Allsky Camera Fai-da-te per camere ASCOM

Uno dei primi problemi affrontati in fase di progttazione dell’osservatorio è stato:

Come capire se il cielo è sereno o coperto/velato da 500km di distanza e senza poter “mettere il naso fuori a dare un occhiata?”

Da qui l’esigenza di implementare un qualche sistema di monitoraggio del cielo, il problema pero’ e’ che in commercio di soluzioni pronte all’uso ce ne sonodiverse ma sono tutte molto costose mentre il fai da te risulta lacunoso sotto alcuni punti di vista.  Facciamo un po il punto della situazione delle principali soluzioni disponibili:

  1. Moonglow AllSkycam

La camera e’ a colori e con un sensore CCD a colori da 1/3″ dalla risoluzione relativamente bassa (547×457 pixel), E’ una classica camera da videosorveglianza con collegamento RCA e un convertitore analogico/digitale da collegare a un qualsiasi computer. L’obiettivo e’ un grandangolare da 1.24mm f2.8 e puo eseguire esposizioni da 1/100000sec a 4 secondi. Il produttore dichiara una magnitudine limite raggiunta di 4 al massimo tempo di esposizione.

La scocca e’ molto piccola, praticamente puo essere montata in cima a un bastone e la “cupolina” e’ in vetro. Richiede un alimentazione esterna per alimentare la camera e il sistema anticondensa.

Il software proprietario in dotazione oltre alla conversione dell’immagine in formato digitale e all’upload dell immagine statica o delle ultime N immagini sul web offre alcune chicche come la proiezione dell’orizzonte, inoltre essendo concepita originariamente per un uso diurno grazie alla regolazione automatica dell esposizione e’ in grado di riprendere anche nelle giornate piu assolate.

Probabilmente una delle piu diffuse, purtroppo fuori produzione e introvabile nell’usato se non a prezzi folli. Se non vado errato all’epoca il costo era di poco piu di 1000$.

2. SBIG AllSky 340

La ferrari delle Allskycam, viene proposta sia a colori che in bianco e nero, monta un vero CCD 16bit Kodak KAI-0340 con risoluzione di 640×480, pixel da 7.4mm e otturatore elettromeccanico.  Il collegamento e’ via cavo seriale, a detta del produttore un vantaggio in quanto seppur piu lento (un immagine si scarica in circa 15secondi) consente di utilizzare cari RS232 lunghi fino a 30 metri. Monta un Fisheye Fujinon da 1.4mm f1.4 e ha un sistema elettrico anticondensa.

La scocca e’ uno scatolotto da 14x14x28cm con una cupola in plastica. Richiede un alimentazione esterna per il funzionamento, e a detta del produttore con esposizioni fino a 50millisec e’ utilizzabile anche in pieno giorno anche se produrra un effetto blooming in corrispondenza del sole.

Il software in dotazione e’ proprietario, e consente oltre all’upload delle immagini su internet e al timelapse anche di creare video delle immagini riprese, l’autosottrazione del dark, la regolazione automatica del tempo di esposizione e di pilotare il sistema anticondensa .

Sul sito del produttore costa la bellezza di 2400$.

3. Starlight Xpress Oculus

Tra i prodotti commerciali lo ritengo un buon compromesso, monta un CCD Sony ICX205 16bit 1392×1040 con pixel da 4.65micron. Collegamento USB 2.0 e un fisheye 2.5mm f1.2 che restituisce un campo di circa 150 gradi. Opzionale un Fisheye da 1.55mm f2 per avere 180 gradi.

La scocca e’ cilindrica di circa 95mm di diametro e 150mm di altezza e monta una cupolina in plastica. E’ presente anche un sistema di anticondensa che richiede un alimentazione esterna. Non viene dichiarato se idonea anche per l’uso diurno.

Riguardo al software se ne leggono di cotte e di crude, L’originale e’ fatto male e incompleto, chi come me possiede camere starlight ha ben presente quali obbrobri sono i software originali in dotazione.. ecco siamo su quel livello, qui pero’ ci viene in aiuto un programma veramente completo di terze parti che pero approfondiro in seguito.

Il prezzo della versione base e’ di circa 1000Euro.

4. Interactive Astronomy SkyEye

Monta lo stesso sensore Sony della Starlight Oculus, anche per lei collegamento USB 2.0 e sistema anticondensa, monta un obiettivo fisheye Sunex 2.6mm f2, che restituisce un campo inquadrato di circa 160×120 gradi a detta del produttore per meglio sfruttare l’intero campo offerto dal CCD.

Anche per lei scocca cilindrica, sistema anticondensa e cupola in plastica. Il software e’ proprietario e ovviamente funziona solo con la sua camera. Sbirciando le guide devo dire che e’ veramente completo e fatto bene, oltre alle funzioni gia citate sugli altri prodotti offre un platesolver per la riduzione astrometrica delle immagini e una serie di funzioni per l’individuazione e segnalazioni di bolidi o meteore.

Il prezzo si aggira intorno ai 2000Euro.

5. AllSky Raspberry Fai-da-te

Rivolgendosi al faidate esistono varie implementazioni su raspberry ma il problema e’ che la PiCam (Omnivision Ov5476) e’ concepita per l’uso diurno o in accoppiata a illuminatori infrarossi quindi bassa risoluzione e relativamente poco sensibile al buio..

Esistono poi alcune implementazioni utilizzando camere QHY/ASI che sembrerebbero funzionare anche discretamente ma in piu di qualche caso gli utenti lamentano problemi con i driver e comunque a livello software offrono poco piu dell’upload delle immagini sul web, gestire e convertire FIT da megapixel diventa un operazione piuttosto pesante per un Raspy. Per chi volesse approfondire lascio un paio di link:

Raspberry AllSkyCam – Instructables

Stargazer Lounge – Cheap Allsky Camera

SkyInspector – AllSkyCam

Comunque googlando si trovano parecchi progetti avviati e sviluppati da utenti. L’unico vantaggio che riconosco a questo tipo di soluzioni e’ che non richiedono un PC per la gestione essendo praticamente tutto gestito dal Raspy.

6. AllSkyCam Reflex Fai-da-te

Se la soluzione SBIG e’ la Ferrari delle Allskycam, questa e’ una Pagani Zonda, molto costosa, molto performante e da realizzare artigianalmente nella propria officina domestica.

La camera di ripresa e’ una comune Reflex APS-C abbinata a un Fisheye 180 gradi e inscatolata,volendo puo esserci abbinato un otturatore rotante, sistemi anticondensa eccetera. Lo scopo per cui si e’ andati su questa tipologia di camera e’ che il sensore di grandi dimensioni della reflex unito a una focale decisamente piu lunga rispetto alle normali Allsky consente una vera e propria riduzione astrometrica delle immagini per calcolare effettivamente le traiettorie delle meteore. Un applicazione del genere e’ da intendersi proprio per lo studio di bolidi e meteore, siamo quindi a un livello piuttosto avanzato. Nella documentazione non ho trovato riferimenti in merito al software utilizzato ma immagino che chi imbastisce un attrezzatura del genere sia anche disposto a sfogliarsi le centinaia di immagini riprese durante la notte alla stregua di chi ricerca supernove. Qui di seguito i link per chi volesse approfondire:

HHEBBES e BINGO AllSky (pdf)

S.P.A. Meteor Imaging with DSLR Cameras

Tra tutti i progetti che ho valutato questo e’ senza dubbio il piu interessante ma per l’uso che mi interessa e’ una soluzione fin troppo raffinata.. quindi cosa implementare senza svendere l’altro rene rimanente ma al contempo avere una soluzione con una risoluzione e una sensibilita almeno decenti?

Analizziamo in dettaglio di cosa si compone una AllSkyCam e ragioniamoci un po su:

  1. Una “custodia” sigillata e impermeabile con una cupola
  2. Camera di ripresa con obiettivo grandangolare
  3. PC su cui far girare il software e immagazzinare le immagini
  4. Software per la ripresa e upload dell’immagine

Analizziamo sommariamente i vari punti e vediamo quale tra questi ‘e il componente piu critico.

La custodia e’ realizzabile piuttosto facilmente e in economia, e’ sufficente una scatola stagna tipo le Gewiss opportunamente dimensionata e una cupolina, la cupola sarebbe preferibile in vetro ottico ma le ho cercate in lungo e in largo su internet e devo dire che quelle decenti hanno costi veramente proibitivi, una cupolina in acrilico si trova piuttosto facilmente dai rivenditori e ha un costo accessibile nell’ordine dei 30-50Euro, ci sara da mettere in conto una sostituzione perche a differenza del vetro le cupole in acrilico tendono a usurarsi e rovinarsi. Anche un sistema anticondensa e’ piuttosto facile da realizzare e richiede poche resistenze per generare il calore necessario a  superare il punto di rugiada. C’e da tenere conto che anche la camera di suo scalda quindi anche quello aiuta a mitigare il problema.

La camera di ripresa e’ un aspetto da non sottovalutare, sensori troppo piccoli restituiranno un immagine a risoluzione microscopica, al contempo sensori troppo ad alta risoluzione genereranno immagini fin troppo grandi per l’uso che ci interessa farne. Credo che una camera tipo la ASI120/QHY5LII sia piu che adatta allo scopo. L’obiettivo grandangolare e’ da scegliere accuratamente in relazione al sensore che si intendera utilizzare. Consiglio di prendere nota della diagonale in pollici del sensore e sceglierne uno  opportunamente dimensionato per quella specifica dimensione si sensore. Io ho optato per una camera ASI120MM abbinata a un fisheye da 1.4mm comprato per poche decine di Euro su AliExpress. La ASI offre un suo grandangolare dal campo di circa 150 gradi ma a me interessava poter riprendere da orizzonte a orizzonte quindi l’ho sostituito dopo circa un mese (giusto il tempo di farlo arrivare dalla cina).

Il Pc e’ da dimensionare in relazione all’uso che se ne vorra fare, se interessa semplicemente l’upload  non e’ necessario che sia eccessivamente potente, se invece si intende anche fare la riduzione astrometrica o la rilevazione automatica delle meteore andra opportunamente dimensionato sia in termini di potenza che di storage. Maggiore e’ la risoluzione dell’immagine maggiore sara’ la potenza necessaria ad elaborare l’immagine e maggiore sara’ lo spazio occupato su disco, c’e da tenere conto che la ripresa sara continua quindi una notte di ripresa puo facilmente occupare vari gigabyte su disco.

Tutti i componenti fin qui citati sono di facile reperibilita sul mercato quello che effettivamente e’ critico e fa la differenza e’ il software che gestisce la ripresa. Al di la delle soluzioni proprietarie citate in precedenza che sono blindate per girare solo con la loro camera esistono varie alternative, molti utilizzano Firecapture, oppure esistono diversi software di terze parti che pero presentano principalmente 2 difetti: sono incompleti e mancano di alcune funzionalita oppure sono appositamente programmati per girare su certe camere (ad esempio le imaging source).

Casualmente girovagando tra i gruppi Yahoo sono incappato in un bel software amatoriale, concepito inizialmente come alternativa per il pessimo software Starlight Express e a un certo punto del suo sviluppo il programmatore ha deciso di implementare il supporto per le camere ASCOM.

EUREKA! Questo software e’ praticamente utilizzabile con qualsiasi camera astronomica che abbia un driver ASCOM.

AllSkEYE ASCOM

Questo software nasce con l’intento di rimpiazzare il software originale della Starlight Oculus e ha implementato anche il supporto a tutte le camere ASCOM. Tra le varie funzioni che supporta:

  • Conversione al volo da FIT a JPG/PNG
  • Sottrazione del dark
  • Upload automatico dell’ultima immagine via ftp ogni tot tempo
  • Regolazione automatica del tempo di esposizione in relazione agli ADU della ripresa
  • Regolazione automatica del gain in relazione all’orario (per la ripresa diurna)
  • Apposizione di vari watermark tra cui i punti cardinali, l’orario ecc
  • Rilevazione delle meteore
  • Archiviazione dei FITS
  • Creazione di un video della notte (sia automatico che manuale)
  • Allarmi per informare in caso di meteore o bolidi

In pratica offre quasi tutte le funzioni implementate nei software piu blasonati a costo zero e lo sviluppatore e’ molto disponibile e risponde sempre piuttosto velocemente sul gruppo Yahoo. La soluzione e’ talmente valida che anche Starlight Xpress l’ha inserita nel suo sito al posto del software originale dell’Oculus. Se decidete di utilizzare questa soluzione che tra quelle free e’ a mio avviso la migliore per funzionalita e versatilita’ prendetevi il tempo di leggervi il manuale e studiarvi tutti i settaggi perche c’e veramente da perderci tempo per trovare i settaggi corretti e ottimali.

La mia realizzazione

Ecco quindi la camera che abbiamo realizzato per l’osservatorio. Come accennato in precedenza e’ cosi composta:

  • ASI120MM
  • Fisheye 1.25mm f2 per sensori 1/3″ (acquistato su Aliexpress, ora non piu in commercio)
  • Sistema di resistenze anticondensa comandata da scheda rele’
  • Scatola stagna da esterno
  • Cupola in acrilico Starlight Express

La scatola e’ volutamente piu grande del necessario in quanto ospita al suo interno anche un SQM-LE e un rilevatore di Nuvole/pioggia che pero’ trattero separatamente in un apposito articolo.

La camera e’ gestita dal software AllSkEye Ascom che provvede alla sottrazione del dark, conversione, archiviazione e upload delle immagini qui sul blog e visibile alla pagina Cielo a Manciano.

Fin da subito ho avuto alcuni problemi con la camera, in particolare restituiva degli “Split Frames” ed era di fatto inutilizzabile, ho provato varie soluzioni online senza successo, l’unica realmente effficace e risolutiva e’ stata quella di far lavorare la camera in modalita RAW8bit (selezionabile nel driver ascom).

un esempio di split frame

Un altro problema a cui pero ancora non ho trovato una soluzione e’ per l’utilizzo diurno della camera. Sebbene sia possibile settare gain e tempi di esposizioni diversi per giorno e notte per mancanza di tempo ancora non sono riuscito a trovare un settaggio corretto e la camera aggiusta di continuo il tempo di esposizione in un loop “esposizione quasi corretta-sovraesposta-sottoesposta-esposizione quasi corretta” e cosi via

Un altro problema fortunatamente secondario e’ lo spazio occupato su disco. La camera e’ configurata per riprendere esposizioni massime di 20 secondi, facendo un rapido calcolo in una notte astronomica invernale di circa 12 ore riprende circa 2000 immagini da 1.2Mb cadauna per un totale di circa 2Gb per notte. In un mese quindi abbiamo circa 60gb occupati + gli eventuali video creati in automatico (da 100 a 400mb cadauno in base alle impostazioni di qualita’ e framerate), tenetene conto quando dimensionate lo storage.

ALCUNI SCRIPT UTILI

Qui di seguito ecco alcuni script e plugin utili per rendere piu completa la consultazione della AllSkyCam nella sua pagina dedicata:

Netcam / Webcam Live Stream (plugin wordpress)

Questo plugin permette di fare automaticamente il refresh dell’immagine ogni tot secondi evitanto quindi di dover ricaricare la pagina.

Auto AnimateImage (plugin wordpress)

Questo plugin permette di generare una gif animata con le ultime N immagini caricate dalla Allskycam. Comodo per una migliore comprensione dell’evoluzione del cielo nel tempo.