月球和大行星摄影基础
月球和大行星摄影作为天文摄影的一个分支有着很强的特殊性。由于月球和大行星的表面亮度都比较高，不用长时间的曝光就可以达到不错的信噪比，而且受光污染的影响几乎为零，所以在城市生活的同好们不用爬山涉水就可以在家门口拍出一流水准的照片。目前世界顶级业余行星摄影高手大都生活在城市里。比如中国香港就分布着一群行星摄影爱好者，水平相当之高。
但另一方面，月球和大行星摄影强调高分辨率，高素质的设备和合理的使用固然必不可少，而影响一张照片成败的更重要的因素是大气的稳定性。我会用较大的篇幅讨论这些问题。
第一章 望远镜的选择
所有望远镜都可以用于天文摄影，而如何合理分配你的资金去获得最合理的配置则很有讲究。 天文望远镜一般分为三大类：
1> 反射式
优点是价格便宜，缺点是需要经常调整光轴。
2> 折射式
优点是光学质量一般较好，反差高。缺点存在色差，而复消色差(APO)望远镜的价钱一般较贵。
3> 折反式
优点是同口径的望远镜体积小，重量轻。缺点是副镜遮挡一般较大，引起反差较低，而且望远镜需要较长的冷却时间。
三种结构的望远镜在行星摄影里都有成功的范例。但最多人用的是折反式，因为它是口径，体积，价钱，光学质量的一个较好的折衷。当然一个光学质量高的反射镜或折射镜也都是极好的选择。
比望远镜结构更重要的是望远镜的光学质量和口径。大家都知道望远镜的口径越大，分辨力也就越高，越能分辨出更精细的细节。但这也必须有相应的光学质量作保证，否则达不到理论分辨能力。但不管怎么样，口径大总是有优势的，因为它能汇集更多的光线，使相机可以用更高的快门速度，这对减少大气扰动的影响很有帮助。所以在采购望远镜时应优先考虑大口径的。一般15cm口径是看到很多月球或行星表面细节的最低要求。
望远镜支架的重要性也不可低估。虽然并不象深空天体摄影要求的那么精确，一个稳固的带电跟的赤道仪是高质量 月球和行星摄影的前提条件。
第二章 大气的扰动
大气扰动是获得高分辨率的死敌。而行星摄影就是在和它作斗争。大气扰动一般分三种：高层大气，底层大气，和望远镜附近(包括内部)。
高层大气造成的扰动表现为一种高频的抖动，在望远镜里观测到的则为一团糊，表面细节都被抹掉了。遇到高层大气扰动严重的日子，唯一的办法就是收工，或者观测深空天体。
底层大气造成的扰动表现为变形和跳动。底层大气扰动往往是由周围地形引起的，通过合理的选择观测地点可以减少这种扰动。一般的经验是避开水泥面，把望远镜架到草坪上。如果是山区选择迎风的一面山坡而避开背风面等。
望远镜附近的扰动最容易控制。观测时要使望远镜先充份冷却，避开热源，人不要站在上风头等。
大气的扰动归根结底是由大气的温差造成的，所以有很多迹象可寻。 一般来说温度剧烈变化，尤其是降温的时候，大地的热量不断释放，大气宁静度差。而天气缓缓升温的时候，宁静度会比较好。风大的时候往往宁静度不会太好。而最好的观测时机往往是有一点薄雾的时候。
除了这些，通过一些简单的肉眼观测也可以大致判断宁静度的好坏。白天天上的云呈小的片状，大气一般不会好，而如果云象纱一样浮在天空就很有可能宁静度不错。晚上如果星星闪烁的很厉害，而且频率很高，大气就很不宁静。而如果闪烁的很慢，甚至很平静就极有可能是好天。当然有时候很高频的闪烁看上去也很象很宁静，这就需要望远镜才能判断了。
第三章 照相机的选择
在天文摄影里，CCD比胶片有着无比的优越性。由于月球和大行星的亮度都比较高，并不需要冷却CCD就可以达到较高的信噪比，所以很多民用数码产品都可以达到很好的效果。主要常用的有两大类：数码相机和摄像头。
数码相机就不用多说了，适用于大范围月面的摄影。
摄像头包括家用摄像机，各种工业用摄像头和Webcam。 其中Webcam用的最多。它们最大的优势就是可以在很短的时间里(如几分钟里)获得大量的图片(成百上千张)。这样它可以凝固住大气稳定的瞬间。 利用软件的帮助，可以在这大量的图片中挑出质量最好的瞬间，进行图像处理，从而获得高质量的图片。实际上Webcam已经是目前业余行星摄影中挑战大气极限，追求望远镜理论分辨率的最有效的武器。
第四章 采样和优化
天体摄影实际上是个信号收集的过程，如何最有效的得到最多的信息是我们最关心的。根据采样定律，采样频率必须是信号频率的两倍或更高才能把信号完整的复制下来。对于天文望远镜，信号的频率就对应于望远镜的分辨率，也就是艾里斑的大小。打个比方，对于120mm口径的望远镜，极限分辨能力大约为1角秒，要充份发挥出望远镜的分辨率，CCD上每个像素的尺寸就必须等于或小于1角秒/2=0。5角秒。如果大于这个尺寸，望远镜的一部份分辨率就被浪费掉了。而如果小于这个尺寸，也不会得到更多的信息，而白白降低图像的亮度(相当于使用目镜时的无效放大)。由于CCD上像素的大小一般是固定不变的，一般大家通过调整望远镜的焦比来改变呈在CCD上像的大小。调整望远镜焦比 的方法有很多种，包括使用巴罗镜和目镜投影法等，这里就不足一介绍了。
以上说的都是理想状况，实际拍摄中还要根据具体情况决定。如果大气状况很糟糕，根本不可能达到望远镜的理想分辨能力，就没有必要使用太大的焦比，适当减少焦比可以减少曝光时间，降低大气扰动的影响。而如果大气情况比较好，适当的增大焦比可以增加对焦精度，提高图像的质量。
关于曝光时间也和具体情况有很大的关系。首先要保证既不过曝，也不欠曝，因为这些都会降低图像的信息量。达到这点是很容易的，因为CCD的增益是可调的。因此就有很多种选择。是采用较大的CCD的增益和较小的曝光时间还是反过来？ 在理想情况下，CCD 曝光时候越长，图像的信噪比就越高。 而在大气扰动存在的情况下，长时间的曝光往往会被大气扰动所破坏，而短时间曝光虽然信噪比较差，却受大气的影响较小，可以达到更高的分辨率。所以一般来说要尽可能采用短的曝光时间，而信噪比差的缺点可以在后期处理时通过图像叠加的方法解决。当然如果大气非常好，也可以适当的降低CCD增益，延长曝光时间，得到更好的信噪比。所以这些都需要经验和对大气情况的判断。
第五章 图像处理
为什么要作图像处理？
图像处理的目的是使天体的照片更真实的展现在大家的面前。CCD 拍下来的原始图像和所拍的目标是并不相同的，原因很简单：
大气是个大滤镜，它改变图像的颜色，使图像变糊，反差下降。
望远镜又是一个滤镜，它改变图像的颜色，反差下降。
CCD还是一个滤镜，不同型号的CCD出来的图像都是不同的。
为了消除或减弱这些不利环节的影响，就必须对图像进行适当的处理，使其更加真实。当然不当的图像处理会使图像变的虚假。正所谓“水能载舟，亦能覆舟”‘，所以图像处理时一定要谨慎。
图像处理博大精深，门类众多。这里只介绍一些和月球行星摄影相关的方法。这些方法包括，叠加，锐化和后期调整。
为什么要叠加？叠加是为了对付大气的扰动。
大气扰动使我们每一张图片的曝光时间不能过长，图片的信噪比就往往不能达到要求。叠加通过平均的方法保留图像中的有用信息，降低图像的噪声，是信号处理最有效的方法。叠加的软件包括Astrostack, Registax, Skeye, IRIS等，都非常有用。
为什么要锐化？锐化是为了对付大气，望远镜等造成的反差降低。锐化的方法一般有Unsharp Mask 和小波变换方法等，原理虽然不同，它们的效果还是很相近的。由于月球和行星上存在着不同尺度的细节，所以相应的锐化也要作许多组，每组对应不同大小的细节。锐化这个环节是最难掌握的，一定要避免过处理。
为什么要作后期调整？后期调整可以矫正大气，望远镜和CCD带来的偏色，曝光不精确造成的亮度偏差等。这些在Photoshop里就可以作，这里就不多说了。
下面用一个实例来演示行星图像处理的基本过程：
左图为Webcam采集下来的一幅原始帧，可见噪声很强。这些噪声主要由曝光不足造成的，来源于光的粒子性。右图为700帧叠加的结果，很明显信噪比大幅度提高。
这是锐化以后的结果，一些细节变得明显。根据个人爱好，可以锐化的较轻，如左图；或较重，如右图。但是要注意千万不能过度锐化，不然会丧失真实感。
最后再调整一下Level和色饱和度。一幅木星就处理完了。
在图像处理中一定要注意以真实为依据，不要过度处理。还有一点就是图像处理是一个信息损失的过程，它强化一些信息是以损失另一部分信息为代价的。最终图像中包含多少细节在拍摄的时候就决定了，如果你在拍摄时没有拍下这些细节，图像处理也不可能把它们处理出来。
结束语
大道理就说到这，剩下的就是个人的努力了。 要拍出一幅优秀的天体作品，需要知识，勤奋，时间，财力，毅力和体力。希望大家能够拍出越来越好的天体照片，让我们一起共同进步。
[ 本帖最后由 夜猫子 于 2006-6-24 12:19 AM 编辑 ] | 
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发表于 2006-6-23 22:01:50
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