天文攝影入門---第四章 放大攝影方法的認識

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天文攝影入門---第四章 放大攝影方法的認識

文章 Wongsir » 週日 09 11月, 2003 23:43

4. 放大攝影方法的認識

4.1 拍攝範圍
望遠鏡的最大功效就是將天體的影像加以放大。利用放大攝影方法,可以拍攝太陽、月球及行星,能清楚記錄其表面的現象。放大攝影可算得上是天文攝影中最有趣味性,但同時亦最富挑戰性的領域。


4.2 為何需要放大?
耀眼的太陽與皎潔的月亮,雖然看來十分偉大,但它們在天空中所佔的範圍實在很少,視角只有半度左右(一個標準鏡視野的對角線就有四十多度)。如果用一個50mm焦距的鏡頭拍攝太陽或月球,在底片上影像的直徑只有半毫米左右。就算用一支400mm的長鏡,在底片上的影像亦只有3.5mm而已,很難於曬印時再作高倍放大,因此就無法拍攝到月球表面的細緻地形或太陽上的黑子結構與米粒組織等。

假如 θ = 天體的視直徑(度)
   ƒ = 鏡頭的焦距(mm)
χ = 天體在底片的大小(mm)
  那末 χ = 2πƒθ / 360 = 0.01745ƒθ

所以太陽或月球(θ ≒ ½°)在底片的大小只有0.00873ƒ 或 ƒ / 115,即等於焦距必須超過2000mm不可。如果想局部拍攝某環形山的大特寫,焦距豈非長至不切實際?所以要拍攝太陽或月球,最好還是採用天文望遠鏡,因為我們可以利用不同目鏡或其他光學組合將望遠鏡的影像再作放大。

至於行星,在天空所佔的範圍更小,最大的木星亦只有45角秒,用一支1000 mm的鏡頭,所拍得的影像亦只有0.2 mm,所以必須應用高倍放大技巧攝影。

圖 4.1

4.3 各種放大攝影方法
利用望遠鏡作放大攝影,方法可分兩大類:
(A) 直接焦點法(嚴格來說,根本沒有「放大」);
(B) 投影放大法,又可分為:(a)負鏡放大法;
              (b)目鏡放大法
              (c)目鏡加相機鏡頭放大法。
以下詳細介紹每種方法的操作與優劣。各種方法的有效焦比的計算可參考圖中的公式。
圖 4.2

圖檔



4.3.1 直接焦點法(Prime focus)
這方法只利用望遠鏡鏡頭攝影,不作進一步放大,與利用一般長焦距鏡頭拍攝無異。它只適用於一些可更換鏡頭的攝影機(單鏡反光機),通常是用一個適合的接環(Telescope adaptor)連接在望遠鏡後。

  影像大小則決定於鏡頭的焦距,由於影像沒有經過進一步放大,所以光度不減,同時又無目鏡或其他附件帶來色差,所以質素亦佳,對拍攝一些範圍較大而較亮的天體(如月球及太陽)甚為有利,但拍攝範圍較小的天體(如行星)則不及投影放大方大法。

4.3.2 負鏡放大法(Barlow lens projection)
  這方法利用一個增焦鏡(或稱「巴羅鏡」Barlow lens),放在望遠鏡物鏡的正常焦點內,能使望遠鏡的有效焦距增長2 ~ 5倍(增減負鏡與底片的距離可以改變影像的大小)。這類巴羅鏡可在天文儀器公司購得。至於攝影用的增焦鏡( Teleplus 或Tele converter)亦可用於放大攝影。

4.3.3 目鏡放大法 (Eyepiece projection)
  這種方法利用目鏡將物鏡的影像再放大,投射於底片之上。進行時須使用特別望遠鏡接合環(Telescope adaptor,天文儀器公司有售),這類接合環中央可以放入目鏡或巴羅鏡。

  目鏡的焦距愈短,放大倍率便愈高;此外增加投影距離(目鏡至底片的距離),影像亦隨之增大。增長投影距離時可用一節或多節引伸接環(Extension tubes)接駁在望遠鏡接合環與攝影機之間。
如需作高倍放大攝影,用較長的投影距離比用較短焦距的目鏡所得的效果為佳。利用目鏡投影,不能無限度地放大影像,因為放大後影像更暗,對焦更困難,曝光時間更長,望遠鏡追蹤的要求更高,受望遠鏡本身振動與大氣擾動的影響更甚。此外目鏡的質素最為重要,最好是選用優良的目鏡(如Or型,詳見4.4.2節),同時必須注意目鏡的清潔問題。

圖 4.3, 圖 4.4


4.3.4 目鏡加攝影機鏡頭放大法(Afocal projection method)
  這方法是把望遠鏡及目鏡放大後的影像,經過攝影機鏡頭,始投射到底片上。此法適用於那些不能除去鏡頭的攝影機(如連動測距攝影機、雙鏡反光機等)及那些不能裝上望遠鏡接合環的望遠鏡(如雙筒鏡或非天文用途的普通單筒望遠鏡),可以說是適合任何攝影機及望遠鏡。因為攝影機鏡頭亦有放大作用,所以一般所得的影像遠較其他方法為大,如果攝影機裝上較長焦距的鏡頭所得的影像更大。

圖 4.5

進行的步驟如下:
(1) 先用眼校正望遠鏡的焦點(這時目鏡射出的光束應是平衡的);
(2) 在望遠鏡目鏡後擺放攝影機,兩者盡量貼近,同時光軸必須盡開,距離調在無限遠(∞)處(這時攝影機鏡頭將平行光線聚焦於底片上)。
圖 4.6

有時在觀看目鏡時,因近視等因素,眼睛未必是對正無限遠,所以拍攝的效果可能不太好,不過可以利用一個雙筒鏡或尋星鏡來輔助對焦,因此上述(1)之步驟如下:
(1a)用雙筒鏡或尋星鏡對準天上星星,調校至最清晰;
(1b)將調校好的望遠鏡或尋星鏡對正目鏡,並透過對好方向的望遠鏡一齊觀看天體,調校望遠鏡的對焦器至最清晰為止。

如用單鏡反光機,則可透過觀景器來對焦,保證萬無一失。
這方法十分簡單,攝影機可以擺放在一個三腳架上,不需任何改裝或附件,即可由目視轉為攝影裝置。當然它亦有不少缺點:(1)攝影機如固定在三腳架上,光軸便要經常校正;(2)攝影機鏡頭吸去部份光線,影像較暗;(3)須用較闊角目鏡。

為免經常調校光軸,可以將攝影機裝在一個附於望遠鏡的架上。
圖 4.7a



4.4 器材與底片的選擇

4.4.1 望遠鏡
一般來說,拍攝月球與行星,折射鏡與反射鏡都很適合,當然如果焦距較長,影像亦會較大。但拍攝太陽,則反射鏡不甚適合,因鏡筒並非密封,向內空氣受熱對流對影像的影響很大。
  由於望遠鏡是用作放大,所以必須十分堅固,在高倍放大時,必須安裝在一個方位準確的赤道儀上,最好還有電動摩打追縱設備。
  除了拍攝的主鏡外,如腳座上另裝一支追縱或監視用的望遠鏡(Guiding telescope)則可利用它來監視大氣是否穩定,待影像最穩定時始按下快門曝光。

4.4.2 目鏡
  用目鏡投影放大是拍攝太陽、月球及行星的最常用方法。原則上應選用質素較好的目鏡如Pl&ssl(佛羅賽爾型),Orthoscopic(Or無畸變型)或Kellner(K凱爾納型)。至於較廉價的Huygenian(H惠更斯型)、Huygenian Mittenzwey (HM,惠更斯-米登斯威型 )或Ramsden(R冉斯登型)因視場較窄,邊緣鬆散及有色差,故不甚理想。不過拍攝太陽時(尤以低倍時),則宜選用結構較為簡單的H、HM或R型,因為較複雜(當然較貴)的鏡片組合多用膠黏合,即使經過減光,太陽的熱大仍會慢慢使膠熔化起泡。

4.4.3 其他器具
  有關攝影機的選擇及其他必要的器材可參見五章「儀器的選擇」 。

4.4.4 底片的選擇
  底片的選擇須視乎天體的亮度、環境、放大倍率及所需求的效果而定,所以請參考以下各章有關個別天體的攝影方法。



4.5 特別注意的問題
一般來說,放大攝影較固定攝影及追蹤攝影難於掌握。因為影像經過放大,任何拍攝過程中的誤差都隨之擴大。以下介紹的幾點需要特別注意。

4.5.1 準確對焦
  準確對焦為拍攝任何天體最重要的步驟,所以必須認真進行。一架理想的天文攝影用的單鏡反光機,其對焦屏(Focusing screen)最好能夠更換。普通單鏡反光機所配備的微梭鏡(Micro-prism)或裂像(Split-image)對焦屏在放大攝影一般運用的有效光圈範圍(Effective focal ratio,通常由直接焦點的ƒ / 6左右至高倍放大時的ƒ / 100以上),根本不能發揮效力。至於磨砂玻璃還可以勉強使用,不過光度稍暗,同時磨砂的粗顆粒限制了對焦的準確性。

進行放大攝影,最好還是選用專為天文攝影(及顯微鏡攝影)而製造的極幼磨砂玻璃(All matt ground glass)或刻有十字線的全透明對焦屏(Clear glass with central crosshairs)。用這些對焦片時影像光亮,同時可以利用天體較細緻的形態作為對焦對象。如觀景器可以裝上放大鏡(Magnifier)或更換特別的大觀景器(Critical viewfinder)則更為方便。

  每幅照片在拍攝前必須獨立對焦,對焦時必須耐心前後扭動對焦旋鈕,以找出最佳的焦點。

4.5.2 避免振動
  另一個影響影像質素的原因就是光學系統的振動,因此一切可能令望遠鏡及攝影機產振動的因素我們都要設法避免。

  望遠鏡本身必須十分堅固,同時要避免放在當風的地方。很多時產生振動的最大原因在於攝影機方面。切勿用手直接按下快門,應利用快門繩按動,最好是用氣動快門繩(Air pressure bulb release)。不過單鏡反光機的大部份振動都是由反光鏡在曝光前彈起的動作所引起。如果攝影機備有反光鏡鎖(Mirror lock),最好還是於對焦後將反光鏡鎖起,待一切靜止後再利用快門繩慢慢按下快門曝光。

  如果所需曝光時間超過四份一秒,可以利用「黑咭遮鏡曝光法」進行曝光:
(1) 先對好焦點*;
(2) 將攝影機快門校至B製,並將快門繩裝好;
(3) 用一塊黑咭放在鏡頭前(但互不接觸),然後輕輕按下及鎖上快門;
(4) 待攝影機的振動盪靜止後(通常起碼5 ~ 10秒),以迅速的手法移開黑咭,作適當的曝光(注意不可誤碰鏡頭及望遠鏡);
(5) 曝光後立即用黑咭遮蓋鏡頭;
(6) 最後關掉快門(鬆開快門繩的鎖)。

圖 4.7
圖檔


*如望遠鏡沒有電動摩打追縱,必須於對後再預算幾秒後影像的去向,以便作適當的擺位,否則拍出來主體便不在中央。

  如所需的曝光在1 /4至1 / 15秒之間,用手移開及放回黑咭的速度沒有那麼快,這時可用圖示的有縫大黑咭在鏡頭前掠過,以上步驟改為(3)用咭的A部遮著鏡頭,(4)將黑咭盡快向下掃,使縫隙通過鏡頭前,(5)等B部已遮住鏡頭時立即停止動作。至於黑咭掠過的速度要靠試驗找出及憑經驗判斷。如果求的速度在1/125至1/15秒間,可試在目鏡後方加適當的中性密度濾鏡(N.D filter)減慢快門速度,亦可用黑咭法操作。

  如果所需曝光短於1/125秒,則振盪的問題不甚嚴重。同時如果曝光時間長於1/8秒(視放大倍數而定),望遠鏡必須備有電動追蹤設備,才可確保影像不在曝光時移動。驅動的裝置必須順滑而無虛位。如作高倍拍攝月球或月食,摩打的追縱速度必須調節至所需速度。

圖 4.8
圖檔



4.5.3 穩定的大氣
精良的儀器、準確的對焦及適當的曝光是拍攝一張成功天文照片的主要因素,但如果光線經過一層不穩定的大氣,效果必然大打折扣。

  我們可以在攝影機觀景器內視察大氣的穩定情況,不過由於放大倍數或亮度有限,我們很難留意到輕微的不穩定,所以最還是另用一支望遠鏡監視著。

  此外我們還要注意拍攝的角度,由於接近水平線時,天體的光線須經過一層較厚而充滿塵埃、水分及氣流十分不穩定的大氣,不但吸收一部份光線,而且還嚴重影響影像的穩定。因此最好是等到天體升至相當高角度時(近天頂最理想)始進行拍攝工作。當然拍攝出現於低空的天體(如水星、金星、彗星、新月或殘月等)或天象就不能太苛求選擇方位與時間了。

4.5.4 準確的曝光
  曝光時間要視乎天體本身的光度、望遠鏡的有效焦比(物鏡焦距、口徑、目鏡焦距與投影距離的關係)、放大方法、底片速度等因素而定。曝光可參考各章有關個別天體的曝光數據或從下表計出,但最好還是利用表中所計出的建議曝光作上下兩級拍攝多張,通過實驗找出拍攝系統的正常曝光。

表4.1 各類天體的建議曝光計算表
表 4.1

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