Kamery

Prawie każdą kamerą można rejestrować meteory. Jeśli kamera będzie mało czuła to będzie trzeba czekać znacznie dłużej aż na niebie pojawi się wystarczająco jasny meteor by kamera go zobaczyła. Istnieje jednak pewne ograniczenie racjonalności wykonywanych obserwacji. Obserwacje są cenne z naukowego punktu widzenia jeśli możliwe będzie nie tylko zobaczenie meteora na nagraniu lecz również określenie gdzie na niebie się pojawił.

Celem projektu jest zbieranie danych dzięki którym możliwe będzie policzenie trajektorii i orbity obserwowanych meteorów. Wymaga to dużej precyzji w określeniu miejsca na niebie gdzie pojawił się meteor. Najdokładniejszym sposobem by to zrobić jest porównanie pozycji meteora na filmie z gwiazdami na tle których przeleciał. Tak więc graniczą czułością kamery jaka potrzebna nam jest w obserwacjach to taka przy której widzimy gwiazdy na obrazku. Im więcej tych gwiazd jest tym lepiej będziemy w stanie wyznaczyć pozycję meteora. Oczywiście im większą czułość będzie miała nasza kamera tym więcej meteorów zobaczymy.

Kluczem do projektu PAVO stało się pojawienie ekstremalnie czułych kamer przemysłowych. Wcześniej obserwacje meteorów możliwe były tylko ze wzmacniaczami obrazu a to bardzo droga technologia po za naszymi Polskimi możliwościami finansowymi.

Skok czułości możliwy był dzięki nowej technologii wykonywania elementów CCD w kamerach. Technologia ExView HAD polega na naniesieniu na matryce mikro soczewek (po jednej na każdy piksel), które dodatkowo skupiają światło na elementach światłoczułych. Dzięki tej technologi możliwe jest niemal dwukrotne zwiększenie czułości w stosunku do tradycyjnego CCD. Dodatkowo technologia jest na tyle tania, że kamery z CCD ExView HAD są nieznacznie droższe od zwykłych.

Dobierając kamerę do obserwacji meteorów interesuje nas przede wszystkim czułość oraz rozdzielczość. Kamera idealna dla naszych zastosowań powinna mieć czułość przynajmniej 0.001 lux przy F/1.2. oraz rozdzielczość >=480 linii.

Wszystko by było proste gdyby producenci i dystrybutorzy podawali czułość w jednym standardzie. Na poszukujących czułego sprzętu czyha wiele pułapek. Prawidłowo podana czułość powinna zawierać dwie informacje: przy jakim obiektywie dokonany został pomiar (np F/1.2), przy jakim minimalnym "oświetleniu" (tego w katalogach prawie nie sposób znaleźć!) oraz czy było włączone "AGC" i na ile procent (tego w ogóle nikt nie podaje). Jak widać przedzieranie się przez katalogi dystrybutorów to niemal szukanie po omacku. Trzeba mieć szczęście by trafić to czego się chce. Zakupy to loteria do tego stopnia, że ten sam model tylko z innej serii może mieć inną czułość.

Parametry mogą również wprowadzać w błąd w drugą stronę. Kamery które ostatnio kupujemy według producenta mają małą czułość tymczasem my je sprawdziliśmy wiemy, że są dla nas dobre. Jedynym sposobem by przekonać się jaką czułość ma dany egzemplarz to przetestowanie go. Niestety nie zawsze jest to możliwe.

Pierwsze cztery kamery, które kupiliśmy (w ciemno) na szczęście okazały się wyjątkowo dobre. Były to TAYAMA TC-3181-62B. TAYAMA to firma produkująca bardzo tani i kiepski sprzęt do telewizji przemysłowej ale ten model im bardzo dobrze wyszedł.

Następna seria zakupionych kamer pochodziła z MINTRON-a. Dawały bardzo ładny obraz. Później okazało się że powodem małych szumów była mała rozdzielczość. Szum był "rozmywany" przez elektronikę. Kolejnym kupowanym przez nas sprzętem był SIEMENS CCBB1320-MC.

Co kupić?

To pytanie zawsze tak na prawdę jest otwarte. Wciąż pojawiają się nowe kamery o odpowiednich parametrach a stare modele nie są dalej produkowane. Obecnie (2009 02 20) mogę polecić kamerę TAYAMA C3102-01A1. Jest ona tania, czuła i daje ostry obraz. Jej głównym mankamentem jest wiele pionowych pasków o różnej jasności. Nasze oprogramowanie pozwala jednak pozbyć się tego efektu.

Obiektywy

Znalezienie dobrego obiektywu dla kamery też nie jest proste. Większość obiektywów dla telewizji przemysłowej jest fatalnej jakości. Jest to znowu potrzeba rynku. Najlepiej sprzedają się najtańsze a nie najlepsze obiektywy. Mało komu zależy na znakomitej jakości. Byle by było coś widać.

Wykonaliśmy test 13 modeli obiektywów. Do testu wybraliśmy obiektywy o ogniskowych poniżej 12 mm i światłosiłach lepszych niż F/1.4. Wynik był jasny i niepodważalny. Obiektywy Ernitec pobyły wszystkie pod względem zasięgu i ostrości obrazu.

Do specjalnych obserwacji stosujemy obiektywy f=8mm F/1.2 Ernitec. Dają one fenomenalny ostry obraz z dużą ilością gwiazd nawet na miejskim niebie. Wykorzystywane są obecnie sporadycznie tylko przy dużych maksimach rojów, nie jako sprzęt do obserwacji w sieci PFN lecz do rejestrowania dużej ilości słabych meteorów.

W sieci PFN pracujemy prawie wyłącznie na obiektywach o ogniskowej f=4mm i F/1.2 wyprodukowanych przez Ernitec lub Computar. Z obuiektywami 8mm możemy rejestrować meteory do jasności 4mag, a dla 4mm do jasniości 2mag. zaletą obiektywów 4mm jest duże pole widzenia dlatego stanowią one trzon Polish Fireball Network.

Zakupione na począktu obiektywy EVETAR f=12mm F/1.4 wypadły tak tragicznie, że natychmiast przestaliśmy ich używać.

Obecnie co raz trudniej kupić wyżej wymienione obiektywy manualne stało-ogniskowe. Ich produkcja dawno została zakończona i jedynie nieliczni dystrybutorzy posiadają resztki magazynowe tych obiektywów. Sytuacja ta zmusiła nas do stosowania obiektywów z regulowaną ogniskową. Przetestowane zostały przez nas obiektywy Computar TG3Z2910FCS-IR f=2.9-8.2 mm F=1.0 oraz Spacecom 3-8mm F1.2. Możemy potwierdzić że oba dają ostry jasny obraz i nadają się do obserwacji meteorów. Niestety pierwszy z nich już przestał być produkowany.

Obudowy

We wstępnej fazie projektu PAVO oszczędzaliśmy na wszystkim i kamery wystawialiśmy na obserwacje bez obudów. Było to trochę stresujące bo nie można było zasnąć przez całą noc by niespodziewane opady deszczu nie zniszczyły sprzętu. To było sprzeczne z założeniem automatyczności i bezobsługowości obserwacji video. Sprzyjało to za to nocnej pracy bo coś przez te dziesiątki godzin trzeba było robić.

Obecne wszystkie kamery wyposażamy w obudowy. Obudowa powinna mieć dwie cech: być szczelna i nie ograniczać widoczności. O szczelność nie jest trudno. na ryku jest ogromna gama gotowych obudów do kamer telewizji przemysłowej. Gorzej jest z jakością szybek w tych obudowach. Najlepiej jest wymienić taką szybkę na filtr UV z dobrego szkła. Ostatnio jakość szybek w obudowach poprawiła się i już ich nie wymieniamy. Warto jednak przy zakupie wybrać obudowę o dużej szybie z przodu by przy szerokim polu widzenia obudowa nie weszła nam w pole widzenia.

Na początku stosowaliśmy głównie chińskie obudowy YAAN których cena pozostawia wszystkich konkurentów daleko w tyle. Zastosowany przez nas filtr idealnie pasował w okno obudowy. Oczywiscie taki filtr należy dokładnie przykleić by nie było przecieków do wnętrza obudowy.

Obudowa powinna być wyposażona w grzałkę. Ogrzewa ona przednią szybę zabezpieczając ją przed pokryciem rosą. Warto wybrać taką obudowę by grzałka była "na pokładzie" oszczędzi to nam trochę czasu który trzeba by poświęcić na zrobienie własnej.

Zrobioną przez nas grzałkę mocujemy do ścianki by nie latała nam bezwładnie przy noszeniu. Przykręcamy kamerę. Przepuszczamy kable przez przepust i podłączamy do gniazdek w kamerze. Po każdym majstrowaniu przy kamerach konieczne będzie wyregulowanie ostrości. Ostrość daje nam nie tylko ładniejsze obrazy ale zwiększa nam zasięg bo światło lepiej skupiane jest na kamerze. Ostrość regulujemy tak długo aż mamy pewność że widać najwięcej słabych gwiazd.

Przy skręcaniu należy pamiętać by nie dokręcać za mocno wszystkich śrubek. Gdy obudowa jest plastikowa łatwo ją zniszczyć czy ukręcić gwint.

Stanowisko jest gotowe do wystawienia na obserwacje. Co jakiś czas trzeba będzie jedynie wyczyścić przednią szybkę. Kamery nie należy kierować bezpośrednio w zenit bo po deszczu zrobi nam się na szybie jezioro. Obudowa powinna być choć lekko przechylona by umożliwić spływanie z szyby wody. Uwaga ta jest tylko na wszelki wypadek gdyż kamery pracujące w sieci PFN skierowane są zwykle jak najbliżej horyzontu. Pozwala to objąć polem widzenia większą część atmosfery a co za tym idzie zarejestrować więcej bardzo jasnych zjawisk.

Grzałki

Bez pogdrzewania optyki nie możliwe jest wykonywanie wielogodzinnych obserwacji. Szkło bardzo szybko sie wychladza co sprzyja powstawaniu rosy tam gdzie byśmy tego nie chcieli. Całe szczęście bardzo łatwo jest zabezpieczyć sie przed tym. Nie musimy sie obawiać o to że powietrze będzie lekko falować nad naszymi obiektywami. Przy rozdzielczosci kamer CCTV nawet tego nie zauważymy.

Do wykonania grzałki potrzebujemy dwa kawałki drutu, troche oporników i zasilacz. Przy dobieraniu oporników (rezystorów) należy kierować sie prawem Ohma czyli:

R=U/I

gdzie U - napię cie z zasilacza; I - prąd płynący w oporniku; R - Poszukiwana oporność (rezystancja). Przyda się jeszce jedna informacja: I*U daje nam moc jaka wydzieli sie na oporniku (rezystorze).

Powiedzmy, że mamy zasilacz 12V (Napięcie często stosowane przy zasilaniu kamer CCTV). Chcielibysmy by grzałka pobierała nie wiecej niż 200mA (0.2A). Zastosujemy 6 oporników połączonych równolegle, czyli przez kazdy opornik powinien płynąć prąd 33mA (0.033A). Wstawiamy to do wzoru na oporność: 12V/0.033A=364Ohmy. Na każdym oporniku wydzieli sie 12V*0.033A=0.4W. Musimy wiec w sklepie kupić oporniki ~360Ohm 0.5Watowe. Ważne jest by nie dać za małej dopuszczalnej mocy oporników bo mogą nam się spalić od wydzielanego ciepła.

Konstrukcja grzałki zależy od zastosowania. Jesli nie mamy obudowy to potrzebujemy ogrzać jednie obiektyw. Wtedy stosujemy grzałkę w kształcie drabinki.

Druciki oporników okręcamy wokół naszych drutów nośnych i lutujemy.

Grzałkę zabezpieczamy by z niczym się nie zwarła. Ciepło od oporników przeniknie przez materiał i ogrzeje obiektyw. Można przyszyć rzepa by łatwiej było montować grzałkę na obiektywach.

Jesli mamy obudowę ogrzewać musimy nie obiektyw tylko szybę przed nim. Teoretycznie można zrobić grzałkę taką samą i liczyć że podgrzewanie powietrze wewnątrz obudowy wystarczy. lepiej jest jednak zrobić grzałkę którą można umieścić bezpośrenio przy szybie.

Średnice okręgów z drutu dobieramy tak by nie przeszkadzała obiektywowi i mieściła sie do obudowy. Taką grzałkę rownież należy zabezpieczyć by z niczym sie nie zwarła.

Po zmontowaniu grzałki należy zprawdzić czy grzałka jako taka nie ma zwarcia bo stracimy zasilacz.

Do jednego zasilacza można podłączyc kilka urządzeń jeśli pozwala na to maksymalny prąd jaki możemy pobrać z zasilacza. Przy zasilaczu zamiast maksymalnego prądu może być podana maksymalna moc. Można to przeliczyc na maksymalny prąd: Imax=Napiecie/Moc. Powiedzmy ze mamy zasilacz o Imax=500mA. Nasza grzałka pobiera 200mA. Czyli spokojnie możemy podłączyc równolegle dwie grzałki. Będą one pobierały prąd 400mA z zasilacza. Jesli nasza kamera jest na 12V to grzałkę można podłączyć do jej zasilacza jesli ma wystarczający zapas mocy (maksymalnego prądu).

Grzałka nie musi pracować na stłym napięciu. Można zastosować tylko transformator który z 230V zrobi nam jakieś bezpieczne napięcie. Jest to troche tańsze rozwiązanie. My stosujemy zasilacze od kamer CCTV ktore sa tansze od sklepowych. Odrazu są w obudowach więc są wygodniejsze w użyciu.

Następnym krokiem przy konstruowaniu stanowiska do obserwacji video jest włożenie wszystkiego do szczelnej obudowy.

Złączki

Dział ten utworzony jest dla tych którzy nie posiadają wiedzy na temat elektronicznego i elektrycznego majsterkowania. Wyjaśnione zostaną nazwy oraz czczegóły konstrukcyjne niektórych podstawowych elementów.

Kabel video

Zalecam stosowanie kabla koncentrycznego 75 Ohm do połączenia kamery z odbiornikiem (Matroxem lub magnetowidem). Potocznie nazywa sie go kablem antenowym. Kupując należy zwócić uwagę na jakość kabla. Powinien mieć miedziany rdzeń i miedziany ekran z "plecionki". Niektórzy producenci aby obniżyć koszty stosują aluminiowa blaszke zamiast ekranu lub stalowy drut zamiast miedzianego rdzenia. Na rynku dostępne są również przewody do anten satelitarnych. Sa lepsze i droższe od zwykłych antenowych ale taka jakość nie jest nam potrzebna.

Wtyczka BNC

Powszechnie stosowanym sposobem podłączania sygnału wideo w telewizji przemysłowej jest BNC. Dzieki dodatkowemu zatrzaskowi zapewniają trwałość połączenia (choć jak każde połączenie stykowe z czasem utracą swoje właściwości i przestaną kontaktować). Gniazda BNC znajdują się przy każdej kamerze oraz przy kartach Matrox Meteor-II Standard. Dorabiając kabelki do kart typu MultiChanel rownież stosujemy BNC gdyż jest bardziej trwałe od zwykłych czyncz. Sposób montażu wtyczki BNC na kablu video przedstawiony jest poniżej. Zalecam zlutowanie srodkowego bolca wtyczki z rdzeniem kabla. zaodzczedzi to wielu nerwów w przyszłości.

Wtyczka czincz

W urządzeniach RTV powszechnie stosowane są wtyczki typu "czincz". Ich konstrukcja jest znacznie uproszczona w porownaniu do BNC. Jakość połączenia zależy od docisku jaki wywierają blaszki gniazda i wtyczki na siebie. Blaszki te dość szybko sie wyrabiają przy częstym łączeniu i rozłączaniu kabli.

Wtyczki czicz meskie posiadają bolec, natomiast żeńskie dziurke. Gniazda na obudowach mają postać żeńską, stąd czesto wtyczki żeńskie nazywane są gniazdami nakablowymi a nie wtyczkami. Ponieważ typowe kable podłączeniowe do magnetowidu zakończone są czinczami męskimi, radze zakończyć kable idące od kamer wtyczkami czincz żeńskimi aby nie potrzebne byly dodatkowe redukcje.

Montując wtyczkę na kablu rdzeń lutujemy do środkowej blaszki a ekran do długiej bocznej blaszki. Przed lutowaniem radze przłożyc kabel przez dziurę w plastikowej obudowie wtyczki.

Łączówka czincz - czincz

Czasem trzeba ze sobą połączyć dwa kable zakończone takimi samymi końcówkami czincz. Wówczas trzena zastosować łączówke. Najbardziej kompaktową formę ma łączówka dla dwóch wtyczek czincz męskich. składa się z dwóch gniazdek czincz zamkniętych w jedną obudowę. Gdy potrzeba połączyć dwa gniazda czincz jest trudniej. Jak dotad nie udalo mi się kupić męskiego odpowiednika łączówki z gniazdami. Do połączenia można zastosować kabelek zakończony z obu stron wtyczkami męskimi czincz.

Kabel Euro-czincz

Co raz częściej magbetowidy nie są wyposarzone w gniazda czincz a jedynym sposobem podania i pobrania sygnału video są tzw "Euro złącza" (wszedzie na świecie nazywane SCART). Nie warto samodzielnie robić kabelków zakończonych wtykiem Euro. za kilkanaście złotych można kupić gorowe kabelki z jednej strony zakończone wtykiem Euro a z drugiej czinczami.

Kabel do karty Matrox Meteor II Multi Chanel

Karty Matrox Meteor II Multi Chanel nie posiadają gniazda BNC do którego złatwością można przyłączyć sygnał video. Wejście uryte jest w dlugim 44 pinowym złączu na karcie. Aby dało się wykorzystać taką karte trzeba zrobić kabelek-redukcje zakończony gniazdem lub wtyczką BNC. Konstrukcja kabelka (sprzedawanego przez Matrox za 200zl) jest bardzo prosta. Sygnał video nalezy podać na pin 15 (bolec) a masę przyłączyć do pin 14. Kabelki należy odizolować od siebie tak by nie nastapiło przypadkowe zwarcie.

Na zdjęciach pokazany jest kabel zakończony wtyczką męską BNC. Lepiej jest stosować żeńską bo wtedy trzeba stosować mniej redukcji. Niestety cieżko dostać BNC żeńskie do montażu na tak grubym kablu. Aby z wtyczki męskiej zrobić gniazdo stosuję łączówkę BNC dla dwóch wtyczek męskich.

Przejśćówka BNC-czincz

Podłączenie katry Matrox z magnetowidem czy kamerą w każdej konfiguracji wymaga przejśćia ze złącz czincz na BNC. Do kupienia są dwa rodzaje przejściówek czincz żeński - BNC męski, oraz czincz męski i BNC żeński (gniazdo). Niestety narazie mam zdjęcuie tylko tego pierwszego.

Łączówka elektryczna (kostka)

Łączenie elektryki można zrobić po przez lutowanie wszystkich kabkli na stałe lub
za pomocą tzw kostki. Kostka daje możliwość dokonywania łatwych zmian w połączeniach w razie
wystąpienia jakis problemów lub gdy będzie konieczniość przebudowy.

Przejśćiówka C - CS

Niektóre obiektywy (szczególnie starszego typu) wymagają większej odległości obiektyw - kamera dla uzyskania ostrego obrazu. Takie obiektywy posiadają tzw montarz C. obiektywy o krótrzych dległościach obiektyw - kamera mosiadają montarz CS. Nowe kamery w zdecydowanej wiekszości mosiadają montaż CS a wiec aby podłączyć obiektywy C potrzebują dodatkowego pierścienia C-CS. Taki pierścień znajduje się przy każdej kamerze. Obiektywy Ernitec 4 i 8mm mają montaż CS wiec proszę nie przykrecać tego pierścienia gdyż nie jest on nam potrzebny.