عدسة تضخيم DIY للتصوير الفلكي

عندما يتعلق الأمر بمشاهدة السدم والمجرات وغيرها من الأجسام الموجودة في السماء العميقة، كان أمام علماء الفلك الهواة خيارين. يمكنهم الرؤية بالعين المجردة من خلال التلسكوب وإدراك هذه الأشياء المذهلة على أنها لطخات باهتة لا تبدأ حتى في التقاط جلالها، أو يمكنهم التقاط صور طويلة التعريض باستخدام الكاميرات الفلكية وعرض النتائج على شاشة العرض أو الكمبيوتر، مما يسلب فورية تجربة مراقبة النجوم.

توجد عدسات تلسكوبية مستقلة مع تضخيم الضوء النشط للمشاهدة في الوقت الفعلي، ولكن المنتجات التجارية باهظة الثمن، حيث تكلف مئات إلى آلاف الدولارات. كنت أرغب في الحصول على شيء يمكنني استخدامه في أمسيات مراقبة علم الفلك العامة التي أنظمها في مجتمعي. لذلك قررت أن أصنع عدسة تضخيم منخفضة التكلفة يمكنك صنعها بنفسك، لتسهيل على الزائرين مراقبة الأجسام الموجودة في أعماق السماء ولكن دون الحاجة إلى استثمار مالي كبير من جهتي.

وسرعان ما أدركت أن هناك بالفعل صناعة مليئة بالأجهزة اللازمة للتعامل مع ظروف الإضاءة المنخفضة – صناعة الكاميرات الأمنية. في مواجهة التحدي المتمثل في مراقبة المناطق مع مجموعة متنوعة من الإضاءة، وغالبًا ما تستخدم كاميرات منتشرة على منشأة كبيرة، أنشأ صانعو كاميرات الدوائر التلفزيونية المغلقة (CCTV) معيارًا للفيديو يستخدم أجهزة استشعار رقمية لالتقاط الصور ولكن بعد ذلك ينقلها كإشارات تناظرية عالية الدقة عبر الكابلات المحورية. باستخدام معيار النقل التناظري عالي الوضوح (AHD)، يمكنك توصيل كاميرات جديدة بالكابلات الطويلة الموجودة مسبقًا مع الاستمرار في الحصول على صورة عالية الجودة.

وحدة استشعار صورة CMOS من كاميرا أمنية [top left]، بطاقة التقاط USB [bottom left]، وعدسة الكاميرا OLED [right] معالجة بيانات الفيديو التناظرية.جيمس بروفوست

على الرغم من أنني لم أكن بحاجة إلى قدرة هذه الكاميرات على التصوير لمسافات طويلة، إلا أنني كنت مهتمًا جدًا بسعرها المنخفض وقدرتها على التعامل مع الظروف المظلمة. الهدف التجاري لهذه الكاميرات هو وحدة تدمج مستشعر الصور CMOS مع الأجهزة الإلكترونية الداعمة. بعد إجراء بعض الأبحاث، استقررت على وحدة تجمع بين مستشعر Sony IMX307 بدقة 2 ميجابكسل ومجموعة شرائح NVP2441 الداعمة.

كان العامل الأساسي هو اختيار مجموعة شرائح المستشعر التي تدعم شيئًا يسمى وضع Starlight أو Sens-Up. وهذا يجعل الكاميرا أكثر حساسية للضوء من العين البشرية، ولو على حساب سرعة قليلة. يتم إنشاء الصور من خلال دمج ما يقرب من 1.2 ثانية من وقت التعرض على المستشعر. قد يؤدي ذلك إلى لقطات أمنية متقطعة، لكنها ليست ملحوظة عند إجراء ملاحظات على السدم والأجسام الفلكية الأخرى (ما لم يكن هناك شيء بالطبع حقًا يحدث غريب في السماء!)

من علم الفلك إلى الكاميرات الأمنية والعودة مرة أخرى

إن وجود وضع Sens-up هو في الواقع جزء من التراث التقني لأجهزة استشعار التصوير الرقمي. تم تطوير أجهزة استشعار CMOS كخليفة للأجهزة المزدوجة الشحنة (CCD)، والتي احتضنها المجتمع الفلكي بفارغ الصبر بعد طرحها في عام 1970، لتحل محل لوحات التصوير الفوتوغرافي ذات التعريض الطويل. ومع ذلك، فإن القدرة على التقاط إطارات التعرض لمدة ثانية واحدة نادرًا ما تكون شيئًا تم تصميم كاميرات المراقبة من أجله: يمكن أن تكون عيبًا أكثر من كونها ميزة، مما يؤدي إلى صور غير واضحة للأشياء المتحركة أو الأشخاص.

ونتيجة لذلك، نادرًا ما يتم ذكر هذه الإمكانية في أوصاف المنتج، ولذلك كان العثور على الوحدة المناسبة هو الجزء الأكثر تحديًا: فقد اضطررت إلى شراء ثلاث وحدات مختلفة للكاميرا قبل أن أتمكن أخيرًا من شراء واحدة تعمل.

يتم تمرير الإخراج من وحدة الكاميرا إلى عدسة الكاميرا الرقمية، التي تعرض كلاً من قوائم الفيديو والتحكم التي تم إنشاؤها بواسطة الوحدة. يتم التنقل في هذه القوائم باستخدام عصا تحكم رباعية الاتجاهات يتم الضغط عليها للاختيار والتي تتصل برأس مخصص في الوحدة.

يتم أيضًا تمرير إخراج الكاميرا إلى بطاقة التقاط تعمل على تحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية وتوفر واجهة USB-C، والتي تسمح برؤية الصور وحفظها باستخدام الهاتف الذكي. يمكن تشغيل جميع الأجهزة الإلكترونية عبر البطارية للتشغيل الكامل المستقل أو من خلال كابل USB متصل ببطاقة الالتقاط.

يمكن التحكم في وحدة HD التناظرية مباشرة باستخدام عصا التحكم للتنقل بين القوائم التي تظهر على الشاشة. يمكن توفير الطاقة خارجيًا عبر موصل USB-C الموجود على بطاقة الالتقاط أو عبر حزمة بطارية اختيارية.جيمس بروفوست

تتلاءم المكونات مع حاوية صنعتها من أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد، ومصممة لتتناسب مع قطر معظم عدسات التلسكوب البالغ 32 ملم لسهولة التركيب. تكلفة الأمر برمته أقل من 250 دولارًا أمريكيًا.

اختبار العدسة المكبرة

لقد أخرجت العدسة المكبرة الجديدة باستخدام تلسكوب Celestron C11 لتجربتها. وسرعان ما رأيت في عدسة الكاميرا سديم الدمبل، المعروف أيضًا باسم ميسييه 27/M27، والذي عادة ما يكون من الصعب جدًا رؤيته. لقد كان أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ مقارنة بالملاحظة بالعين المجردة. من المؤكد أن الفرق لم يكن ملحوظًا كما هو الحال مع المنصة التجارية التي تحتوي على تبريد يقلل الضوضاء لإلكترونيات الاستشعار. لكنه لا يزال يمثل تحسنا هائلا وبجزء بسيط من التكلفة.

سديم أوريون، على بعد حوالي 1340 سنة ضوئية.جوردان بلانشارد

يعد مكبر الصوت أيضًا أكثر تنوعًا: يمكنك إزالته من التلسكوب، ومع عدسة عالية الدقة مقاس 2.8 مم مثبتة على مستشعر وحدة الكاميرا، يمكنك استخدامه ككاميرا للرؤية الليلية. وهذا مفيد عند محاولة العمل في ظروف خارجية مظلمة في الليالي المرصعة بالنجوم!

بالنسبة للمستقبل، أرغب في ترقية وحدة الالتقاط USB-C إلى وحدة يمكنها التعامل مع الإخراج الرقمي للمستشعر مباشرة، بدلاً من الإشارة التناظرية فقط. وهذا من شأنه أن يعطي زيادة ملحوظة في الدقة عند التسجيل أو البث إلى الهاتف أو الكمبيوتر. أبعد من ذلك، أنا مهتم بإيجاد وحدة كاميرا أخرى منخفضة التكلفة ذات تعرض أطول، وتحسين الغلاف المطبوع ثلاثي الأبعاد بحيث يكون من الأسهل البناء والتكيف مع إعدادات المراقبة الأخرى. بهذه الطريقة ستبقى العدسة العينية ميسورة التكلفة، لكن لا يزال بإمكان الناس دفعها نحو علم فلك أكثر جدية بمساعدة إلكترونية.