DSLR Astronomical Photography

La Canon Eos 300 D è stata la prima delle reflex digitali di bassa fascia e costo uscita  sul mercato consumers: con un sensore Cmos da 6,3 Mpixel fornisce ottime immagini , ed è , tra l'altro indicata anche per fotografia astronomica, a patto di tener conto dei suoi limiti e di non voler estrarre immagini di particolare valenza scientifica.Anche se oggi superata dai modelli successivi e più recenti (350, 400, 450, 500 e 550 D ) sia nel suo setup originale, che nelle versioni con filtro IRcut modificato o assente, costituisce un'ottima e tutto sommato economica alternativa ,  specie se reperita sul mercato dell'usato,alle ben più sofisticate e costose camere CCD a colori per astronomia.

Canon Eos 300 D was the first Canon DSLR introduced in the consumer market at a good price.With a 6.3 Mpixel Cmos sensor it delivery very good images and is also suited for astronomical photography, taking account of its limits and of the difficulty to obtain scientific images in the proper sense.Both in its original setup, and in the IRcut filter removed ones, it is a very cheap opportunity, if  found on used items market, and a valid competitor of  sophisticated  and far more expensive  CCD cameras.

I pregi, a mio avviso, sono i seguenti:

- facilità di utilizzo

- possibilità di utilizzare la camera da sola, senza un computer

- buona sensibilità, eccetto che nel rosso (per il modello non modificato)

- rumore di fondo molto contenuto per un chip Cmos

- possibilità di scaricare ed elaborare le immagini raw

tra i difetti ho riscontrato:

- scarsa sensibilità nel rosso, in buona parte dovuta al filtro Ir cut implementato sul sensore.(parzialmente ovviabile con una ulteriore ripresa dell'oggetto con un filtro rosso o Ha)

- impossibilità di alzare manualmente lo specchio per evitare vibrazioni (a meno di non effettuare modifiche nel firmware non autorizzate dalla casa e suscettibili di far decadere la garanzia)

The pros, in my opinion, are the following:

 - easy to use

- possibility to use the camera "stand alone" without a computer

- good sensitivity, except than in the red part of spectra

- very low noise, for a Cmos chip

- possibility to use RAW images

the flaws are the following:

- bad sensitivity in the red part of the spectra, probably due to the IR cut filter embedded in the chip

- the lack of manual mirror lift

Per migliorare le immagini astronomiche ottenute con tale camera consiglio:

Some advices to improve the perfomance and the images

1) - sommare più immagini (non superiori a 5 min ciascuna) per abbattere ulteriormente il rumore

2) - sottrarre da ciascuna  dark frame e flat field

3) - usare il software Neat Image, che consente l'utilizzo di filtri dedicati per le reflex Canon

4) - aggiungere, se possibile , una ripresa con un filtro rosso profondo o Ha per aumentare la sensibilità al rosso  della ripresa e sostituirla al canale del rosso della somma delle singole immagini riprese

5) Modificare l'hardware della camera sostituendo il filtro Anti-infrarosso montato in fabbrica con uno nuovo che faccia passare la radiazione rossa sino a dopo la riga Ha, come l' ATF della Baader Planetarium e prodotti simili.

1) - add more images (not over 5 min each) to decrease the noise

2) - subtract dark frames from each

3) - use Neat Image, a very good software with dedicated Canon reflex filtering profiles.

4) - try, if possible, to shot a deep red (Ha is better) filtered image of the object, and replace with it the red channel of the sum of single images to increase the red sentitivity

5) - Modify the hardware replacing the standard IR cut on the chip of the camera with a new one, "Ha pass" as the new Baader ATF and similar products. 

Alcune immagini astronomiche  riprese con la Canon Eos 300 D NON MODIFICATA

Some astronomical images taken with a not modified Eos 300 D

Sistema solare

Solar System

                   _{Eclisse di luna dell'8.11.2003 ripreso con un rifrattore Takahashi FS 128 da Castelnuovo di Porto (Roma)}

                             _{Moon eclipse on 11.8.2003 shot by a Takahashi refractor from Castelnuovo di Porto - Rome}

                                               Disco solare con macchie - Takahashi FS 128 f 8  località  Roma

                                                              Sunspot  from  Rome, by Takahashi FS 128 Refractor

                                Gigantesca regione attiva Noaa 720 - Taka FS 128 + Herschelprism Roma - 15.1.2005

                                          Giant active region Noaa 720 - Taka FS 128 + Herschelprism - Rome - 1.15.2005

                                            Saturno ed i suoi 5 principali satelliti -  C11 f 10 -13.12.2003 - Roma

                                                           Saturn and its main satellites- C11 f 10-  12.13.2003- Rome

Cielo Profondo

DeepSky

                                            Le Pleiadi - M45 - Takahashi 60 FC - D 60 F 355 - Arcinazzo (Fr) 26.12.03

                                                                             Pleiades - Taka FC 60  Arcinazzo  12 .26.2003

                                      M42 e Running Man nebula - Takahashi FC 60 - Arcinazzo (FR) 26.12.2003

                                                              Orion M42 nebula Taka FC 60 Arcinazzo 12.26.2003

                                                               M42 in Orione  - Celestron 8 F 10 - Roma città

                                                                                           M 42 from Rome C 8 F 10

                                        Ammasso globulare M13 in Hercules - Takahashi 128 FS - Roma città

             M13 Globular cluster Takahashi FS 128 -R

                                                              Nebulosa planetaria M27 Dumbell -Takahashi FS 128

                                                                     M27 planetary nebula - Takahashi Fs 128

Ed alcune immagini con la camera modificata

and some images with modded camera

M31 in Andromeda - Agosto 2007 -Canon 300 D modificata con filtro ATF Baader.30 frames da 30 sec l'unoTelescopio ORION 80ED a f 4.5

               M31 with modified 300 D with Baader ATF filter- Orion 80ED scope - 30 frames 30 secs each - August 2007

NGC 7000 Nebulosa ad emissione nel Cigno- Canon Eos 300 D modificata con obiettivo russo Tair 300 f 4,5 a f 5.6-32 frames da 20 sec- Agosto 2007

        NGC 7000 nebula with Mod 300D -Russian telephoto lens Tair 300 mm F4,5 shut down at f 5.6 -August 2007        

 Ovviamente la resa è nettamente superiore con la camera modificata

Obviously the result of modded camera is much better                                                                         

                                                  Un'immagine realizzata con la Canon 20 D

                                                        A Canon 20 D image:               

Una bella immagine, dal tono poetico, realizzata da Imelda Joson ed Edwin Aguirre in occasione della congiunzione della Luna, Venere e Giove del 6 settembre 2005.Si notano le riflessioni dei tre corpi celesti nell'acqua .

A beatiful, poetic image, realized by Imelda Joson and Edwin Aguirre the evening of September, 6 2005 showing Moon, Venus and Jupiter conjunction.Canon eos 20 D and 17- 85 zoom lens. Courtesy Imelda Joson and Edwin Aguirre.

            Spettrografia con la Canon 300D ed un reticolo a trasmissione "Star Analyser"

              Spectrography with a Canon 300D and a a"Star Analiser " transmission  grating   

Un tentativo  di utilizzare la Canon 300D per riprendere spettri stellari a bassa risoluzione è stato effettuato anteponendo ad un normale  obiettivo  Canon 50  mm un reticolo di diffrazione da 100 l/mm "Star Analiser" della Ditta inglese Paton Hawksley   (vedi  il report al link :  Spettroscopia facile ) Lo spettro di maggior estensione e luminosità, nel campo inquadrato dall'obiettivo, della costellazione dell'Auriga , è stato quello di Capella stella di tipo solare , classe G0, la cui immagine sottostante, ottenuta tagliando l'immagine originale , si presentava con lo spettro di ordine 0 (immagine della stella ) al centro ,quello di ordine + 1 a destra e quello - 1 a sinistra.

An attempt to use the Canon 300 D to shot low resolution stellar spectra was done by a 50 mm Canon lens with a Paton -Hawksley 100 l/mm diffraction grating (see the link:  Spettroscopia facile  ).The largest dimensions and lenght spectrum in the field is the one of Capella, type G0 star, similar to our sun, showed, cropped, in the following image.

                                                                             Hb   OIII                      Na                     Ha              

Così appare invece lo spettro della stella , con evidenti le righe più importanti, dopo la trasformazione in fits e la elaborazione con IRIS, usando il comando "L_BIN" 

             The spectrum after the fits transformation  by the "L_BIN" command in IRIS and after some processing:

           Canon 350 D  

Dopo la 300 D, la Canon ha ulteriormente sviluppato la linea dei modelli di reflex digitali entry level con la 350 D la 400 D, e quelli successivi.La 350 D in particolare possedeva ottime caratteristiche per l'uso astronomico che così riassumo:

- Rumore di ripresa estremamente contenuto, specie al di sotto dei 5 minuti di esposizione ed a 400 ISO.

- Notevole sensibilità, in caso di sostituzione del vetrino originale con un vetrino Baader  ACF o simili, dal  blu al rosso (vedi figure sottostanti)  .

- possibilità di sollevamento dello specchio per l'imaging ad alta risoluzione (ma resta tuttavia il problema del micromosso indotto dall'otturatore.

-leggero guadagno in risoluzione per il passaggio da 6, 3 a 8 megapixel

After the 300 D Canon did further developments and improvements of its entry level DSLR line with 350 D and 400 D.

The 350 D, particularly, offers several interesting features in astronomical use, that are hereunder reminded:

- Extremely low noise, especially under  5 min. of  exposition lenght at at 400 ISO.

- Noticeable sensitivity in the red, especially in the case of use of a Baader ACF or similar filters on the chip instead of original.

- Capability of mirror lock for high resolution imaging  (the motion induced by the shutter still remains).

- Light resolution improvement, from 6,3 to 8 Megapixel.

La figura sottostante mostra l'immagine dello spettro solare nel rosso ripreso, con uno dei miei spettroscopi, con una Canon 350D normale ed una modificata con un vetrino Baader : notare la differenza, quanto ad estensione dello spettro ed intensità del segnale oltre la riga Ha .   

 The hereunder  image shows the solar spectrum in the red,  with a self made spectroscope of mine,  shot by a normal 350 D camera and a modified one with a Baader filter: noticeable the difference in extension of spectrum beyond the Ha line and in intensity of spectral response.  

La figura seguente mostra, invece la parte verde -blu dello spettro solare come ripresa da entrambe le camere, con un estensione della sensibilità spettrale sino ai 400 nm circa.   

        This image shows the blue part of solar spectrum  shot with both cameras: the sensitivity reach about 400 nm.       

Un' immagine Deep Sky ripresa il 17 novembre 2007 da Roma con la Canon 350 D (non modificata) della cometa Holmes (17 P) in avvicinamento ad Alfa Persei.Somma di 27 frames RAW da 30 sec. Ottica rifrattore apo TMB 115 @ 7.

A recent 350 D Deep Sky image shot from Rome on november, 17, 2007, of Holmes 17 P Comet near Alfa Persei. 27 RAW frames stacked 30 secs each, TMB 115 @7 apo refractor.

 Un' immagine dell'eclissi parziale di luna  del 16 agosto 2008, ripresa da Roma con la Canon Eos 350 ed un rifrattore apo TMB 115 mm f 7.

An image of Moon partial eclipse on august, 16 2008 from Rome, shot with a TMB 115 f 7 apo refractor

Come si è visto, le prestazioni delle fotocamere digitali sono di tutto rispetto, a patto di non richiedere loro risultati eccessivi in termini di sensibilità.Di seguito è riportata una interessante comparazione dei principali dati di output tra vari tipi di reflex digitali Canon ed una camera CCD raffreddata, la QSI 532, effettuata da C.Buil nel suo sito web.Particolarmente interessante la comparazione tra Canon 5D Mark II  e QSI, , per le quali la differenza principale è nei valori della Full Capacity e della dinamica a 400 ISO, notevolmente migliori nella camera raffreddata.

L'ultima arrivata del 2010:

Canon 550 D

 Il modello 300D, prima reflex digitale per il mercato consumer della Canon del 2003 e la 550 D del 2010 non sono divisi solo da sette anni di tempo, ma da un enorme divario tecnologico; e non si tratta solo della risoluzione, che passa da 6 a ben 18 Megapixel, triplicandosi di fatto, ma della sensibilità ISO massima che passa da 1600 a 6400 ISO espandibili a 12800, con un incredibile miglioramento del rumore, dovuto anche , oltre che al miglioramento della qualità del chip, anche al nuovo processore Digic 4; della messa a fuoco "live view"; della possibilità di fare filmati alla risoluzione "full HD" di 1920 x 1080.

Si tratta quindi , a mio avviso, di un vero e proprio concentrato di tecnologia messo a disposizione del mercato consumer che solo per poco ricorda la sua antenata.Nell'estate del 2010 mi sono fatto tentare e l'ho acquistata, e ne sono rimasto pienamente soddisfatto: l'unico neo, se tale si può chiamare, è l'output dei filmati, in formato MOV, che obbliga, per ottenere un formato più compatibile, alla conversione in AVI o MPEG con il programma in dotazione, o con altri, e tale conversione produce un piccolo calo di qualità, ininfluente per gli usi giornalieri, ma che si nota per usi astronomici.La caratteristica che invece mi ha più colpito è la eccellente tecnologia di riduzione del rumore.Riporto, a mò di esempio, una prova casalinga e senza pretese da me effettuata per testare il rumore delle immagini agli alti ISO.La camera è stata posta su un robusto cavalletto con l'obiettivo in dotazione e, a camera resa buia con lo spegnimento delle luci e le tapparelle quasi chiuse, che facevano filtrare solo un filo di luce, è stato ripreso un calendario con vari colori con messa a fuoco automatica (che ha funzionato nonostante la luce scarsa) alla medesima focale ed in RAW, ad Iso 1600, 3200, 6400 e 12800.Le immagini RAW sono state convertite in Tiff e quindi in Jpeg con Digital photo professional applicando la medesima routine di elaborazione (Stretching , bilanciamento e una piccolo filtro di nitidezza). Il risultato è stato il seguente:

1600

3200

6400

12800

Persino nell'immagine "tirata" a 12800 ISO la granulosità è accettabile, anche se evidente.

Per l'uso astronomico, ho provato la camera su un soggetto "facile" anche perchè non emette nel rosso profondo, come Messier 31.Stacking di 10 immagini da 1 minuto autoguidate a 3200 ISO con lo zoom Canon da 55- 250 f 5-5.6 che tra l'altro non reputo adatto all'astrofotografia per lo scarso campo corretto (l'immagine originale è stata infatti croppata).

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