Svet-Stranek.cz
Astrofotografie - Jan Filip

AllSky:Amatérská astrofotografie

AllSky

Jak postavit levně celooblohovou kameru? K čemu je to dobré? S čím je potřeba počítat? To se dozvíte v textu níže...

Pokud není v textu uvedeno jinak, postřehy se týkají při použití RPI a HQ kamery.

Testovací snímky a vytvořené video ke stažení naleznete v odkazu na konci textu.


Úvodem:


Rozhodl jsem se, že  doba pokročila a dostal jsem potřebu si sestavit svoji vlastní celooblohovou kameru. K čemu může tato vychytávka sloužit? Možnosti využití je několik, lze použít jako zdroj pro vytváření Keogramů či přehledovou kameru, jak to vlastně vypadá na obloze. Nicméně hlavní náplní této kamery spatřuji v detekci meteorů.


Obr.1 - ukázkový výstup Startrails


Pár úvah před stavbou:


To, že chci celooblohovou kameru, bylo jasné. To co jsem ale nechtěl, dát za ni balík. Z toho důvodu bylo ceně podřízeno téměř vše. Díky tomu ze zařízení plynou některá omezení, se kterými je nutno počítat.

Základní deska: 

Jako obvykle jsou 2 možnosti. První výběr je platforma. Můžeme zvolit Linux či Win. Pro Linux lze pokračovat volbou RPI_3B+ či RPI_4B._Při_použití_Win,_je_to_obvyklá_moje kombinace_UP_Board_cena_6300,_nebo Latte_Panda odhadem_kolem_4600,-Samozřejmě_jsou_možné_i další deriváty těchto desek či některé z méně obvyklých.

Zda zvolit RPI_3B+ či RPI_4B je jiná otázka. RPI_4B je celkově rychlejší, nemá tak s prominutím blbě řešené napájení a podporuje větší rozlišení kamery zapojené do MIPI CSI portu. Zda je rozdíl zásadní při použití RPI HQ kamery, nedokáži posoudit. Obecně pokud Vaše volba bude provozovat to s RPI HQ kamerou, volil bych RPI_3B+. Pokud kamera bude od ZWO, volil bych RPI_4B. Cenový rozdíl je cca 1000,-. Pokud u RPI_4B váháte ohledně výběru velikosti RAM, volil bych buďto 4 GB nebo 8 GB verzi. Nicméně u RPI_3B+ to běží i na 1 GB.


OS a program:

V případě použití základní desky s podporou Win není příliš jiná možnost, než zvolit instalaci Win 10. Jako program bych v tomto případě volil program AllSkyEye - je sice placený, ale má velké možnosti konfigurace. Vzhledem k ceně Win 10 doporučuji pro nekomerční účely zvolit některou z druhotných licencí. Snímací kameru lze použít jakoukoliv s podporou Ascom.

Při použití RPI je volba OS také vcelku jednoduchá a tou je RPI OS Bullseye. Jako program doporučuji systém od Thomase_Jacqina. Není úplně ideální, obzvláště pokud to člověk srovná s AllSkyEye, ale je dostačující. Jeho hlavním omezením  je volba snímací kamery. Tou může být v tomto případě buďto RPI HQ kamera či některá z kamer od ZWO. Jiná volba není.

RTC:

Myslete na to, jakým způsobem bude aktualizován čas v zařízení. Pokud zvolíte základní desku Up Board, tak ta má RTC již zabudované. V případě Latte Panda vás čeká sranda s pájením - věnoval jsem se tomu ZDE. V případě RPI je nutno použít nějaký modul, například TENTO. Instalaci tohoto modulu je nutno provést podle tohoto POSTUPU.

Pokud ale máte zaručen přístup na internet, lze to ignorovat, čas bude aktualizován z netu.

Step down moduly:

Proč mám použité 3? Jeden nastavuje napětí pro RPI, druhým mám ovládané otáčky ventilátoru, protože se mě ho nechtělo zapojovat na GPIO a posledním mám řešenou regulaci vyhřívání kopulky. Jestliže použijete výstup napětí  pro ventilátor z GPIO, máte na výběr napájení 5V nebo 3V. Tím se dá ušetřit 1 měnič.

RPI 3B+ má obecně trochu divně řešeno napájení. Pokud ho chcete napájet skrz micro USB, je nutno zvolit minimální napětí 5,15V jinak se bude RPI tvářit, že zdroj nedostačuje. Je nutno odzkoušet a eventuálně přidávat po 0,1V. Při napájení z microu USB jde napětí do přepěťové ochrany přímo na desce RPI, takže snese i mírně zvýšené. Pokud budete napájet skrz GPIO, je nutno nastavit napětí zcela přesně, protože tím obejdete ochranné prvky. V případě RPI 4B to již není tak kritické. U něj lze využít i napájení přes POE.

Vzhledem k nízkým proudům v zařízení jsem použil moduly s LM_2596, na který jsem ale přidělal pasivní chlazení, lze je nahradit lepšími Xl_4015. 

Nastavení pevné IP:

V případě, že přistupujete k zařízení přes síť, je vhodné nastavit pevnou IP adresu, ať zařízení nemusíte stále hledat. Postup pro Win je ZDE a pro RPI TADY. Pokud_to_nechcete_dělat,_lze_použít_program Network_IPS_scanner pro_Android
či verzi_pro Windows a nechat si přiřazenou IP adresu najít.

Kopulka:

Jsou 2 možnosti. Buďto plastová nebo skleněná. Plastovou prodávají soudruzi na Aliexpressu a skleněná lze pořídit třeba ZDE. Bohužel skleněná je investice v řádu několika tisíc, takže jsem zvolil plastovou. Kopulku je vhodné volit větší, aby případné nečistoty byly dále od objektivu. Pokud zvolíte plastovou, jakékoliv čištění zcela určitě způsobí miniaturní škrábance, které sníží kontrast snímku. V tomto případě zcela jasně platí, méně je více! 

RPI 3B+ instalace a zprovoznění:

Provozuji to na OS Bullseye. 

Instalace jako taková proběhla bez problémů, nicméně zprovoznění chvíli trvalo.

Jako první je potřeba nastavit v .config GPS. Bez toho to fungovat nebude.

Jako druhá věc v pořadí, je ověření funkčnosti kamery. Postup je ZDE.

A do třetice - pokud zařízení stále hlásí Allsky software is starting up, je třeba postupovat ZDE.

Samozřejmě je potřeba zprovoznit RTC, pokud nebude zařízení permanentně v síti.

Volitelně můžete pokračovat vytvářením scriptů či konfiguracemi automatickými akcemi.


Obr.2. - prototypová verze


Používání scriptů:


Já jsem se vytvořil pro Raspi OS sadu skriptů, které mi zrychlují případnou práci se zařízením. Dva jsou vytvořeny pro zálohu, přesněji kopírují snímky pořízené kamerou na dané umístění. První jsem si označil jako primární záloha, protože v kopulce uvnitř je uložiště 128 GB  a druhý je označen jako sekundární - ten způsobí kopírování na připojený disk - vhodné pro fyzický přenos souborů.

Myšlenka byla taková, že po spuštění Raspberry se mě provede primární záloha, ale ještě se mi to nepodařilo rozběhat.

Další script mi spouští kameru a snímá s FPS cca 30 snímků. To je vhodné pro zaostření kamery, ale dá se to použít pouze ve dne. 

Tyto scripty nejsou extra důležité, ale je příjemné místo přetahování složek pouze spustit daný script.

Popisované scripty naleznete ke staženi ZDE._V_některých_je_nutné_editovat_cílovou cestu, protože ta se bude lišit od použitého zařízení.

Při volbě jakým způsobem spouštět script, zvolte možnost Spouštět v terminálu.

Jak jsem řekl, nejsou nezbytně důležité a možná by je stálo přepsat do jiného jazyka, aby bylo možné je spouštět jednodušeji, ale moc se mě do toho nechce.

Vyhřívání:


V každém případě je nutné kopulku nějakým způsobem vyhřívat nebo se na ní bude kondenzovat vzdušná vlhkost. Pro kopulku s vnitřním průměrem 97 mm dostačuje výkon kolem 1 W. Lze to řešit dvěma způsoby. Prvním z nich je přebytečné teplo z RPI vyfukovat směrem do kopulky. Nevýhodou je, že nemáte přímou kontrolu nad tím, jak moc je potřeba topit. Druhý způsob je ohřevem přes rezistory - zde je třeba brát v potaz hodnotu ve Wattech, pro který byly koncipovány.  Na mém zařízení mám topení nastavené na 0,8W a maximální výkon, jaký mohu použít, je 1,25 Watt - spíše ale méně. To v mém případě odpovídá maximu při 8,29 V, ale tato hodnota se může samozřejmě lišit, v závislosti na tom, jaké rezistory budou použity a jaký bude jejich celkový počet. Je možné, že v případě skleněné kopulky bude muset být výkon vyšší. 

Pokud by se použila skleněná kopulka, tak místo obyčejných rezistorů by bylo vhodnější použít rezistory keramické či podobné, zobrazené na snímku dole.



Obr.3 - jedna z alternativ rezistorů

Pokud si nepamatuje Ohmův zákon, pro stanovení příslušných veličin, můžete použít třeba TOTO.

Chlazení:


V případě použití RPI je vhodné zvážit i to, jakým způsobem bude chlazena základní deska. RPI_3B+ lze provozovat s nějakým pasivním chlazením, RPI_4B již nikoliv, pokud nebude pasivní chladič opravdu veliký. Já jsem šel raději cestou aktivního chlazení u RPI_3B+. Díky tomu mám stabilně teplotu procesoru kolem 50 stupňů Celsia. Proč je chlazení v případě RPi tak důležité? Jde o to, že pokud se bude RPI přehřívat, dojde k podtaktováni výkonu. Děje se tak  důvody ochrany RPi. Nicméně pokud se RPI přepne do "úsporného" režimu, může to ovlivnit stabilitu zrovna spuštěných aplikací.

Pokud použijete LattePandu, šel bych také cestou aktivního chlazení, pokud použijete UpBoard, tam by již mělo pasivní chlazení vyhovovat.

V případě pochybností o tom, jaký styl chlazení použít, sledujte nějakým vhodným nástrojem teplotu procesoru a rozhodněte se podle něho. Vždy totiž záleží i na tom, jak je veliká krabička, ve kterém máte zařízení zabudováno a jaká tam je cirkulace vzduchu. 

Nelze tedy s určitostí říci předem, jaké chlazení použít. Aktivní je ovšem sázka na jistotu.


Velikost SD karty v případě použití RPI:

Jako minimální velikost, se kterou lze pracovat, je 16 GB. Já to řešil tak, že mám připraveny právě 2 karty pro RPI. Jednu mám s velikostí 16 GB - tu používám jako zálohu a také pro testování nastavení apod., druhou mám 128 GB, kde mám nahranou "stabilní" verzi. 128 GB dostačuje pro nepřetržité noční snímání po dobu třech měsíců, při Bin 1x1.

Při použití Bin 2x2 (snímek 660 kb) a frekvence 720 snímků za 12 hodin, vychází při použití úložiště 128 GB , doba snímání cca 270 dní. V každém případě ale vyřešte frekvenci zálohy. 

Mějte na paměti, že neustálý přepis SD snižuje její životnost. Bohužel v případě RPI se mi nepodařilo nastavit jinou než defaultní cestu ukládání v místním úložišti, šlo mi pouze nastavit  vzdálené úložiště. Rozhodně je ale lepší po odladění nastavení zvolit maximální dostupnou velikost SD karty a data z ní mazat teprve při zaplnění zhruba 75%. 

Nicméně doba pokročila a pokud člověk používá alespoň trochu značkové SD karty,  nemusí se toho až tolik obávat. Platí ale obvyklé počítačové moudro, vždy zálohujte data, o která nechcete přijít.

Reflexy a umístění kamery:


Reflexy jsou problém. U plastové kopulky se jich prostě nezbavíte. Volte proto takové stanoviště, kde je minimální množství parazitního světla. V případě volby skleněné kopule, volte tu s antireflexními vrstvami. 

Pozor také na umístění objektivu. K některým reflexům může docházet i odrazem od základny krabičky a podobně. Já je minimalizoval tak, že jsem zbrousil horní plochu krabičky jemným brusným papírem a následně přestříkal matnou černou barvou. Ideální to úplně není, ale je to lepší než nic.

Umístění kamery volte právě s ohledem na reflexy. Je vhodné, aby byla výše od základny. Důvodem jsou právě reflexy od základny a druhým důvodem je velikost zkreslení plastové kopulky u její základny. Já mám kameru docela utopenou, nicméně jsem tuto variantu zvolil kvůli schování základní desky kamery. Pokud bych ale použil jinou kameru, než je RPI HQ, například ZWO či QHY, objektiv bych umísti výše.


Obr.4 - umístění rezistorů pro vyhřívaní a nástřik černou matnou barvou pro snížení reflexů

Upevnění kopulky:


Jelikož tuto verzi nemám permanentně v provozu, nároky jsou trošku nižší. To se mimo jiné projevilo i na upevnění kopule.

Pokud bych tento přístroj umístil na pevné, venkovní stanoviště, kde by pracoval v režimu 24/7, k dotěsnění kopule bych zřejmě použil silikon pro elektrikářské účely. Pokud použijete klasický sanitární, ten je kyselý a způsobuje poškození elektroniky.

V mém případě, kdy zařízení je koncipováno jako výjezdní jsem zvolil upevnění, viz. foto.


Obr. 6. - vložení kopulky do příruby

Jedná se o vlastně 2 destičky spojené do sebe a přišroubovány k vrchní části krabičky. V závěru jsem je trochu zdrsnil a přestříkal opět matnou černou, kvůli možným odrazům.

Díky tomu, že kameru mám docela zapuštěnou, tak v kombinaci s těmito přírubami, mám zorný uhel někde kolem 170 až 175 stupňů. To znamená, že došlo k omezení zorného pole někde mezi 5 až 10 stupni. 

Technická dokumentace ke kopulce je na snímku níže. Pozor při projektování upevnění na to, zda použijete pouze kopuli, či využijete pryžové těsnění, které je s některými typy dodáváno.


Obr. 7- rozměry kopulky BEZ těsnění
 

S čím je třeba počítat - shrnutí:


1. Kamera RPI HQ není žádné terno. Ani zvolený objektiv nepatří mezi topy.

2. Plastová kopulka způsobuje zkreslení. Není to zrovna optický díl.

3. Pozor na reflexy - plastová kopulka je hodně háklivá.

4. Ukládání snímků je ve formátu JPEG, snímky můžou obsahovat artefakty.

5. Generování "bonusových" snímků (Startrails, Keyogram, Timelapse), se spouští po ukončení režimu nočního snímání, pokud to nespustíte manuálně v terminálu.

6. Na automatickou expozici není takový spoleh, jak by si člověk mohl myslet.

7. Před kopírováním snímků na externí uložiště, je nutné program AllSky vypnout.

8. Datová náročnost u mého nastavení dosahuje cca 1GB za 12 hodin.

9. Odběr činí spolu s vyhříváním, cca 0,5 A, při napájení z 12 V.

10. Pro tvorbu videa je vhodnější použít některý z jiných programů, než se spoléhat na RPI, tím máte kontrolu nad kompresí a celkovým vzhledem. Z nouze lze použit i Window Movie Marker, ale ten již není mnoho let podporován, nicméně i ve Win 10 funguje. Z komerčních řešení mi připadá nejjednodušší Zoner X.

11. Vzhledem k velikosti px kamery je vhodné videa i snímky prohlížet na nějakém větším monitoru - alespoň 24 palců s rozlišením minimálně full HD.

12. Zcela určitě po nastavení systému použijte vytvoření zálohy. Ušetříte si starosti s opětovným nastavováním.

13. Program AllSky si žije vlastním životem. :) Myšleno v dobrém i ve zlém. Některé věci se nastavují složitě a některé věci nejdou nastavit vůbec. Smiřte se s tím nebo použijte AllSkyEye pro Win.

14. Vždy před spuštěním ověřte zaostření objektivu. 

15. Běžný dosah je s RPI cca 4,95 mag. Lze upravit postprocesingem či za cenu zvýšení šumu, upravit hodnotu gain.

16. Pro běžné použití dostačuje.

17. Plná verze testovacího snímku je dostupná na klik ZDE.  Testovací snímky a vytvořené video, naleznete v odkazu ke stažení ZDE.

18. K vytvoření Startrails lze externě použít program StarStax.

19. K vytvoření videa je lepší také používat externí program. Tím má člověk lepší kontrolu na zadávané parametry. (MovieMaker, ZonerPhoto Studio X...)

20. Nepodařilo se mi odladit některé automatické akce a to žádným způsobem (cron, různé programy na zálohy apod). Pokud se to někomu podaří, kontaktujte mě.


Obr. 7 - téměř finální stav

Seznam součástek:


1x RPI 3B+ 1100,-
2x vypínač 30,-
1x USB_D_socket 43,-
1x větráček 50 mm s krytkou
1x SD_karta_16GB   330,-
4x nožičky
3x step down modul  40,-
5x odpor 10 ohm

Baterie CR 1225 lze nahradit CR 1220. 1225 má kapacitu 50 mA, 1225 35-40 mA. Rozměrově jsou téměř podobné. Liší se pouze ve výškou, 2.5 mm vs 2.0 mm. 
 
Celkem cca: 4600,-

V této ceně nejsou započítány některé drobnosti, jako odpory, montážní šrouby a některé součástky, jenž se mi válely doma. Pozor ale při objednávání, vzhledem k poštovnému výsledný součet odhaduji tak o 1500,- vyšší. Celkově tedy reálně ta sranda vyjde kolem 6500,- a v tom není započítáno přidělání kopulky přírubami zhotovenými 3D tiskem.


Obr.8 - Ukázka keogramu

Závěrem:


Se zařízením jsem v rámci možností spokojen. Na to, že je to vlastně prototyp, tak dobrý. Za zvážení samozřejmě stojí umístění kamery. Na druhou stranu by to zase znamenalo vedení plochého kabelu do kopule, tak nevím. 

Také popřemýšlím nad nějakým jiným objektivem. Také by se mi líbila indikace teploty v kopulce - třeba na to něco naprogramuji. 

Je pravda, že pár věcí bych při sestavení udělal jinak, ale znova opakuji, výrobek považuji za prototyp, což mu ale neubírá na funkčnosti.

Děkuji, že jste dočetly až sem, k tomuto projektu se někdy vrátím, až se budu nudit. :)

A poslední rada: 

Při testování nastavení a konfigurace, rozhodně zálohujte! Věřte mi, vím o čem mluvím. Není nic příjemnějšího, než po celodenním nastavování a testování,  rozbít si OS Bullseye a začít od znova. Čím méně rozumíte Linuxu, tím větší je pravděpodobnost, že uděláte něco, co se mu nebude líbit. :) Na druhou stranu, po odladění je to téměř blbovzdorné a vysoce stabilní.
návštěvníků stránky
celkem150 705
tento týden60
dnes60