Hlavní navigace

Fotografování dalekohledem: příprava a softwarová optimalizace

30. 9. 2021
Doba čtení: 6 minut

Sdílet

 Autor: Depositphotos
Dcraw koriguje chromatickou aberaci a G'MIC vinětaci jednoduché soustavy dalekohledu a iPhonu, kterým vyfotíme manuálně v režimu raw a data přeneseme do Linuxu přes Wi-Fi nebo USB.

Kromě toho i vyrobíme plastový adaptér mezi mobilem a dalekohledem a budeme měřit rozmazání a obrazovou šířku pásma pomocí teorie o Gaussově funkci a Fourierově transformaci

Ukázky


Srovnání. Jedna půlka je „2ד fotoaparátem iPhonu X. Druhá je stejným fotoaparátem skrz dalekohled a je softwarově kompenzovaná jak chromatická aberace, tak vinětování. Poznáte, která půlka je která?


Srovnání detailů z dalekohledu původních a kompenzovaných na chromatickou aberaci programem dcraw -C 1.0015 0.9963.


Ukázka fotografií z dalekohledu a iPhonu X s korekcemi uvedenými v článku. Přístup je vhodný i k fotografování zvířat bez vyrušení. Na lesklých koulích a holubovi vidíme silný efekt hloubky ostrosti dalekohledu. (můžete si stáhnout originální soubory)


Efekt softwarového odstranění vinětování programem G'MIC -div – vydělení stínovou maskou. Viditelné je poduškové zkreslení, které v tomto článku nekorigujeme.

Požadavky softwarové i hardwarové

Budeme potřebovat:

  • iPhone X nebo 8, 8 Plus, 7, 7 Plus, 6s, 6s Plus, SE – pravděpodobně to bude chodit i na novějších modelech
  • triedr (binokulár)
  • dvě silnější gumičky (já používám ustřižené ze staré duše)
  • počítač s Wi-Fi LAN spojením s iPhonem nebo USB kabl.
  • na počítači Linux From Scratch (LFS) nebo jinou distribuci s GCC (já používám Raspberry Pi s oficiální distribucí Raspberry Pi OS), programy G'MIC, GIMP
  • na iPhonu nainstalované aplikace Neoshot (manuální raw foťák) a AirDroid (přenos dat, není třeba na USB spojení)
  • volitelně pro výrobu adaptéru: plastovou desku a PET láhev, páječku, štípačky, nůžky, peán, smirek, gumu z duše, chemoprén

Nejdříve musíme telefon připevnit k dalekohledu tak, aby se nepohyboval. K tomu využijeme vysokého koeficientu tření gumového obložení okuláru vůči gumovému pouzdru telefonu. Kombinace guma-guma má jeden z nejvyšších koeficientů tření 1,15 co existuje.Dvě silnější gumičky telefon k dalekohledu pevně přitisknou. Nastavitelný okulár vytočíme do stejné výšky jako fixní, aby mohl posloužit jako druhá mechanická podpora telefonu.

Výroba adaptéru z plastu


Dalekohled s adaptérem ručně svařeným z ABS a PET plastu a potaženým protiskluzovou gumou. Cílem byla technická funkce, adaptér je stabilní a robustní.

Pouze s gumičkami se telefon snadno pohne a gumičky překážejí na dotykovém displeji. Stabilnější je adaptér, který si svaříme ze starého ABS plastu z klávesnice a rovné 100 μm polyesterové fólie. Rovnou fólii získáme z reliéfní PET láhve vyhlazením. Heat deflection temperature je 80 °C pro 1,82 Mpa a 120 °C pro 455 kPa podle mého oblíbeného serveru makeitfrom.com.

Jako výkonný a stabilizovaný zdroj tepla použijeme páru, která funguje jako heat pipe a je na rozdíl od horkého vzduchu výkonným přenašečem tepla. Při dotyku s předmětem s teplotou nižší než 100 °C okamžitě kondenzuje, tím předmět silně ohřívá a spotřebovává se, a na její místo přichází nová pára. Tím vnucuje předmětu stabilní teplotu 100 °C. Konvice na sporáku nebo vařič na rýži vytvoří trvalý a fokusovaný zdroj páry.


Nástroje pro svařování polyesteru do nátrubků pro okuláry

Láhev uzavřeme, vzduch uvnitř se teplem a smršťováním láhve natlakuje a poslouží jako forma na napnutí a vyhlazení změklého plastu. Láhev šroubovitě pomalu otáčíme a páry se nesmíme dotknout, jinak nás popálí.


Již hotový adaptér jak byl vytaven z ABS krytu klávesnice.

ABS desku o něco větší než mobil vyřízneme páječkou. Štípačkami, nožem, páječkou a smirkem odstraníme žebra a vytavíme okénko na kameru. PET fólii obtočíme kolem okuláru a přibodujeme do válce. Nastříháme okraj válce do tvaru květiny a přibodujeme kolmo k desce. Násadku na druhý okulár přivařujeme, zatímco adaptér je již na první okulár nasazen. Pájkou vyřízneme zářezy na gumičky přidržující dalekohled i telefon. Chemoprénem nalepíme gumové obložení z duše zamezující posuvu telefonu. Výroba trvala necelé odpoledne a obešla se bez výpočtů a měření.

Nastavení aplikace Neoshot


iPhone aplikace Neoshot

Osvědčila se mi aplikace Neoshot. Dalekohled zvětšuje i třes rukou a příliš pomalý čas by byl omezujícím činitelem ostrosti fotografie. Bez dalekohledu se mi pro dokonale ostré obrázky osvědčil čas 1/100. Dalekohled zvětší třes 7×, bohužel není patrné, zda je v Neoshotu stabilizátor vypnutý nebo zapnutý, při dokonalé stabilizaci by se zesílení třesu redukovalo na 6×. Dalekohled má také méně ostrý obraz než samotná kamera, zvolil jsem proto čas 1/640 s. Použijeme kameru „2ד a ISO na minimum (15). Pokud není měrka expozice na 0, přidám světlo zvýšením ISO nebo ho uberu zrychlením závěrky. Kvůli krátkému času je možné z ruky fotit pouze ve dne.

V neoshotu zapneme mřížku 3×3, namíříme na souvislou jasnou plochu a posuvem mobilu nastavíme kruh obrazu doprostřed snímku.

Manuální ostření nastavíme na doraz na dálku. Já preferuji mechanické ostření dalekohledu před touchscreenem. Nechám se přitom vést funkcí Neoshotu, kde na zvětšenině obrazu červeně zvýrazňuje ostré hrany.

Optické limitace focení dalekohledem

Dalekohled 7× zvětšující s aperturou 50 mm od firmy Bausch & Lomb je limitujícím prvkem ostrosti: jeho výstupní obraz je méně ostrý než samotný telefon. Další limitace je mihotání vzduchu u vzdálených předmětů.


Autor: Robert Frola, Wikimedia Commons, licence GFDL

Cessna 152 odhalila příčinu mihotání obrazu v dalekohledu.

Jednou jsem dárkem dostal 1 hodinu leteckého výcviku. Jelo se po louce Cessnou 152, kde se mi levé rameno dotýkalo dvířek a pravé instruktora. Pochopitelně to drncalo, protože na louce jsou drny. Pak to začlo jet do kopce a pořád to přitom drncalo. I když na té louce žádný kopec nebyl. To se právě projevila ta letecká funkce toho letadla.

Jenže jak je možné, že to stále drncalo i když to již nebylo v kontaktu s planetou Zemí? Protože ve vzduchu jsou bubliny vzduchu odlišného od toho ostatního. A to jsou právě ty bubliny, které způsobují mihotání obrazu, když se koukáme do dálky a mezi a námi a předmětem jich je hodně.

Ostrost ale zvýšíme korekcí chromatické aberace, kterou nabízí jednoduchý program dcraw. Jak víme z obalu The Dark Side Of The Moon od skupiny Pink Floyd, skleněný hranol rozbíjí rovně jdoucí bílý paprsek do paprsků spektra jdoucích odlišnými směry. Čočky v dalekohledu jsou vlastně takové variabilní hranoly s proměnným vrcholovým úhlem – v každém místě je hranol narafičen tak, aby střelil výstupní paprsek akorát do ohniska. Jenže vedlejší efekt je, že dalekohled zvětšuje červený a modrý kanál jinak než ten zelený. To se nákladně koriguje slepením čočky z několika čoček z odlišných druhů skla, ale určitá aberace stále přetrvává.


Vlevo: obraz kroužku bez aberace (1), s chromatickou aberací podélnou (2), kterou dalekohled má ale nekompenzujeme ji a příčnou (3), kterou kompenzujeme. CC-BY-SA Cmglee, Wikipedia Commons. Vpravo: jak se aberace kompenzuje dvojitými čočkami. CC-BY-SA DrBob, Wikimedia Commons

Kompilace programu dcraw

Na programu dcraw.c provedeme patch. Airdroid, iPhone nebo Chromium poškozuje data a někdy stáhne uříznutý soubor. Patch zajistí, že taková poškozená fotografie tiše nevygeneruje vadný obrázek. Ve funkci

void CLASS derror()

přidáme na konec

exit (1);

Zkompilujeme do binárka dcraw příkazem

gcc -o dcraw -O4 dcraw.c -lm -DNODEPS

Postup zpracování vyfoceného snímku

Přenos dat z iPhonu přes USB

Zapojíme datový kabel a na Raspberry Pi OS (Debian) se mi objeví okénko zda chci připojit iPhone. V jiných distribucích Linuxu doufejme také. Data jsou potom v /run/user/1000/gvfs. Žádné příslušné block device v lsblk  neexistuje.

Přístup je nespolehlivý, při operaci move vzniká občas falešná chyba že nelze smazat zdrojový soubor, protože údajně (nepravdivě) neexistuje. Po „Retry“ to prošlo na druhý pokus. Často také smazání tiše neproběhne: soubor se jakoby smaže, v telefonu ale stále je a při novém přimountování se zase objeví.

Na rozdíl od Airdroidu mi ale poškozené soubory nikdy nevznikly. Rychlost je 138 Mbps (pcmanfm) nebo 72 Mbps (mc), vyšší než 50 Mbps přes Wi-Fi. Fotky jsou na USB rozdělené do adresářů podle měsíců, ale jedna fotka která je podle data souboru červen byla v adresáři pro květen.

Root školení Elk

V příštím díle budeme pokračovat přenosem dat do Linuxu pomocí Wi-Fi.

(Autorem fotografií je Karel Kulhavý, není-li uvedeno jinak.)

Autor článku

Karel Kulhavý vystudoval operační systémy, sítě a překladače na MFF UK a je autorem optického pojítka Twibright Ronja a spoluautorem textového a grafického webového prohlížeče Twibright Links.