¿Como elijo un equipo adecuado para CCD? (II) El campo de imagen

Allá por 1992, cuando las cámaras ccd empezaron a popularizarse entre los astrónomos aficionados, estos se tenían que conformar con sensores de unos pocos milímetros de lado y menos de 100 mil píxeles; las cámaras más populares, casi las únicas disponibles, eran la SBIG ST-4 y la LINXX, basadas en el ahora minúsculo TC-211 de Texas instruments: 2,6 mm de lado y 192x165 píxeles.

La legendaria ST-4 de SBIG. Aunque es obsoleta como cámara para tomar imágenes, sigue rindiendo muy buenos servicios como cámara de autoguiado.

 En estos últimos 15 años hemos vivido una progresión imparable en la mejora de los chips ccd, protagonizada por las dos marcas de mayor producción: Kodak y Sony, beneficiándose del enorme mercado originado en la producción de cámaras de fotos digitales y cámaras de vídeo.

Los usuarios astronómicos debemos dar gracias al gran mercado existente en cámaras de vigilancia e industriales, y cámaras de video profesionales de triple ccd, que por emplear sensores en blanco y negro, han permitido mantener una oferta continua de dichos chips monocromáticos tan necesarios en la fotometría, evitando que nos inunden los ccd's en color.

Comparación de tamaño entre distintos modelos de chips de Texas Instruments, Tektronix y Kodak, en tamaño real y ampliados a escala.

De esta forma, se ha experimentado una mejora en resolución, por el aumento del número de píxeles de los sensores (y una disminución de su tamaño), y del campo de visión abarcado, gracias al aumento del area, de forma que al igual que pasó en la astronomía profesional, en la de aficionado por fin pudimos retirar de uso la emulsión química, con todos sus inconvenientes, una vez que se pudo lograr emular hasta cierto punto su resolución y su gran campo, añadiendo la inmediatez, la respuesta lineal y la gran sensibilidad del detector digital.

Comparación entre tres modelos de chip ccd de Sony: ICX-249 (verde) vs ICX285AL (amarillo) vs ICX493AQA (azul), designados por los modelos de cámara en los que se han empleado.

A la hora de elegir un modelo de cámara la opción más lógica en un principio sería que cuanto más grande el chip mejor. Teniendo más campo de imagen se pueden encontrar más fácilmente los objetos que queremos fotografiar, las nebulosas difusas extensas se pueden registrar en una sola toma sin necesidad de hacer mosaicos, y conseguimos disponer de más estrellas de referencia para hacer astrometría o fotometría con las imágenes.

Pero esta opción no tiene por qué ser la mejor para todos los usuarios, depende de la clase de trabajo que deseen realizar y del instrumental que posean. Lo primero que tendrán que tener en cuenta es la distancia focal a la que trabajen y del tamaño del chip, con las consideraciones que ya se expusieron en una entrada anterior del blog.

En segundo lugar entra el factor de la disponibilidad económica. Hay cámaras de gama alta y cámaras de gama media-baja. Las cámaras son más caras cuanto mayor sea el sensor ccd que tengan montado, pero también hay modelos más costosos llevando chips ccd más pequeños que otras cámaras de marcas más económicas.

Puede parecer un contrasentido, pero es que hay cámaras ccd y cámaras ccd... cada marca diseña una cámara con un sistema electrónico distinto y le añade o le resta características extra que pueden ser cruciales o no, dependiendo de las necesidades del usuario final, todo ello aunque utilice el mismo modelo de chip ccd.

Me tomo la libertad de nombrar marcas; sin entrar en  comparaciones odiosas, cada casa fabricante suele evidenciar su nivel de calidad con el precio de sus productos. Es un hecho indiscutible, aunque podamos estar pagando un tanto adicional simplemente por comprar una marca.

No es lo mismo una cámara SBIG, Finger Lakes o QSI en prestaciones que una QHY, Starlight-Xpress o Atik. Quizá, dependiendo de qué es lo que se quiere hacer, se precisan un mayor número de opciones, o tal vez una marca más asequible tiene una buena relación calidad/precio y nos satisface plenamente. He de recordar al lector que soy un feliz usuario de una QHY, por lo que no me mueve un interés especial más allá que una comparación objetiva.

Pero volvamos al tema que nos ocupa. Es posible que seamos un observador interesado en hacer fotometría de estrellas variables especialmente débiles, tengamos una buena montura que sea precisa en el apuntado y permita autoguiado. En este caso puede interesar más una SBIG ST-7, en la opción de ccd sin antiblooming. La versión con antiblooming es algo más barata, y de hecho hay otras marcas que ofrecen cámaras con mucho más campo al mismo precio o inferior, pero las ST-7 es especialmente apreciada por su alta sensibilidad y buen funcionamiento en su version sin antiblooming (es decir, sin el sistema que evita el blooming o derrame de electrones en estrellas brillantes que saturan la respuesta en la imagen y crean un defecto muy antiestético, pero que es irrelevante para una imagen de finalidad fotométrica, siempre que no afecte ese derrame a la estrella a medir)

Por el contrario, puede que otro observador requiera un campo generoso, por ejemplo para buscar supernovas o asteroides, tarea en que es imprescindible barrer porciones grandes de cielo en poco tiempo, a la vez que se necesita trabajar con una buena resolución, y por tanto con una focal larga o moderadamente larga.

Si se dispone de presupuesto, de un alto presupuesto, se puede acceder a las joyas de los catálogos de las grandes firmas, como la STL-11000M de SBIG, que cuenta con el chip KAI-11000 M, una "bestia" del tamaño de un negativo de 35mm y 11 megapíxeles.

La "joya de la corona", la STL-11000 de SBIG

El chip KAI-11000M de Kodak

Si las posibilidades económicas son más limitadas, y se puede prescindir de algunas de las prestaciones extra de una SBIG, se puede encontrar el mismo modelo de chip funcionando en una cámara de la marca Atik. Asimismo, sin llegar a los ccd de tamaño 35mm, el Kodak KAF-8300 ofrece un campo mucho más amplio que la mayoría de las cámaras, con un tamaño de 13x18 mm, pero su precio es francamente asequible para la clase de detector que es.

Lo están incorporando las cámaras QHY-9 y la SBIG ST-8300 (con muy buen precio en los Estados Unidos). Puede que o alcancen el grado de perfección de las cámaras de gama superior, pero con una operación correcta pueden dar unos grandes resultados, renunciando a ventajas como la de utilizar un chip sin antiblooming. 

De esta forma un posible usuario dedicado a la búsqueda de asteroides, supernovas, etc, podría incorporar una cámara que ofreciese gran campo, con menos coste, asumiendo que es perfectamente válida para detectar una supernova en una galaxia o un asteroide. No tiene que hacer una fotometría extremadamente precisa de una estrella, sino una detección fiable (siempre cuidándose de no cometer errores con rayos cósmicos o ruido).

Aun queda otro factor a tener en cuenta, la ubicación del lugar de observación. En emplazamientos urbanos es perfectamente posible operar una cámara ccd, pero hay que tener cuidado con una cámara que ofrezca mucho campo, ya que si es montada en un telescopio de focal corta, el fondo de contaminación lumínica es fuerte. Si bien ello no impide la detección de estrellas, hace difícil una buena corrección del flat field o aplanamiento del campo. Ello incide en un preprocesado imperfecto que puede acarrear la existencia de ruido adicional a la hora de hacer fotometría. Yo trabajo ahora a f5 y noto bastante este efecto, con los 20'x30' que manejo, sin tener ni mucho menos un detector de área demasiado grande.

Como suele ser habitual, lo mejor es ir llegando a soluciones de compromiso entre campo y relación focal. A una focal alta el campo, aunque pequeño, podrá ser mejor corregido por flat; y a una focal más corta esta corrección se complica, hay más viñetado, pero el apuntado de la montura trabaja más cómodamente, y se dispone en cada toma de más estrellas de referencia para astrometría o fotometría.

En definitiva, se debería elegir la cámara que va mejor con el sistema óptico que se va a manejar, pudiendo elegir en un espectro muy amplio de modelos y marcas que se van a adaptar mejor al presupuesto disponible, quedando a la elección del usuario la decisión de si pagar o no por unas características extra que ofrecen las mejores, y más caras marcas.