[펌] Deep-Sky imaging with digital cameras

Deep-Sky imaging with digital cameras

검색 중 발견한 자료

미국의 Sky and Telescope 사이트에 최근 올라온 "Deep-Sky imaging with digital cameras"라는 기사를
이곳에 소개합니다..일반인들에게 널리 사용되고 있는 디지탈카메라를 이용해서 아득히 먼 천체의 대상들을
이미지로 얻어내는 방법과 간단한 팁들, 노이즈 문제 및 해결법,이미지 합성 그리고 디지탈카메라로 얻어낸
놀라운 천체사진들에 대해 이야기 하고 있습니다.

※ 디지탈카메라로 딥스카이 사진찍기 By Edwin L.Aguirre

-뱀자리의 독수리성운(M16)(거리:8,000광년)
-촬영자:오스트리아 Wildon거주하는 Johannes Schedler
-장비:카메라 Canon EOS D60(ISO 800)+망원경 C11(F6.3 리듀서장착)
-노출:2분X10장 합성(영상 15도)
-이미지처리:Adobe Photoshop

대상을 잡고 바로 사진을 찍는 방식의 300달러 미만의 일반 디지탈 카메라들이 요즘 아마추어 천문인들
에게 천체 이미지를 얻는 방법을 획기적으로 발전시키면서 큰 인기를 누리고 있다.이런 카메라들이
초보자들과 전문 천체사진가들 모두에게 대단히 매력적인 이유는 다양한 용도로 사용할 수 있다는점,
사용하기 쉬운 편리성,한장의 이미지로도 풍부한 색감의 이미지를 얻어낼 수 있는 능력,그리고
일반 수동카메라의 필름값과 현상에 드는 비용을 절약해주는 경제성이 있기 때문이다.

아울러, 디지탈카메라는 대낮 일상생활에서도 일반 카메라처럼 촬영을 할 수 있다.이점은 값 비싼 천체
전용 CCD 카메라로는 생각할수 없는 부분이다.

실제로 누구나 달과 밝은 행성들의 세밀한 근접촬영을 할 수 있고 종종 35mm 수동 카메라보다도 좋은
영상들을 얻어 내고 있다. 단지 카메라를 망원경 아이피스쪽으로 들고 있거나 개인의 자작 아답타나
판매되는 아답타와 블라캣들을 이용해서 아이피스에 직접 연결하고 , 망원경을 조준하고, 촛점을 맞추고
찍으면 된다. 즉각적으로 결과물을 얻을수 있다- 좋은 이미지는 보관하고 마음에 들지않는 이미지들은
삭제하면 된다.

별자리,행성들의 정렬현상,은하수 등 광범위한 대상의 촬영은 망원경 없이도 가능하다.
8초 또는 15초 그 이상의 노출을 줄 수 있고 삼각대와 같은 카메라를 안정적으로 지지해 줄 수 있는
도구들만 갖추면 된다. 모든 통제기능은 카메라 안에 다 내장되 있어서 노트북이 필요 없다.집에있는
PC는 이미지 분류,처리,획득 하는 이미지 처리용으로 사용된다.

새로 출시되는 제조사들의 디지탈카메라 가격은 계속 하락 하고 있다.2003년 7월 언급됬던 니콘
Coolpix5400과 같은 유효화소수 5백만화소급 카메라들은 현재 650달러에서 800달러에 팔리고 있다.
그리고 디지탈카메라의 저장기능을 하는 메모리카드의 가격도 메가 byte당 25센트 정도로 떨어지고
있다.(하나의 128메가바이트 메모리카드는 수백장의 이미지들을저장할 수 있다)

-M57 Ring Nebula(거문고자리 고리성운/거리:2,300광년)
-촬영자:Arpad Kovacsy
-장비:Astro-Physics社 6인치 굴절망원경+니콘 Coolpix995+펜탁스 XL 40mm아이피스
-노출:60초X9장 합성(영하 1.1도)
-이미지처리: AstroStack
-고리중앙에 13등성인 중심성도 보인다

2001년 8월 본지에 디지탈카메라를 이용 망원경으로 태양과 달 그리고 행성들을 촬영하는 기본법을
다루었는데 이 번글은 성단,성운 그리고 은하들을 다루는 발전된 방법들을 살펴보고자 한다.

- 전자 노이즈 극복하기

본질적으로 어두운 딥스카이 대상들을 망원경으로 만족할 만한 이미지를 얻기위해선 수십
분의 노출을 요구한다. 수동카메라와 천체촬영용 CCD 카메라의 경우 이것은 문제가 되지 않는다.
그러나 디지탈 카메라의 경우는 주로 대낮의 일상생활 용도로 제작되었기 때문에 최대 가용 노출시간은
이미지의 질을 떨어뜨리는 노이즈가 발생되기 전,즉 수초이내로 제약을 받고 있다.천체전용 CCD
카메라와 달리 디지탈카메라는 내부에 냉각 시스템이 없다. 냉각시스템은 카메라의 전기에 의해
발생 되는 노이즈를 줄이는데 필수적인 것이다.노출시간을 늘리기 위해선 카메라를 상대적으로 차갑게
유지할 수 있는 방법을 알아야 하며 그렇게 하므로서 어두운 천체대상들을 인식할 수 있고 이미지의 질을
향상 시킬 수 있게된다.

겨울철 추운 공기는 디지탈카메라를 자연스럽게 냉각시켜준다. 그러나 더운 여름밤에는 자주 hot pixel
과 노이즈가 이미지에 발생되어 장시간노출시엔 pc를 이용한 이미지 프로세싱이 반드시 필요하게 된다.

섭씨0도 이상의 온도에서는 노이즈는 매우 빨리 생성된다. 아래 Arpad Kovacsy(Washington D.C 교외의
광해가 있는 집에서 AP 6" Refractor 와 Coolpix995로 천체이미지를 찍고 있다)를 보자. 이런 현상을
어느정도 보상해 주는 간단한 방법은 노출을 주고 이미지를 얻은 다름 바로 연속해서 사용하지 않고
카메라가 냉각될때 까지 전원을 off 해 놓는 방법이다.아래 사진에 열거된 다크 프레임을 보면
연속적인 노출사진들을 통해 얼마나 빠르게 노이즈가 형성되고 전원을 off하는 경우에 노이즈문제를
줄여주는지를 보여주고 있다. Kovacsy의 영상 18.8도에서의 첫번째 이미지를 보면 거의 노이즈가 없다.
10번째 연속해서 찍은 사진은 노이즈가 가장 심하게 나타난다. 10분동안 카메라의 전원을 off 하고 찍은
11번째 사진은 거의 첫번째 사진처럼 보인다. 그리고 영상 4.4도에서 10번째 연속해서 찍은 사진이 영상
18.8도에서 두번째로 찍은 사진보다 노이즈가 적음을 알수있다.

나의 경험에 비취, Coolpix995로 몇분의 장기노출을 주는 경우 영상 0도나 그 이하에서 가장 최고의
결과가 나타났다.

- 노이즈를 줄이는 또다른 방법

팬실베니아 천체사진가 Gary Honis는 그의 자동추적장치가 부착된 20인치 스타마스터 돕소니안과 올림
푸스社의 C-2000 Z, C02020 디지탈 카메라로 다른방법을 이용하여 딥스카이에 도전하고 있다.

-윗사진:Honis가 카메라의 냉각과 이미지를 향상시키기위해 카메라에 pc용 팬을 장착한 모습.그는 냉각
팬을 달기위해 카메라몸체의 바닥에 구멍을 만들었고 이곳에 밸크로를 이용하여 냉각팬을 카메라에
붙였다. 밸크로로 진동이 없는 팬이 카메라로부터 좀더 멀리 떨어지게 하였다.
-아래사진: 대부분의 일반보급형 디지탈카메라는 자체 렌즈를 제거할수 없는 렌즈와 바디 일체형이므로
망원경을 이용해서 사진을 찍는 경우 방식은 afocal방식이다.아래사진에서 Honis는 20인치 스타마스터
돕소니안에 부착된 Nagler 31mm 아이피스위에 올림푸스 C-2000Z 디지탈 카메라를 부착해서 사용하고
있다.그러나 렌즈교환형 고급 SLR 형 디지탈 카메라의 경우는 렌즈교환식이므로 기본 T-ring을 사용해서
망원경에 직접 부착 할수 있다.

비록 Honis의 카메라는 각각 32초와 16초의 노출시간 제한을 받고 있지만 대구경의 망원경을 이용
하므로써 노이즈의 영향들을 받지 않을 정도의 비교적 짧은 노출로도 많은 광 입자들을 얻어 낼수 있다.

상대적으로 밝은성단과 같은 대상은 Honis에겐 쉬운 작업이다.사실 16초의 짧은 노출로도 왠만한
이미지를 얻을 수 있고 어두운 성단 들은 여러장을 합성하므로써 이미지의 질을 올릴 수 있다.그러나
더 어두운 은하들이나 성운의 경우에 카메라의 노출시간 제한은 대구경의 망원경 이지만 문제가 된다.
"나는 이런경우 여러장의 노출된 사진들을 합성해서 이미지를 얻어낸다"카메라의 냉각을 지원하기
위해서 Honis는 그의 C-2000 Z 카메라에 컴퓨터 냉각용 팬을 부착했다. 이를위해 Honis는 카메라의
housing을 벗기고 삼각대용 소켓을 분리해서 구멍을 만들어 이곳에 12볼트 DC 팬을 달아서 카메라 안쪽
으로 공기를 짚어 넣을수 있게 만들었다. 그 결과는 대단하다고 Honis는 설명한다.전기기계에 의해
생성되는 열은 빠르게 카메라 밖으로 배출되는 것이다."추운 겨울에는 실제로 노이즈가 없이 이 300달러
짜리 2백만화소의 디지탈카메라로 단 한장의 풍부한 색감을 가진 딥스카이 이미지를 얻을 수 있다"
Honis는 C-2000 Z 카메라를 분해하는 방법에 대해 홈페이지를 통해 완벽하게 단계별로 설명하고 있다.
☞Honis의 C2000Z 개조법 http://members.tripod.com/~ghonis/c2020zdeep1.htm

Gary Honis가 만든 M42오리온 대성운의 놀랄만한 이미지를 보라.북쪽이 윗방향/배경은 약 0.5도
-장비:스타마스터 20인치 돕소니안(자동 추적장비 내장)+냉각팬이 장착된 C2000Z 디지탈 카메라

Honis와 다른 천체사진가들은 디지탈 카메라의 CCD 칲에 열전기 냉각팬을 장착하는 분야에 많은 실험을
하고 있다. 열전기 냉각시스템들은 현재 수많은 천체전용 CCD 카메라들에 활용되고 있다.

개인이 카메라를 개조하는 경우 공급자의 카메라에 대한 보증의무의 무효를 초래하게 되어 결국 본인의
위험을 감수해야된다는 점을 반드시 명심해야 할 것이다.적절한 사전 주의사항들을 이행하지 못하게
될 경우 민감한 전기기기들과 광학계에 치명적인 영향을 줄 수 있다. "나는 분해와 재조립의 과정을
거치고도 카메라가 제대로 작동을 했지만 여러분의 경우는 오작동이 될 수도 있다"고 Honis는 경고한다.

냉각팬이 장착된 디지탈카메라로 여러장의 이미지들을 합성하는 방법을 활용하게되면 밝은 은하들을
촬영하는것은 큰 문제가 없다고 Honis는 말하면서 말머리 성운같은 매우 어두운 대상들도 거칠지만
역시 얻어낼수 있다고 말한다.

- 이미지를 얻기위한 요령과 기술

※ Focusing(촛점맞추기): 딥스카이를 대상으로 하는 경우 포커싱은 디지탈카메라에 장착된 LCD 나
뷰파인더로는 제대로 보이지 않기 때문에 난관에 부딪히게 된다.더군다나 신뢰할 만하고 정확한
포커싱을 하기에 일반적인 뷰 파인더는 너무 작다. 정확한 촛점을 맞추기 위해서 많은 천체사진가
들은 망원경을 촬영대상의 근방에 있는 밝은 별을 향하여 카메라의 포커스를 무한대(INF→카메라
렌즈뭉치가 무한대일 경우는 대상에 따라 자동처럼 앞뒤로 움직이지 않고 고정되므로 망원경의
촛점조절장치로만 포커싱을 할수 있씀)로 놓고 줌을 최대로 하여 포커스를 맞춘다.아울러
카메라에 장착된 ISO 옵션을 최고 고감도로 세팅하므로서 더욱 어두운 별들을 대상으로 포커싱을
할 수 있다.

다른 방법으로, 만약 당신의 카메라에 디지탈 Video 출력단자가 있다면 외부 모니터나 TV에 연결
해서 당신의 포커싱의 정밀도를 올릴 수 있다.

포커싱이 끝나면 ISO와 줌렌즈를 원하는 원래 설정대로 되돌려 놓고 망원경을 원래의 촬영대상 방향
으로 조준을 한다. 망원경을 특정대상으로 조준할 때는 촬영대상 고유의 좌표값(적경/적위 값)을
활용하면 된다. 또다른 방법으로 카메라를 망원경으로부터 분리하고 촬영대상을 망원경 아이피스의
시야중심에 놓고 망원경의 촛점조절나사를 건드리지 않고 다시 카메라를 부착하여 바로 촬영을 한다.
어떤 천체촬영가들은 대상을 중심에 놓고 이미지를 얻어내기 위해서 여러번의 테스트를 샷 방법을
활용하기도 한다.

오늘날의 대다수 망원경 추적모터들은 별도의 가이딩 없이 1분정도까지 노출을 줘도 될 만큼 정밀
하게 제작되고 있다.일반적으로 F수가 짧은 광시야 망원경들 일수록 추적오차와 극축오차의 허용
범위가 넓으며 우수한 결과물을 얻을 수 있다.

-M51 Whilpool Galaxies(부자은하-거리:3천7백만 광년)
-촬영자:오스트리아에 거주하는 Johannes Schedler
-장비:Celestron社 C11+니콘 Coolpix995+펜탁스 XL40mm 아이피스
-노출:1분 X 12장(ISO 400)/온도 영상0도

카메라의 LCD 는 반드시 포커싱과 필요시에만 사용하라; 밧데리의 상당량이 소모되어 발생되는
카메라 내부의 열기 발생을 미연에 방지하기 위해서 LCD의 뷰 파인더는 포커싱과 필요시 외에는
반드시 OFF 시켜라.

핫픽셀과 기타 촬영도중 발생된 인위적인 잡티들을 제거하는 데 다크 프레임 추출방법이 매우
유용하게 활용되고 있다. 니콘의 995와 캐논 Powershot G2와 같은 디지탈카메라는 노이즈 리덕션
기능이 자체 내장되 있어서 자동으로 조리개를 개방하지 않은 상태로 두번째의 어두운 영상(다크
프레임)을 생성해서 이것을 원래의 노이즈나 잡티가 있는 이미지를 깨긋히 처리하는 데 활용하게
되어 있다.어떤 아마추어 천체사진가들은 위에 언급한 방법을 사용하고 어떤 아마추어 천체사진가
들은 노이즈 리덕션 기능을 사용하지 않고 먼저 원하는 대상을 촬영하고 망원경 덮개로 앞부분을
막고 어두운 영상(다크프레임)을 별도로 촬영하여 BlackFrame과 같은 프로그램을 활용하여 원래
오리지날 영상에서 다크프레임 영상을 빼내어 hotpixels을 제거하는 방법으로 활용하기도 한다.
즉 같은 노출시간을 주었을때 두장의 사진에 똑같은 곳에 hotpixels들이 발생되므로 원래의 영상에
있는 hotpixels들을 다크프레임 사진상에 있는 동일한 hotpixels들로 제거한다는 원리를 활용한
방법이다.
BlackFramehotpixels 제거프로그램 http://www.mediachance.com/digicam/blackframe.htm

-행성상 성운중 가장 널리 알려진 M27-Dumbbell Nebula(아령성운:거리1,250광년)
-촬영자:Mike Unsold
-장비:Celestron社 C14+캐논 EOS D60(ISO400)
-노출:3분 X 9장 합성 및 프로세싱
-합성프로그램 : ImagesPlus

※ 이미지 합성하기(Stacking Images)

대부분의 딥스카이를 대상으로한 천체촬영에 있어서 여러장의 이미지들을 합치는 stacking 처리는
이미지의 밝기를 증가시키고 남아있는 노이즈를 부드럽게 보이도록 하는데 매우 효과적인 방법이다.
천체사진가들은 일반적으로 stacking 처리에 있어서 아래와 같이 다양한 종류의 프로그램들을 활용
한다.

☞Adobe PhotoShop http://www.adobe.com/
☞Maxim DL  http://www.cyanogen.com/products/maxim_main.htm
☞Astrostack http://www.astrostack.com/
☞ImagesPlus http://www.mlunsold.com/

오스트리아의 천체사진가인 Johannes Schedler는 각각 5장의 layer들을
하나의 이미지로 정렬(aligning)할때 포토샵을 사용한다. 첫번째 layer는 배경으로 두번째 layer
부터 다섯번째 layer까지는 각각 layer No.1부터 layer No.4로 지정하고 배경인 첫번째 layer엔
100% 불투명도(opacity)를 주고 두번째 layer 부터 다섯번째 layer엔 각각 50%,33%,25%,20%의
불투명도(opacity)를 준다.그리고 5장의 layer들을 한장으로 완성한다. 만약 15장의 이미지를
stacking 하는경우라면 먼저 5장이 합성된 세장의 이미지를 만들고 이를 다시 한장으로 최종
합성하는 과정을 거친다고 한다.

이미지의 stacking 작업이 끝나면 unsharp masking을 활용하여 밝기조정과 콘트라스트 레벨 조정
등 마무리 다듬기를 한다고 Schedler氏는 말한다

-M42 오리온자리 대성운(거리:1,600광년)과 트라페지움
(매우젊은 중간의 네개의 별)
-촬영자:Johannes Schedler
-장비:Celestron社 C11+니콘 Coolpix995+펜탁스 XL40mm 아이피스
-노출(영상 0도):윗사진-8초 X1장(ISO400)/아래사진-8초X5장+30초X1장(ISO 400) 총 6장 합성
-이미지 처리:PhotoShop

-M13 Globular Cluster-헤르쿨레스자리 M13 구상성단(거리:25,100년)
-촬영자:Riccardo Renzi(이태리 천문잡지 "Coleum Astro의 부 편집자)
-장비:Celestron社 C11+CyberShot 카메라(2.1백만화소)+18mm아이피스
-노출:(영하 2.7도)왼쪽사진-8초X1장/오른쪽사진-30초X여러장

오늘날 일반 보급형 디지탈카메라는 아직도 노이즈 문제와 밝은 천체대상들로 한정된 짧은
노출시간의 제약을 가지고 있다. 비록 민감도에 있어서 고가의 천체전용 CCD 카메라를 따라갈수
는 없지만 사용의 편리함과 단순함으로 천체대상들을 얻어낼 수 있는 기쁨을 준다는 점에서 많은
아마추어 천문가들에게 사랑을 받고 있다.

- 디지칼 카메라로 촬영한 딥스카이 이미지 모음

매일밤 디지탈카메라가 주는 놀라움에 기뻐하고 있는 아마추어 천체사진가들이 점점 늘고있다.
비록 아직까지는 밝은 대상들로 한정되 있지만 최근에 출시되는 많은 디지탈카메라들은 별들과
딥 스카이 대상들의 이미지들을 얻을 수 있게 되었다. 아마추어 천체사진가들의 뛰어난 딥스카이
영상들을 모아서 여기에 소개해 보겠다.

-M13 헤르쿨레스자리 구성성단(거리:25,100광년)
-촬영자:Mike Unsold
-장비:Celestron社 C14(F7-리듀서장착)+캐논 EOS D60카메라
-노출:60초x8장 합성(ISO 800)
-이미지처리:ImagesPlus

-M104 Sombrero Galaxy(솜브레로 은하-거리:5천만 광년)
-촬영자:Gary Honis
-장비:Starmaster社 20인치 돕소니안(자동 추적장치 내장)+올림푸스
C2000Z 카메라+Televue社 Nagler 31mm 아이피스
-노출:16초X15장 합성

-M1 Crab Nabula(게성운/거리:6,300광년)
-촬영자:오스트리아의 Johannes Schedler
-장비:Celestron社 C11+니콘 Coolpix995+펜탁스 XL40mm 아이피스
-노출:60초x10장(ISO800) 합성
-이미지처리:Adobe PhotoShop
-기타 사항:촬영당일 날씨가 영하 8도로 노이즈가 매우 낮게
발생했으며 BlackFrame 프로그램으로 다크프레임 처리함

-백조자리 부근의 은하수
-촬영자:Riccardo Renzi(이태리 거주)
-장비:Sony F707 카메라
-노출:30초X40장 각각 노이즈 리덕션기능으로 촬영된것을 한장으로 합성
-이미지처리:MaxIm DL

-M45 플레이야데스 성단(거리:380광년)
-촬영자:영국의 Ian Hodgkinson
-장비:Meade社 LX90위에 피기백+QV2800UX 카메라(f/3.2)
-노출:60초X18장(ISO160)합성-카메라자체 노이즈 리덕션기능 활용
-이미지처리: Christian Buil's IRIS 프리웨어 프로그램

-M82 Cigal Galaxy(큰곰자리 시가 은하/거리:1천2백만광년)
-촬영자:오스트리아의 Johannes Schedler
-장비:Celestron社 C11+니콘 Coolpix995+펜탁스 XL40mm 아이피스
-노출:60초X9장
-이미지처리:PhotoShop
-기타 : 영하 4도에서 촬영

-M46 큰개자리 산개성단(거리:5,400광년)과 행성상상운인 NGC 2438-화살표 표시(거리:2.900광년/10.8등급)
-촬영자:일본의 Naoyuki Kurita
-장비:Takahashi 5인치 굴절망원경+25mm 아이피스+올림푸스 C5050Z
-노출:16초X18장(ISO 400 & f/1.8)

-Horsehead Nebula(B33)(말머리성운/거리:1.500년),IC434,NGC2023,NGC2024
-촬영자:Paul Hyndman
-장비:Takahashi FS128 굴절망원경(XF0.8-리듀서장착)+캐논 EOS D60카메라
-노출:7분X12장(영하 15도)+5분X15장(영하 9.4도)모두ISO 200으로 촬영후합성
-이미지처리:ImagesPlus, PhotoShop

-말머리성운 주변의 딥스카이들

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