles con la antigua (y más lenta) interfaz USB 2.0, el tiempo de descarga de imágenes es significativamente mayor.
Como alternativa, es posible utilizar el dispositivo Moravian Camera Ethernet Adapter. Este dispositivo puede conectar hasta cuatro cámaras Cx (y Gx basadas en CCD) de cualquier tipo (no sólo C4, sino también C1, C2 y C3) y ofrece una interfaz Ethernet de 1 Gbps y 10/100 Mbps para la conexión directa al PC anfitrión. Como el PC utiliza entonces el protocolo TCP/IP para comunicarse con las cámaras, es posible insertar un adaptador WiFi u otro dispositivo de red en la ruta de comunicación.
La velocidad de descarga es, naturalmente, mucho más lenta cuando la cámara se conecta a través de un adaptador Ethernet, especialmente si se compara con la conexión directa por USB 3.
Las cámaras C4 necesitan una fuente de alimentación externa para funcionar. No es posible hacer funcionar la cámara a partir de las líneas de alimentación proporcionadas por el cable USB, lo que es habitual en las cámaras sencillas. Las cámaras C4 integran la refrigeración del sensor CMOS, el obturador y, posiblemente, la rueda de filtros de alta eficiencia, por lo que sus requisitos de alimentación superan significativamente las capacidades de alimentación de la línea USB. Por otro lado, la fuente de alimentación independiente elimina los problemas de caída de tensión en los cables USB largos o de extracción de las baterías de los ordenadores portátiles, etc.
También hay que tener en cuenta que la cámara debe estar conectada a algún sistema óptico (por ejemplo, el telescopio) para capturar imágenes. La cámara está diseñada para exposiciones largas, necesarias para adquirir la luz de objetos débiles. Si planea utilizar la cámara con el telescopio, asegúrese de que toda la configuración del telescopio/montaje es capaz de seguir el objeto objetivo sin problemas durante las exposiciones largas.
Visión general de la cámara C4
El cabezal de la cámara C4 está diseñado para ser utilizado fácilmente con un conjunto de accesorios para satisfacer diversas necesidades de observación.
A diferencia de los modelos más pequeños de cámaras C2 y C3, que ofrecen la opción de integrar la rueda de filtros en la carcasa de la cámara, los grandes sensores de las cámaras C4 necesitan filtros cuadrados de 50×50 mm, demasiado grandes para encajar en la rueda de filtros interna. Por lo tanto, el uso de la rueda de filtros externa es la única opción para las cámaras C4.
Hay dos tamaños de ruedas de filtros externas disponibles:
Rueda mediana "M" para 5 filtros cuadrados de 50 × 50 mm sin montar.
Rueda grande "L" para 7 filtros cuadrados de 50 × 50 mm sin montar.
Sensor CMOS y electrónica de la cámara
Las cámaras C4 están equipadas con detectores CMOS Gpixel GSENSE4040 con una resolución de 4096 × 4096 píxeles. El tamaño de los píxeles es de 9 × 9 μm, lo que supone un área sensible a la luz de casi 37 × 37 mm.
El sensor GSENSE4040 está equipado únicamente con ADC (convertidores analógicos a digitales) de 12 bits. Sin embargo, hay dos conjuntos de ADCs dentro del sensor, cada uno capaz de digitalizar la imagen con diferente ganancia - un conjunto de ADCs utiliza el canal de baja ganancia, mientras que el segundo conjunto utiliza el canal de alta ganancia. Las dos salidas de 12 bits de cada conjunto de ADC pueden combinarse para obtener una sola imagen con un rango dinámico real de 16 bits (esta imagen combinada suele denominarse HDR de 16 bits por High Dynamic Range).
Electrónica de la cámara
La función principal de la electrónica de la cámara CMOS, además de la inicialización del sensor y algunas funciones auxiliares, es transferir los datos del detector CMOS al PC anfitrión para su almacenamiento y procesamiento. Por lo tanto, a diferencia de las cámaras CCD, el diseño de las cámaras CMOS no puede influir en algunas características importantes de la cámara, como el rango dinámico (profundidad de bits de los píxeles digitalizados).
Linealidad del sensor
Los sensores utilizados en las cámaras C4 muestran una muy buena linealidad en respuesta a la luz. Esto significa que la cámara puede utilizarse para proyectos de investigación avanzados, como la fotometría de estrellas variables y exoplanetas en tránsito, etc.
Velocidad de descarga
La cámara C4 está equipada con una memoria RAM integrada, capaz de albergar varios fotogramas a resolución completa. Por tanto, la descarga de la imagen al ordenador central no influye en el proceso de digitalización de la imagen, ya que la descarga sólo transfiere las imágenes ya digitalizadas de la memoria de la cámara.
El tiempo necesario para descargar un solo fotograma depende del modo de lectura y también de si se utiliza el rápido USB3 o el más lento USB2:
Factores de conversión y ruido de lectura
Las cámaras C4 no ofrecen a los usuarios la posibilidad de ajustar la ganancia, aparte de los dos canales fijos de baja y alta ganancia. La imagen HDR de 16 bits cubre todo el rango dinámico del sensor y la manipulación con la ganancia no aportaría beneficios adicionales.
Control de la exposición
Las cámaras C4 son capaces de realizar exposiciones muy cortas, el tiempo de exposición más corto es de aproximadamente 21 μs. Sin embargo, el sensor emplea el llamado "rolling shutter". Esto significa que la exposición no comienza en todo el sensor a la vez, sino que la exposición de las líneas siguientes comienza con 21 μs de retraso y todo el sensor se ilumina 8,6 ms después de que comience la exposición. Del mismo modo, el final de la exposición y la digitalización de los píxeles se realiza línea a línea con el mismo retraso entre líneas.
No existe un límite práctico para la duración máxima de la exposición, pero en realidad, las exposiciones más largas están limitadas por la saturación del sensor, ya sea por la luz entrante o por la corriente oscura (véase el siguiente capítulo sobre la refrigeración del sensor).
Binning de hardware
El sensor GSENSE4040 utilizado implementa el modo de binning 2 × 2 en hardware, además del binning normal 1 × 1.
Sin embargo, la versión con iluminación trasera de este sensor GSENSE4040BSI no implementa ningún modo de binning en el hardware. Además, el controlador de la cámara y las aplicaciones del usuario ofrecen una variedad mucho más amplia de modos de binning hasta 3 × 3 y 4 × 4 píxeles, así como todas las combinaciones de modos de binning asimétrico 1 × 2, 1 × 3, 2 × 4, etc. Por ello, el controlador de la cámara realiza todas las combinaciones de binning por software y no depende de las limitadas capacidades de binning del hardware del sensor.
El lado negativo del binning por software es el mismo tiempo de descarga que el de las imágenes binadas de resolución completa 1 × 1. Para el uso típico de la astronomía, la pequeña fracción de segundo del tiempo de descarga es irrelevante, pero para aplicaciones muy sensibles al tiempo de descarga, el controlador ofrece el uso del binning de hardware 2 × 2. Este modo puede activarse y desactivarse mediante el parámetro del archivo de configuración 'cXusb.ini', situado en el mismo directorio que el propio archivo DLL del controlador 'cXusb.dll'.
Especificaciones mecánicas
El cabezal de la cámara, compacto y robusto, mide sólo 154 × 154 × 65 mm (aprox. 6 × 6 × 2,6 pulgadas) para el modelo con refrigeración estándar. La refrigeración mejorada aumenta la profundidad de la cámara en 11 mm.
El cabezal está mecanizado por CNC en aluminio de alta calidad y anodizado en negro. El propio cabezal contiene un conector USB-B (dispositivo) y un enchufe de alimentación de 12 V CC; no se necesitan otras piezas (caja de la CPU, interfaz USB, etc.), excepto un "ladrillo" de alimentación. Otro conector permite controlar la rueda de filtros externa opcional. El obturador mecánico integrado permite una lectura de la imagen sin rayas, así como exposiciones automáticas de fotogramas oscuros, que son necesarias para las configuraciones robóticas sin supervisión.
- Obturador mecánico interno Sí, obturador de láminas
- Tiempo de exposición más corto 21 μs (obturador electrónico)
- Tiempo de exposición más largo Limitado sólo por la saturación del chip
- Dimensiones del cabezal 154 mm × 154 mm × 65 mm (refrigeración estándar)
- 154 mm × 154 mm × 76 mm (refrigeración mejorada)
- Distancia focal posterior 33,5 mm (base de adaptadores ajustables)
- Peso del cabezal con refrigeración estándar 1,6 kg (sin rueda de filtros)
- 2,5 kg (con rueda de filtros externa "M")
- 2,8 kg (con rueda de filtros externa "L")
- Peso del cabezal de refrigeración mejorado 1,8 kg (sin rueda de filtros)
Obturador mecánico
Las cámaras del C4 están equipadas con un obturador mecánico, que es una característica muy importante que permite realizar observaciones sin supervisión (totalmente robotizadas o sólo con configuraciones remotas). Sin el obturador mecánico, no es posible adquirir automáticamente los fotogramas oscuros, necesarios para una correcta calibración de la imagen, etc.
El obturador mecánico de las cámaras C4 está diseñado para ser lo más fiable posible, el número de ciclos de apertura/cierre es prácticamente ilimitado, porque no hay superficies que rocen entre sí. El precio de la alta fiabilidad es el movimiento lento del obturador. Por suerte, el obturador mecánico no es necesario para el control de la exposición, sólo para tomar fotogramas oscuros y posiblemente fotogramas de polarización - todos los sensores CMOS utilizados están equipados con obturador electrónico.
El firmware de la cámara optimiza el funcionamiento del obturador para evitar movimientos innecesarios. Si una serie de imágenes de luz se toma inmediatamente una tras otra, el obturador permanece abierto para no introducir un retraso bastante significativo del ciclo de cierre/ apertura entre cada par de imágenes de luz posteriores. En el caso de que la siguiente imagen tenga que ser oscura o de sesgo, el obturador se cierra antes de la exposición del fotograma oscuro y viceversa - el obturador permanece cerrado si se adquiere una serie de fotogramas oscuros y se abre sólo antes del siguiente fotograma claro. Si no se realiza ninguna exposición durante aproximadamente 1 segundo mientras el obturador está abierto (es decir, después de una exposición de imagen clara), el firmware de la cámara cierra el obturador para cubrir el sensor de la luz entrante.
Especificaciones técnicas:
Sensor CMOS: Gsense 4040 CMT
Dimensiones sensor: 37x37mm
Tamaño pixel: 9 μm
Resolución: 4160 x 4196 pixels (16MP)
Interfaz: USB 3.0
Cámara MORAVIAN C4-16000 con enhanced cooling
