Fototémata

Canon EOS 60Da: Speciální zrcadlovka pro astrofotografii

V dubnu letošního roku uvedl Canon bez předešlého upozornění, ale k velké potěše astrofotografů, speciální verzi zrcadlovky – Canon EOS 60Da. Označení se vůči běžné řadě zrcadlovek liší jen nenápadným písmenkem ‘a‘ za názvem modelu. V reálu však značí velký rozdíl pro astrofotografii, neboť poskytuje výrazně větší citlivost na nejčastější emisní mlhoviny zářící ve vlnové délce H-alfa. Co je na tomto modifikovaném fotoaparátu tak úžasného? 

Model EOS 60Da navazuje na dnes již historickou verzi Canonu EOS 20Da, která byla po dlouhou dobu jedinou sériově vyráběnou zrcadlovkou určenou pro astrofotografy.

Canon EOS 60Da – zrcadlovka přímo určená pro astrofotografy.
Úvod do problematiky astrofotografie
Proč je vlastně potřeba vydávat nový fotoaparát a nelze na astrofotografie jednoduše použít fotoaparáty z běžné řady? Pro odpověď je nutné zabrousit do způsobu, jak je světlo zpracováváno před dopadem na čip.
Ten v současných digitálních foťácích totiž zvládne zachytit vlnovou délku z podstatně širšího spektra, než jaké vidí lidské oko. V praxi se jedná především o vlnové délky na červeném konci viditelného spektra, což dobře ví fotografové pořizující pomocí speciálních filtrů fotografie v blízkém infračerveném pásmu (tzv. near-infrared).
Aby však běžný snímek odpovídal tomu, co lidské oko vidí, přidávají výrobci do těla fotoaparátu před čip filtr (tzv. UV/IR–cut), který dopadající světlo omezí jen na oku viditelné vlnové délky. Jedna z nejvýznamnějších vlnových délek v astronomii je vodíková čára (H-alfa, pěkné červené emisní mlhoviny), která je ale běžně dodávaným filtrem výrazně utlumena o zhruba 75 %.
V praxi to znamená, že s obyčejným foťákem je potřeba dělat čtyřikrát delší expozici, než by bylo nutné, protože část světla filtr zahazuje. A to je v astrofotografii, kde se pořizuje jeden výsledný snímek často několik hodin, už pořádný rozdíl.

S čím se pustit do astrofotografie

Fotoaparáty určené pro astrofotografii se filtrem popsaným výše v samostatném rámečku buď vůbec neosazují (dedikované astronomické kamery), nebo se filtr dodatečně odstraňuje (běžné DSLR). Samotné odstranění vyžaduje trochu odvahy, ale lze jej provést i v domácích podmínkách (viz obrázek níže).

Při odstranění filtrů svépomocí ale přijdete o záruku, také o možnost používat foťák pro běžné denní focení, neboť se poruší vyvážení barev (snímky jsou výrazně dočervena) a přestane dobře fungovat autofokus. Jestliže by měla být ponechána možnost focení i ve dne, je nutné namísto původního filtru vložit jiný, který rozšíří propouštěné pásmo i o zmiňované H-alfa. Právě to Canon udělal v případě EOSu 60Da.

Odstranění UV/IR-cut filtru z Canon EOS 400D. V případě Canonu EOS 60Da tento lehce adrenalinový úkon dělat nemusíte – přímo z výroby je již osazen vhodnějším filtrem.

Základní výhody pro astrofotografii

Jednoznačně největším přínosem modelu EOS 60Da vůči fotoaparátům běžné řady je právě zvýšená citlivost na H-alfa. Není to však jediná vlastnost, která u něj oproti v astrofotografii často používaným zrcadlovkám EOS 300D/400D potěší.

Přínos upraveného filtru je pro snímání emisních mlhovin opravdu výrazný. Levý snímek zachycuje mlhovinu NGC7000 s pomocí Canonu EOS 500D s běžným filtrem. Pravý snímek ukazuje výsledný snímek při stejných podmínkách pořízený Canonem EOS 60Da se zvýšenou propustností H-alfa – snímek má výrazně větší dynamický rozsah a obsahuje detaily, které jsou u Canonu EOS 500D zcela ztraceny v šumu.

Další výhodou je živý náhled (Live-view), který umožňuje rychle a snadno zaostřovat. Na velmi slabé objekty jako galaxie nebo mlhoviny autofokus totiž nefunguje, a tak je potřeba zaostřit na malé a vzdálené hvězdy, na což se režim s 10× zvětšeným náhledem výborně hodí. Živý náhled v kombinaci s notebookem navíc umožňuje pořizovat snímky Měsíce a planet ve vysokém rozlišení jako složeninu krátkého videa, o čemž jsme už psali v jednom dřívějším článku.

Přínosné navýšení citlivosti

Významným přínosem je také možnost fotografovat při vysoké citlivosti ISO 6400 až 12800. Snímané objekty jsou většinou velmi slabé, a proto je vysoká citlivost vítaná – sice znatelně přibude šumu, ale ten se díky speciálnímu zpracování (skládáme stovky dílčích snímků) později v počítači zase sníží.

Čtvrtým příjemným zlepšením souvisejícím nejen se šumem je výklopný displej – nejenže umožní natočení tak, aby si člověk neukroutil pod dalekohledem krk (dalekohled stojí typicky na nízkém stativu, fotí se směrem k obloze a displej je tedy otočen směrem k zemi), po odklonění hřejícího LCD od těla foťáku se také významně sníží teplota čipu a tím i jeho termální šum.

Připojení fotoaparátu na dalekohled s vyklopeným displejem a zobrazením jedné dílčí minutové expozice emisní mlhoviny NGC7000. Dalekohled je uchycen na tzv. paralaktické montáži německého typu, která během snímání kompenzuje otáčení Země.

Jak si vede při focení?

Canon EOS 60Da lze zkoušet na mnoha různých astronomických cílech a také s odlišnými technikami, které focené objekty vyžadují. V astrofotografii se typicky nepořizuje jediný snímek, ale cílový objekt se snímá v dílčích expozicích celou noc, případně více nocí.

Délka jednotlivých expozicí záleží kromě jasnosti objektu především na tom, zda svou astro-fotografickou soustavu vybavíte o dodatečný menší dalekohled a snímač, který trvale a velmi přesně kontroluje, zda vám focený objekt neujíždí ze záběru (tzv. guiding). Takový systém umožní delší expozice (a díky tomu i možnost použití nižší ISO hodnoty), zároveň však zvýší cenu i váhu celé fotografické soustavy.

Různé varianty stativu pro pořizování astrofotografie – fixní stativ a přenosná paralaktická montáž německého typu (Vixen GP2 Photoguider).

Testování probíhalo bez guidingu, s využitím standardního stativu nebo pomocí přenosné paralaktické montáže Vixen GP2 Photoguider bez použití korekce pohybu – délka dílčích expozic byla omezena na jednu až dvě minuty.

Pro některé snímky byl vložen dodatečný filtr, který se snadno vkládá mezi tělo fotoaparátu a objektiv, Astronomik CLS pro potlačení světelného znečištění a UHC pro kontrast emisních mlhovin.
Emisní mlhovina Severní Amerika (NGC7000) v souhvězdí Labutě
Prvním z fotografovaných objektů byla emisní mlhovina NGC7000, kde by se měl vliv upraveného filtru nejvýrazněji projevit. Pouhým okem nebo v malých dalekohledech mlhovina viditelná není. V kombinaci s citlivostí ISO12800 bylo možné získat dílčí snímek s dostatečným odstupem signálu (mlhovina) od šumu už při délce expozice pouhých 60 sekund.
Celkově bylo pořízeno 350 jednominutových expozic (téměř 6 hodin) v průběhu dvou nocí. Při focení emisních mlhovin se většinou používá ješt dodatečný filtr, který potlačí jiné vlnové délky než ty, na kterých mlhovina vyzařuje. Fotografovaný objekt je pak kontrastnější, potlačí se světelné znečištění a zmenší se kotoučky hvězd (použil jsem filtr Astronomik EOS UHC Clip) – fotit lze ale samozřejmě i bez něj.
Snímek emisní mlhoviny NGC7000 v souhvězdí Labutě, při jejímž fotografování můžeme nejlépe ukázat výhody modifikovaného filtru u Canon EOS 60Da. Canon EOS 60Da, Astronomik EOS Clip UHC, Skywatcher Equinox 80ED 500 mm, 350×60 s, ISO 12800.
Mlhovina zachycená na předchozím obrázku je pouze jednou částí rozsáhlého pásu mlhovin v souhvězdí Labutě. Samotné souhvězdí snadno naleznete v letních měsících navečer přímo v nadhlavníku – pouhým okem nejsou však ani nejjasnější části emisní mlhoviny vidět, modifikovaný fotoaparát je ale snadno zachytí.
Všimněte si také obrovského množství hvězd, které jsou na snímku zachyceny. Důvodem je pohled ve směru roviny naší galaxie.
Emisní mlhovina je zachycena především v červeném kanálu, neboť se jedná primárně o emise v H-alfa, které odpovídají červené části spektra. Zobrazení celého zachyceného snímku (pokrývá zhruba šířku osmi Měsíčních kotoučů) v červeném kanálu nám sice odebere barvy, zvýší ale kontrast ve snímku a lépe zdůrazní prachoplynová mračna (tmavé části ve snímku) oproti částem vyzařujícím H-alfa (jasné části snímku).
Spirální galaxie M31 v souhvězdí Andromedy
Galaxie M31 je zhruba stejně velká jako naše galaxie a za pěkné noci je viditelná pouhým okem z většiny oblastí naší republiky (mimo městské světelné znečistění) jako mlhavý obláček (proto se jí někdy říká mlhovina v Andromedě, byť se o mlhovinu nejedná).
Složenina 166 jednominutových expozic (necelé tři hodiny) při citlivosti ISO 12800 ukáže ale podstatně více – temné předěly jsou prachoplynová oblaka, ze kterých vznikají nové hvězdy, světlejší namodralé obláčky jsou shluky mladých hvězd (na obrázku níže). Navíc se ve snímku ukáží i další dvě galaxie, které kolem M31 obíhají.
Galaxie M31 se podobá naší Mléčné dráze vzhledem i velikostí. Podle nejnovějších měření dojde ke střetu obou galaxií, potrvá to ale asi sedm miliard let. Okem viditelná část galaxie je masivní střed s černou dírou. Fotografie zachycuje i výrazně rozsáhlejší spirální ramena protkaná prachoplynovými oblaky a emisní mlhoviny. Canon EOS 60Da, Astronomik EOS Clip CLS, Skywatcher Equinox 80ED 500 mm, 166×60 s, ISO 12800.
Galaxie září v širokém spektru a lze je tak snadno zachytit i pomocí nemodifikovaného fotoaparátu. Co však lze v galaxii M31 zachytit mnohem obtížněji jsou emisní mlhoviny, které se tam nachází – díky citlivosti EOSu 60Da na H-alfa ale zachyceny jsou:
Detail části M31, který zachycuje emisní mlhoviny kolem mladých hvězd (načervenalé skvrnky) – bez citlivosti fotoaparátu na H-alfa by k jejich zobrazení nedošlo. Canon EOS 60Da, Astronomik EOS Clip CLS, Skywatcher Equinox 80ED 500 mm, 166×60 s, ISO 12800.
Planetární fotografie a planeta Saturn focená v režimu Live-view
Díky podpoře pro živý náhled lze využít techniky focení jasných objektů záznamem krátkého videa a zprůměrováním jednotlivých dílčích snímků programem Registax (návod viz článek Jak fotografovat Měsíc).
S využitím kombinace EOSu 60Da a dalekohledu s ohniskovou vzdáleností 1000 mm (Skywatcher 120mm/1000mm) bylo možné pořídit video planety Saturn, která se v červnu navečer nacházela nad severozápadním obzorem, a vytvořit složeninu z 900 snímků videa. Velmi zajímavou možností pro model EOS 60Da je pořizování výřezu videa bez komprese přímo na paměťovou kartu (režim Movie Crop), namísto přenosu přes USB do notebooku. Pro planetární fotografii tak není potřeba mít v terénu dokonce ani notebook (na zpracování samozřejmě ano).
Fotografie planety Saturn pořízená jako průměr z 900 snímků přes dalekohled s ohniskovou vzdáleností 1000 mm. Viditelné jsou nejen prstence, ale i stín, který Saturn na své prstence vrhá (vlevo nahoře). Video bylo pořízeno pomocí programu BackyardEOS a složeno programem Registax. Canon EOS 60Da, Celestron 120 XLT 120/1000 mm, 900×1/200 s.
Noční scenérie
Vysoká citlivost ISO je výhodou při pořizování širokoúhlých nočních snímků, do kterých chcete zahrnout i noční oblohu, především s částí Mléčné dráhy. Citlivost na H-alfa zde typicky není nutná, ale vysoká citlivost umožňuje snížit délku expozice tak, aby nebyl pohyb hvězd vlivem otáčení Země ve snímku patrný, i když se použije focení z fixního stativu.
Oblaka na noční obloze vypadají jako dým stoupající z táborových indiánských tee-pee, jedná se ale o prachoplynová mračna ve směru do středu naší galaxie. Kombinace širokoúhlého objektivu a vysoké citlivosti snímače umožnila zaznamenat osvit ohně ve stanech i Mléčnou dráhu a zároveň zachytila hvězdné pole bez znatelného pohybu jednotlivých hvězd, i když byl použit běžný fixní stativ. Canon EOS 60Da, Sigma 10–20 mm F4–5,6 EX DC HSM, F4, 30 s, ISO 3200, ohnisko 10 mm.

Použitelnost na běžné focení

Výše popisované fotografické cíle byly specifické pro astrofotografii a nabízí se tak logická otázka, jak si Canon EOS 60Da vede při pořizování běžných denních fotek.

Zatímco modifikovaný Canon EOS 400D se na běžné focení stává nepoužitelným, neboť jednotlivé snímky jsou díky odstraněnému filtru výrazně do červena a autofocus má problém s korektním zaostřením, u Canonu EOS 60Da žádný takový problém s barevným vyvážením nenastává. A to i přesto, že Canon v manuálu nedoporučuje použití pro běžné denní focení.

K této opatrnosti nevidím žádný důvod a možnost universálního denního i nočního použití je naopak velkou výhodou (kromě jiného se koupě lépe zdůvodňuje v rodinném rozpočtu). Během testování jsem se rychle přistihl v preferenci EOSu 60Da před vlastním Canonem EOS 500D i pro běžné focení.

Specifické technické parametry

Citlivost v H-alfa: Canon uvádí trojnásobné zvětšení citlivosti, přičemž běžný UV/IR-cut filtr propouští v H-alfa jen zhruba 25 % dopadajícího světla. Filtr tedy stále blokuje část energie v této vlnové délce (při kompletním odstranění IR filtru lze dosáhnout čtyřnásobného zvýšení citlivosti). Zcela přesné srovnání jsem bez modelu Canon EOS 60D (odpovídající k EOSu 60Da, ale bez modifikovaného filtru a s kompletně odstraněným filtrem) nemohl provést.

Souvisejícím a pravděpodobně nejdůležitějším srovnáním je ale informační obsah snímků pořízených nemodifikovaným EOSem 500D (běžný filtr), modifikovanou verzí EOSu 400D (zcela odstraněný filtr) a testovanou EOSu 60Da, jak je zachyceno na snímku níže.

Opět platí, že nelze přímo srovnávat šum u přístroje vydaného např. v roce 2006 (EOS 400D) a přístroje uvedeného na trh v roce 2012 (EOS 60Da), resp. 2010 (EOS 60D – bez modifikovaného filtru). Uvedené srovnání má ale svůj význam, neboť starší modifikované EOSy jsou v astrofotografii velmi rozšířené – srovnání tak ukazuje především rozdíl, který by uživatel po přechodu na EOS 60Da zaznamenal.

Snímek zachycuje srovnání zleva doprava: nemodifikovaného fotoaparátu EOS 500D, ručně modifikovaného EOSu 400D a testovaného Canon EOS 60Da. Doba expozice byla 60 sekund, okolní podmínky stejné. Astronomik EOS Clip UHC, Skywatcher Equinox 80ED 500 mm.

Ve všech případech se jedná o jednu expozici v délce 60 sekund pořízenou za stejných podmínek těsně po sobě. U EOSu 400D byl použit speciální firmware, který zpřístupní softwarově blokovanou citlivost ISO3200. Nízká citlivost u nemodifikovaného EOSu 500D není překvapením a slouží jako referenční snímek.

Přestože filtr pro EOS 60Da stále pohlcuje část světla oproti zcela odstraněnému filtru u EOSu 400D, výsledný snímek z EOSu 60Da vykazuje při stejném ISO 3200 znatelně více detailů a obsahuje méně šumu než snímek pořízený EOSem 400D. A to i přesto, že velikost jednotlivého pixelu na snímači je menší (viz. srovnání zde). Canon EOS 60Da nabízí navíc 14bitový převodník, namísto 12bitového, s potenciálem pro větší dynamický rozsah.

Rozdíl je opravdu velmi výrazný a svědčí o celkově vyšší citlivosti a lepší práci se šumem u testovaného EOSu 60Da než u starších přístrojů. Navíc lze ještě zvýšit obsah zachycené informace použitím ISO 12800 na úroveň, kterou modifikovaný EOS 400D nemůže dosáhnout.

Adaptér součástí sady

Příjemným překvapením byl velmi nízký počet vadných hot-pixelů ve snímku, klasické přepálené pixely nejsou přítomny vůbec. Zvláštností je úroveň šumu v temných snímcích při vyšších ISO hodnotách – zřejmě z důvodu interního zpracování překvapivě klesá s vyšší ISO hodnotou (i ve snímcích v RAWu).

Výdrž baterie dosahovala téměř tří hodin při venkovní okolní teplotě 15°C. K přístroji je dodáván i AC adaptér, který umožní nepřetržité snímání celou noc bez ohledu na baterie. Ve standardním vybavení naleznete také konverzi pro kabelovou programovatelnou spoušť, která má mimochodem stejnou koncovku jako Canon EOS 400D.

Režim pro vysokou citlivost ISO 12800 je nutné povolit v pokročilém nastavení fotoaparátu (základní maximum je ISO 6400). Nabízí se otázka, zda zvýšená citlivost snímače vyváží zvýšený šum v dílčích expozicích.

Následující fotografie ukazuje rozdíl mezi složením fotek pořízených při ISO 3200 a ISO 12800 – při focení slabých objektů, kterých je v astrofotografii většina, se sice objevuje vyšší šum v dílčích snímcích, ale díky skládání velkého množství jednotlivých expozic je šum zase zpátky potlačen (vlevo). A vyšší citlivost umožňuje lépe zachytit velmi slabé části foceného objektu (vpravo a uprostřed).

Srovnání složeniny patnácti dílčích expozic pořízených při stejných okolních podmínkách nejprve při nižším ISO 3200 a následně nejvyšším možným ISO 12800.

Snímek pořízený při ISO 12800 má sice bledší barvy, obsahuje ale více detailů. Při složení velkého množství snímků se výhoda dále zvyšuje a bledší barvy lze opravit dodatečným zpracováním v počítači po složení snímků a potlačení šumu (viz referenční snímek nalevo).

Filtr vložený do těla EOSu 60Da dobře propouští H-alfa, ne však již o mnoho více směrem k infračervenému spektru. Jestliže byste chtěli pořizovat fotografie v blízkém infračerveném pásmu (např. snímky planet, které jsou zde méně náchylné na chvění turbulencemi v atmosféře), nebude mít použití EOSu 60Da požadovaný efekt – zde se bez úplného odstranění filtru neobejdete.

Závěrečné dojmy

Specializovaný astro-fotoaparát Canon EOS 60Da se od svého běžného bratříčka EOS 60D liší přítomností upraveného filtru, který mu umožňuje pořizovat pěkné snímky ve dne i v noci. Z cenového hlediska je model EOS 60Da dražší (zhruba 35000 Kč vůči 22000 Kč). Jestliže započteme přiložený AC adaptér a možnost použití astronomického foťáku i ve dne, rozdíl již není příliš velký (běžný foťák lze sice také modifikovat a osadit upraveným filtrem – přicházíte ale o záruku a samotná modifikace je sama v ceně několika tisíc korun).

Vzhledem k starším přístrojům (např. modelu EOS 400D, i modifikovaným) se jedná o hodně velký skok – kromě upraveného filtru je zajímavá především velká citlivost ISO 12800 s rozumnou úrovní šumu, vyšší rozlišení čipu a také režim pro pořizování videa využitelný pro planetární astrofotografii. Canon EOS 60Da sice již nekopíruje nejnovější řadu Canonu, na astrofotografii ale nejnovější vychytávky určené pro denní focení většinou nejsou potřeba.

V závěru bych chtěl také poděkovat firmě Canon za zapůjčení fotoaparátu na delší dobu, než bývá běžné – přece jenom pěkných bezmračných nocí není zase až tak mnoho.