Home > Интервью > Интервью с астрофотографом Юрием Торопиным

Интервью с астрофотографом Юрием Торопиным

Вокруг нас существует большое разнообразие жанров фотосъемки – можно специализироваться на репортажной съемке, анималистике, пейзажах, макро- или подводной фотографии. Но астрофотографу Юрию Торопину этого мало, его привлекают объекты, расположенные далеко за пределами Солнечной системы – звездные скопления, туманности, галактики. Астрофотография невозможна без специальных знаний и навыков и подразумевает использование нетривиальных технических решений и технологий обработки изображений. Постараемся пролить свет на этот редкий жанр фотографии.

Интервью для сайта компании Nikon. Проведено 22 сентября 2010.

– Юрий, расскажите, почему Вы занялись астрофотографией, а не каким-либо другим видом съемки?

– Дело в том, что по образованию я профессиональный астроном. Закончил астрономическое отделение физфака МГУ им. Ломоносова. Учился в аспирантуре, защитил кандидатскую диссертацию. Долгое время занимался наукой, а в 1999 году ушел в бизнес. Поскольку, с одной стороны, стало скучновато, 10 лет в науке – это много. Наука – это ведь такая же работа, как и все остальные. С другой стороны, в то время она не давала возможности обеспечить себе приемлемое материальное благополучие. Долгое время не получалось решить вопрос жилья, например. Поэтому я ушел в серьезную коммерческую компанию, в которой работаю до сих пор.

Фотография и изображение небесных тел – это то, что в свое время привело меня в астрономию. Некий визуальный аспект – интересно и необычно. Эти формы не встречаются у нас на земле. И спустя несколько лет именно фотография вернула меня в астрономию, но уже в качестве любителя. В 2003 году я наткнулся на форумах на интересные любительские астрофотографии, сделанные в том числе и профессиональной камерой Nikon D1. Оказалось, что за буквально несколько лет моего «отсутствия» произошел революционный технологический переворот – появились доступные цифровые приемники. Ведь когда я учился и работал в институте, небо снимали в основном на фотопластинки, ПЗС-камеры только начинали появляться. Мы знали о цифровых приемниках, но они стоили непомерно дорого.

До этого у меня была цифровая «мыльница» со встроенным зум-объективом, но гибкость, предоставляемая «тушкой» со сменой оптикой, была очень привлекательной. Звёзды сложились благоприятно, Nikon к тому времени уже выпустил свою первую «любительскую» зеркалку D70, которой я и обзавелся в течение полугода. Еще через пару-тройку месяцев нашел все необходимые переходники, чтобы крепить «тушку» фотоаппарата к телескопу. Опробовав все это в действии и получив первые результаты, я пришел в восторг! Потому что то качество фотографий, которое получилось на цифровом приемнике, оказалось во много раз лучше результатов с пленки. При этом сразу получались цифровые данные, готовые к обработке. А это важно, поскольку в астрофотографии очень многое строится именно на цифровой постобработке отснятого материала.

– Какие объекты Вы снимаете?

– В астрофотографии есть несколько направлений. Многие любители снимают объекты солнечной системы – это планеты, Луна, само Солнце. Меня же интересуют объекты далекого, «глубокого космоса» («deepsky» – англ.) – звездные скопления, туманности, галактики. И в этом жанре есть несколько подразделов: широкоугольная фотография – то что делается объективами с фокусным расстоянием от 8-15 мм, включая объективы «рыбий глаз», когда в кадр попадает «половина неба», большие звёздные поля, до изображений, полученных объективами с фокусными расстояниями в 200-300 мм, когда снимаются уже какие-то индивидуальные объекты или их группы. Для получения более детальных «портретов» астрофизических объектов применяются уже разнообразные телескопы с фокусными расстояниями от 600мм до 2-3 метров.

– При съемке на длинных выдержках возникают какие-либо проблемы, связанные с нагревом матрицы, с шумами?

– На ранних моделях шум, привносимый электроникой, был более заметен. На современных камерах эта проблема практически отсутствует. Тем не менее бороться с шумами все же приходится. При закрытом затворе на выдержке, равной выдержке экспонирования объекта, делается так называемый «темновой» кадр. Он содержит информацию о распределении шумов. И потом «темновой» кадр вычитается из снимка, в результате пропадает темновой шум. В астрофотографии очень «дорого» вычитать темновой кадр после каждой экспозиции. Сначала снимается серия кадров с объектом, потом – серия «темновых» кадров, которые складываются специальным образом, уменьшая тем самым случайный шум. Потом из кадров с объектом вычитается суммарный средний «темновой» кадр. Также проводится очистка от «шумов считывания», возникающих в электронике камеры при считывании и оцифровке любого кадра вне зависимости от экпозиции. Всё это называется калибровкой отдельных субъэкспозиций.

Суммарные экспозиции при съемке слабых объектов далекого космоса могут достигать многих часов. Я применяю индивидуальные выдержки по 10-15 минут. И вот такими небольшими суб-экспозициями накапливаю до 10-12 часов на объект. Объекты ведь слабые – соотношение сигнал/шум на отдельных кадрах получается очень низкое. Но тут на помощь приходит математическая статистика, – например, 16 отдельных экспозиций одного объекта, откаллиброванные, выровненные и сложенные вместе и дадут сумму, на которой объект будет в четыре раза лучше различим, чем на единичном кадре.

– Для обработки и совмещения кадров используется какое-то специальное программное обеспечение?

– Да, есть специальный софт. После того как появились достаточно дешевые цифровые зеркалки, количество людей, занимающихся астрофотографией резко возросло. Особенно на западе. Появилось сообщество и появился софт. Можно конвертировать в Nikon Capture NX, либо вести всю обработку в специальных программах, которые позволяют автоматизировать рутинные процессы, связанные с калибровкой и сложением кадров, совмещением изображений звезд. Ведь из-за механических погрешностей и ошибок ведения телескопа звезды не попадают в одно и то же место на матрице – их изображения с разных кадров надо совмещать друг с другом. В результате «сборки» десятков кадров получается некое исходное изображение, тусклое и малоконтрастное, на нем почти ничего не видно. Далее следует колдовство по усилению яркости объектов на снимке, которое в идеале не должно приводить к возрастанию шумов.

– При съемке звездного неба звезды часто получаются не точками, а дугами, поскольку Земля вращается. Как можно этого избежать?

– Есть специальные устройства слежения, экваториальные монтировки. Монтировка обеспечивает неподвижность оптической оси системы относительно звезд, которые двигаются из-за суточного вращения Земли. Экваториальная монтировка делает один оборот вокруг собственной оси, которая направлена в так называемый Полюс мира, за одни звездные сутки. Но одной только монтировки недостаточно. Звезды, если бы не было атмосферы, описывали бы по небу абсолютно ровные дуги. Но у Земли есть атмосфера, она работает как линза, искажает треки звезд за счёт атмосферной рефракции. Звезды у линии горизонта сначала поднимаются быстрее, затем медленнее. Кроме того есть проблемы, связанные с не идеальностью самой монтировки, в которой применяются механизмы червячного типа. Понятно, что все эти шестеренки не идеальны. В результате возникает некая периодическая ошибка. Поэтому параллельно с той системой, которая непосредственно занимается съемкой неба, приходится дополнительно ставить маленький телескоп, который называется гидом. Гид помогает отслеживать одну из звезд и как бы ведет за ней всю систему. В гиде стоит цифровой приемник с маленькой матрицей – например, web-камера, и периодически (раз в секунду или реже) замыкается цепь обратной связи. Система измеряет положение звезды на матрице и в зависимости от того, куда она сместилась, корректируется движение монтировки: замедляет или ускоряет его, приподнимает или опускает.

В общем когда съемка ведется длиннофокусной оптикой, приходится попутно решать еще ряд вспомогательных задач. И в астрофотографии, помимо привлекательности небесных объектов, мне очень нравится вся эта сложная механика, математика, вопросы связанные с отладкой системы…

– Можно вопрос по параметрам съемки? С выдержками понятно, а ISO и диафрагма обычно какие?

– Есть небо, и на его фоне мы пытаемся зафиксировать объекты, яркость которых заметно меньше яркости самого неба. То есть имеется некий пьедестал, а на его фоне маленькая слабенькая туманность. Поэтому при выборе ISO и диафрагмы надо стремиться зафиксировать как можно больше фотонов. Понятно, что предпочтение отдается наиболее светосильным линзам. Есть классическая линза Ai-S Nikkor 180mm f/2.8 ED – это первая Никоновская линза с ED стеклом, которая была представлена в 1981 году. Она до сих пор является классическим вариантом для астрофотографии – дает контрастное изображение, имеет высокое разрешение, хорошую коррекцию такиз аббераций, как хроматизм, кома и астигматизм, обладает хорошей светосилой. За фиксированный промежуток времени с ней вы накапливаенте достаточно хороший сигнал. Между тем опыт показывает, что очень мало линз, которые одновременно были бы светосильными, и при этом не вносили какие-либо аберрации в изображение. Стоит специально упомянуть последние версии светосильных телевиков от Nikon, таких как AF-S NIKKOR 300mm f/2.8G ED VR II, которые показывают высочайший уровень коррекции аббераций и вполне пригодны для астрофото и при полностью открытой диафрагме.

Теперь разберемся, за что отвечает ISO. Чем больше ISO, тем больше тот коэффициент, на который умножается значение сигнала, считанное из ячейки матрицы. Поэтому у вас есть выбор. Либо снимать на низком ISO 200 с коэффициентом усиления, условно, в единицу, и получать слабый сигнал, но широкий динамический диапазон – при 12-битной дискретизации матрица фиксирует 4096 градаций яркости. Либо применять ISO 1600 и коэффициент усиления, условно, в этом случае будет равен восьмерке, значения усиленного сигнала будут выше. Но – тогда динамический диапазон, 4096, нужно поделить на 8,и получится всего 512 градаций яркости. Значит после этого “растяжения” у вас останутся на снимке только те значения, которые были изначально в диапазоне от нуля до 512. В общем, чем больше ISO, тем меньше динамический диапазон. Вы не можете одновременно зафиксировать и слабые объекты, и яркие, потому что яркие начинают выгорать, зато видны слабые. Если ISO низкое, то вы хорошо фиксируете яркие звезды, они не выгорают, но при этом туманности зачастую будут невидимы, будут теряться на уровне фона. Поэтому выбирать ISO нужно в зависимости о того, что снимаете. Если яркие звездные скопления, чувствительность лучше поставить низкую и получить большой динамический диапазон. Если Вы гоняетесь за другими объектами – слабыми галактиками и туманностями, а звезды не важны, то ISO нужно повыше, чтобы вытянуть слабую информацию.

Еще нужно учитывать такой нюанс: есть параметр эффективности системы – сколько фотонов должно упасть на матрицу, чтобы был зафиксирован один электрон, ведь считываются с матрицы именно электроны. Для любой камеры есть значение ISO при котором соотношение конвертации фотонов в электроны близко к единице. Т.е. если упал один фотон, будет зафиксирован один электрон. Для моих камер Nikon D70 и D50 оптимальный параметр усиления достигается при ISO около 800. При таком ISO все, даже слабые фотоны, которые попали на матрицу, будут считаны.

– А у более новых камер?

– Я не пробовал. Хочу сейчас купить Nikon D7000 на замену своему заслуженному D70, но буду его использовать в основном для «бытовой» съемки. Есть одна тонкость, о которой еще не успел рассказать. Любительские цифровые зеркальные фотоаппараты хороши тем, что они выпускаются большими партиями и потому – относительно дешевые и у них нет проблем с браком. Но их проектируют и оптимизируют для бытовой съемки, и это накладывает ряд ограничений на применение DSLR в астрофотографии.

Во-первых, во всех цифровых зеркалках перед матрицей стоит инфракрасный фильтр. Он «отрезает» самую важную в астрономии спектральную линию. Это линия излучения водорода H-альфа с длиной волны 6563 ангстрема. Если посмотреть кривую пропускания фильтра, то становится ясно, что он «обрезает» спектр на более коротких частотах. И все водородные туманности на стандартных цифровиках прорабатываются плохо, они почти невидимыми на снимках. Но если ИК-фильтр выкинуть, то сигнал оказывается в разы мощнее. Понятно, что серьёзные астрофотографы берут и выкидывают из своей фотокамеры этот самый фильтр или меняют его на другой, пропускающий красную линию водорода. Понятно, что после такого «вандализма» камера не подлежит никакой гарантии, кроме того без фильтра будет уплывать баланс белого при обычной съемке, но приходится чем-то жертвовать.

В ранних моделях было еще одно серьёзное ограничение – неотключаемый шумодав. Размер звезд с хорошей оптикой на матрице получается чуть больше одного пикселя, и когда по снимку проходится медианный фильтр – шумодав, направленный против «горячих пикселей», на изображении срезается и половина слабых звезд. Люди и здесь нашли выход: если в момент съемки темнового кадра камеру принудительно выключить, то на карту памяти запишется кадр, который хранился в буфере, а этап шумоподавления пропускается. Технические это реализуется так: умельцы сделали устройство, которое вставляется в камеру вместо батарейки. Эта коробочка дает команду камере “начать съемку”, а, когда экспонирование завершено и начинается считывание темнового кадра, она неожиданно снижает напряжение питания с 7 до 5 вольт. Камера думает, что у нее садится батарейка и срочно записывает из буфера снимок на флешку, пропуская этап шумоподавления.

Конечно же мы, астрофотографы, используем бытовые фотокамеры не по назначению, в достаточно специйических целях, поэтому никаких претензий по поводу фильтров и т.д. к производителям фототехники не имеем. Более того, в последних моделях, кроме моделей начального уровня, тот же «шумодав» полностью контролируется фотографом и может быть отключён.

– Чтобы наблюдать и снимать небо, нужно выезжать из Москвы?

– Да, дело осложняется (или становится более интересным?) из-за того, что нужно иметь хорошее небо. Яркость ночного неба – это как раз тот пьедестал, на фоне которого снимают объекты. Физика говорит, что чем выше засветка неба, тем выше уровень шумов. Я снимаю в Подмосковье. У меня построена небольшая обсерватория в 100 километрах к югу от Москвы. Все как положено – здание с откатывающейся крышей, монтировка, на ней телескоп.

И это очень хорошо, что Москва у меня остается на севере – большинство интересных астрономических объектов достигают наибольшей высоты над горизонтом как раз в направлении на юге, где у меня на обсерватории почти нет засветки. Но не всегда съемка ведется стационарно – многие увлеченные астрофотографией люди устраивают выездные съемки. Едут, например, на Кубань, в местечко Мезмай где проводятся астрослёты. И там такое небо, что глазом прекрасно видно Млечный путь от края до края, со звёздными скоплениями и прожилками тёмных туманностей. Такие условия позволяют получать совершенно другие по качеству снимки. Народ ездит на Кавказ, в Африку под южное небо, поскольку некоторые созвездия из нашего полушария не видно. И зачастую берут с собой либо небольшие телескопы, которые помещаются в ручную кладь, либо фотолинзы, ведь большую монтировку, большой телескоп не потащишь с собой.

– От оптики многое зависит?

– Конечно, чтобы получить качественную картинку, нужен качественный объектив. Опыт показывает, что идеальных линз для астрофотографии не существует – так или иначе проявляют себя три аберрации, которые давно известны фотографам – это хроматизм, кома и астигматизм. Хроматическая аберрация проявляется в виде фиолетовой каймы на контрастных границах. Понятно, что на звездах хроматизм заметен очень сильно. Даже у моего Nikon 180mm f/2.8 ED AI-S, который является одним из лучших объективов в своем ценовом диапазоне, не полностью скорректирована хроматическая аберрация в синих лучах. Вокруг слабых звезд ничего не заметно, а вокруг ярких появляются небольшие синие ореолы. Но эти ореолы можно убрать на стадии обработки. Кома заключается в том, что точечные объекты, расположенные близко к краям и углам кадра, начинают растягиваться. Превращаются в эллипсы, у них вырастают «хвостики», получаются маленькие кометки. Астигматизм приводит к тому, что изображение из точечного становится каким-то более сложным. Точки превращаются в крестики, треугольники и т.д. Когда вы не получаете точку на изображении, звезды перестают быть похожими на звезды. Страдают и протяженные объекты – рукава галактик, например. Происходит замыливание деталей. В итоге нет того разрешения, которое можно получить с качественной линзой – нет хорошей проработки деталей. И вы не можете использовать полученный снимок в максимальном разрешении, потому что он “мыльный”.

На данный момент (и это не только мой опыт) один из лучших объективов для астрофотографии – это такая уже старинная никоновская проекционная линза APO-El-Nikkor 105mm f/5,6, которая выпускается с 60х-70х годов для проекторов. У нее простая конструкция со стеклами из флюорита – искусственно выращенного кристалла с очень хорошим показателем дисперсии. Так вот этот объектив очень высоко ценится, потому что дает хорошее изображение. Пусть у него невысокая светосила, но большинство линз со светосилой f/2,8 все равно в астрофотографии реально можно использовать только на закрытых до f/5,6 диафрагмах.

Существует мнение, что качественные линзы со светосилой лучше f/5,6 просто невозможно построить. Видимо, это пока что непреодолимый барьер, который можно будет преодолеть при открытии каких-то более совершенных оптических материалов. Да, сложные современные длиннофокусные светосильные объективы, например, уже упоминавшийся выше AF-S NIKKOR 300mm f/2.8G ED VR II, имеют очень высокую степень коррекции большинства аббераций, включая хроматическую, за счёт сложности применяющейся оптической схемы. Но сложность этих объективов, а в них объединены больше десятка оптических элементов, приводит к высокой сложности их юстировки, сложно собрать соосно так много элементов. Поэтому они начинают реально хорошо рисовать, начиная с диафрагмы f/4, у большинства же экземпляров на f/2.8 будет небольшой, но заметный на звёздах астигматизм.

В моем «арсенале» четыре объектива: Nikkor 28mm f/2.8 Ai-S, старый 55mm Micro Nikkor AI-S (забавно, что я микролинзой снимаю космос), уже упомянутые Nikkor 180mm f/2.8 ED Ai-S и APO-El-Nikkor 105mm f/5,6.

– Можете дать рекомендацию начинающим? Как снимать звездное небо?

– При съемке звездного неба надо быть готовым к тому, что необходимы экспозиции от 15 секунд и длиннее, до десятков минут. При таких длинных выдержках звезды превращаются в дуги. И многим людям это нравится. Длина трека звезды зависит от времени экспонированная, фокусного расстояния объектива и размера матрицы. Хотите длинные треки – берите объектив с большим фокусом и делайте выдержки длиннее. Не хотите треков – фокусное по-меньше, как и экспозицию. Для съемки камеру нужно закрепить неподвижно – положить на что-то жесткое и прижать, либо поставить на штатив. Я иногда снимаю с камней. Если хотите сфотографировать пейзаж со звездами, где будут и земные объекты переднего плана, то надо зажать диафрагму до f/8 – f/11, чтобы получить приличную глубину резкости. Более закрытые диафрагмы использовать не стоит, будут заметны дифракционные эффекты и не будет резкой картинки. Итак: подбираете выдержку по длине трека. ISO ставите такое, чтобы проработались не только звезды, но и более слабые объекты. Длинные выдержки делаете в режиме BULB с помощью ИК-пульта дистанционного управления. Не помешает включить предварительный подъем зеркала, если он в вашей камере есть. Если есть внешний источник питания, лучше использовать его, аккумуляторы быстро разряжаются, особенно, на морозе. Важно снимать в RAW-формате, чтобы зафиксировать максимальный динамический диапазон и иметь возможность скорректировать баланс белого задним числом, для работы с RAW я рекомендую Nikon Capture NX.

– Что можете сказать о своей фототехнике? Довольны ею?

– Свой «астрономический» Nikon D50 я использую для астрономической съемки уже около 5 лет. На нем заменен ИК-фильтр, чтобы можно было фиксировать космические объекты в H-альфа диапазоне. Последнюю зиму он провел в холодных условиях – минус 30 градусов. И даже на морозе стабильно отрабатывал выдержки по 10 минут в течение всей ночи – затвор ведет себя прекрасно. Если соблюдать элементарные меры предосторожности – сразу не доставать фотоаппарат из кофра, зайдя в теплое помещение после съемки на морозе, чтобы избежать появления конденсата, то все будет в порядке.

С D70 я объехал много мест. днями катался с ним на горных лыжах при 25-градусном морозе. Он был со мной на Эльбрусе. Снимки на вершине были сделаны без каких-либо проблем. Эта камера исправно работает уже более шести лет! Моя оптика тоже очень надежная. Даже штатный любительский объектив 18-70mm – действительно очень качественный даже с точки зрения фотосъемки звезд. Хорошую картинку рисует. И тоже до сих пор работает без всяких проблем.

– Представляет ли астрофотография какую-то научную ценность?

– Есть ряд научных задач, связанных с объектами Солнечной Системы – это поиск комет и астероидов. В России народ активно этим занимается. Большая тематика связана с поиском и отслеживанием космического мусора, всех этих останков ракетоносителей, отработавших свое спутников. Есть отдельные любители и группы, занимающиеся поиском тех объектов и явлений в глубоком космосе, которые невозможно предсказать. Например, они ищут Сверхновые звезды – когда звезда заканчивает свой жизненный цикл, у нее выгорают водород и гелий, внутреннее давление падает, звезда схлопывается и начинаются реакции с более тяжелыми элементами. Звезда взрывается как Сверхновая. Это событие важно зафиксировать на как можно более ранней стадии с тем, чтобы далее профессионалы могли получить хороший ряд наблюдений, в физике Сверхновых до сих есть много нерешенных вопросов. А вот любительские фотографии солнечных затмений, например, зачастую не имеют научной ценности, зато эти явления очень красиво и эффектно смотрятся на снимках.

Фотограф: Юрий Торопин

Тема: Астрофотография

Ссылки: flickr, picasa

Использует: Nikon D50, D70, Ai-S Nikkor 28 f/2.8, Ai-S Micro Nikkor 55mm f/2.8, Ai-S Nikkor 180mm f/2.8 ED, APO-El-Nikkor 105mm f/5,6.

Почему Nikon: Первичный выбор брэнда любителем, во многом, спонтанен и эмоционален, нерационален. При выборе своей первой зеркалки мне понравилась «ухватистость», эргономичность D70, качество и солидность сборки. Эксплуатация фототехники либо подтверждает выбор, «рационализируя» его результатами и впечатлением от реального использования, либо накапливается негатив, понуждающий дальше искать свой «идеальный» инструмент. В моём случае спонтанный выбор Nikon стал счастливым, техника не подводила, «тушки» работают без сбоев в весьма жёстких неблагоприятных внешних условиях, под хорошей нагрузкой. Богатый выбор линз Nikkor и тот факт, что никоновский F-байонет не менялся многие десятилетия, даёт мне высочайшую свободу в выборе объективов, позволяет использовать самые лучшие из стареньких ещё неавтофокусных Ai линз с современными камерами, тем самым давая неограниченный доступ к настоящим «жемчужинам» оптического дизайна. Да и современные телевики представляют собой истинные шедевры оптического дизайна и механики.

Беседовал Антон Мараховский


  1. No comments yet.
  1. No trackbacks yet.