lunes, 15 de mayo de 2017

Cámara All Sky HD.

Una all sky al uso consta de una pequeña cámara astronómica con objetivo de gran campo y un pc dedicado con un programa de captura que permita exposiciones de varios segundos. En tiendas especializadas esta cámara nos costará de 400€ a 1200€, según marcas.

Trato de usar cámaras IP y/o capturadoras usadas en vigilancia para tener una all-sky barata, que no dependa de un PC y que además pueda ser vista a través de la red desde cualquier ordenador o Smartphone. El mercado de vigilancia es muy extenso y dinámico, así que podemos encontrar soluciones por menos de 100€.

Mi all sky de 2013 sigue funcionando, aunque me gustaría aumentar la resolución de las capturas, pasando a cámaras de alta resolución.


Ahora como entonces, resulta difícil encontrar el modelo adecuado ya que la información que aportan los vendedores es confusa y a veces errónea. De nuevo me veo probando varios modelos y estudiando las características de sus chips. Aquí va un resumen de mis averiguaciones.

Nueva tecnología de Sony.
En esta puesta al día, mi  gran sorpresa ha sido que Sony dejará de fabricar CCDs, aunque desde luego no por cierre de negocio. Después de llevar los CCDs comerciales a sus máximos niveles, ahora ha hecho lo mismo con los sensores CMOS, más baratos de fabricar.
 

Tecnología Exmor.
La nueva línea de Sony en CMOS se llama Exmor Sus tres grandes mejoras son:
- Incluir un ADC por cada columna con reducción de ruido y aumentando la velocidad de lectura. 
- En el Exmor R, usar la técnica back-light, exclusiva hasta ahora de los sensores CCDs más sensibles del campo profesional.
- En el Exmor RS, o Stacked, apilar las capas de circuitos del sensor para conseguir pixeles de una micra. Ideal para las pequeñas cámaras de los móviles.

En androidlibre tenemos una buena descripción de toda esta tecnología.
exmor original funcionamiento velocidad sony
En Exmor, cada columna incluye doble reducción de ruido y ADC.




La tecnología Exmor con sus variantes se implementa en la  gama IMX , en todas las resoluciones y adaptados a todas las necesidades: vigilancia, industria y teléfonos móviles. Los móviles de gama alta llevan ahora sensores Exmor RS.

Para los sensores dedicados a vigilancia, Sony acuña el logo STARVIS y se refiere a ellos como de ultra baja iluminación
La imagen publicitaria de Sony es impresionante, cuesta creerlo, aunque no dan datos del objetivo usado ni del tiempo de exposición.


Tecnología Pregius.
 En paralelo con Starvis, Sony desarrolla la tecnología Pregius, destinada a la industria. Son formatos de 1/2.4'' a 1/1.2'', con pixeles mayores y por tanto mejor rango dinámico que llega a unos respetables 14 bits.
Una mejora muy interesante de estos sensores, que debe tener consecuencias en la lucha contra la turbulencia de la astrofotografía planetaria, es el modo de obturación llamado Global Shutter. La captura de abajo muestra el resultado sobre las aspas en movimiento de dos ventiladores. 


El Global Shutter (izq.) congela la imagen en movimiento frente al modo Rolling habitual  (dcha.) que produce deformaciones horizontales en imágenes en movimiento.

El procesador o DSP.

Los resultados de estas cámaras no dependen solo del sensor, el procesador de imagen o DSP, que siempre hay detrás, es fundamental. Más aún para trabajar en condiciones de muy baja luminosidad como es el caso. 
La misión del DSP es leer el sensor, tratar la imagen, comprimirla en tiempo real y transmitirla al exterior. Los DSP son muy potentes, los más potentes en cámaras de alta resolución son dual core a 1GHz.


Los DSP pueden ser de salida analógica ó IP
. Esta es una elección importante, vamos a tener cámaras HD IP, accesibles directamente por la red, o cámaras AHD, accesibles a través de un capturador.

Procesadores con salida analógica HD.
Estos procesadores sacan el video analógico por coaxial, pudiendo llegar a 5Mp.

Sony Effio-P.
Este DSP no es para HD, pero es la referencia hasta ahora para all sky.
Mi all sky de 2013 muestra la Vía Lactea en cielos oscuros gracias a su magnifico CCD ICX Super HAD de Sony, pero sobre todo, gracias al procesador de Sony Effio-P que lo acompaña. Este procesador incorpora la función Sense-Up, capaz de integrar 500 frames, el equivalente a una exposición de 10sg. 
Podríamos decir que el video entregado por el Effio-P tiene truco en condiciones de baja luminosidad. La cámara da vídeo, pero no en tiempo real. Es el resultado de esa integración, por lo que cualquier imagen en movimiento saldrá mal. Solo los objetos fijos salen bien.

 Nextchip AHD.

Actualmente este puede ser el principal fabricante de DSP para imagen. Según sus características el más adecuado para all sky es el modelo NVP2450H que llega a 2Mp.





Sistema de cámaras AHD de Nextchip con capturador DVR HD. Nos permite ver las cámaras en un monitor y además a través de la red.

NVR HD.
Las cámaras con salida analógica requieren un dispositivo de captura capaz de recibir el video HD por coaxial para luego poner el video en red o guardarlo en su disco. Se llaman DVR ó NVR y normalmente tienen 4 u 8 canales. 
Estos aparatos son pequeños ordenadores con múltiples posibilidades de captura y alarmas.




Modelo NVR HDMI 1080p Onfif H.264 en  Aliexpres por 35€ sin disco. 

Procesadores con salida IP.
En salida IP el principal fabricante es HiSilicon. A la complejidad del procesar la imagen, debe añadir la comunicación web. Esto implica un aumento de consumo, por lo que normalmente necesitan un pequeño disipador.

Para enviar video HD por red, la imagen se comprime en tiempo real por hardware en formato H.264 y H.265 para 5Mp.

Hi3518E-v200 2Mp 720p, modelo básico. 0,7w
Hi3516C-v200 2Mp 1080p, 0,7w
Hi3516C-v300 2Mp H-265. Es e mejor por consumo, 0,55w
Hi3516D-v100 5Mp H.265, 0,9w


El objetivo.
Se trata del tercer elemento que completa la cámara y es igualmente importante.
Lo normal para una cámara de todo el cielo es usar objetivos que abarquen 180º pero voy a probar uno de 110º que a una misma calidad es más barato.
Después del campo, lógicamente, lo más importante es la luminosidad.


Objetivo para 1/2.5" 3MP HD, 2.8mm F1.2 CCTV Lens CS mount IR 115°,  10 € en eBay


Sobre el planetario en 180º, la imagen capturada corresponde al rectángulo amarillo. Aunque lejos de un ojo de pez, este objetivo cubre un campo aceptable de cara al uso en el observatorio.

Que cámara comprar.
A pesar de toda la información disponible, como decía al principio, no es fácil elegir el modelo más adecuado para una all-sky.
Nos interesan los sensores dedicados a vigilancia, de formato 1/2.8'', desde luego también los industriales, aunque son más caros. 

En vigilancia, estos sensores se montan tanto en cámaras analógicas HD como IP HD. Para las primeras necesitaríamos usar un  DVDR HD para la captura. Con las cámaras IP, lo único necesario es un PC o un móvil con el software adecuado.

Interesa que el módulo traiga el filtro IR retraible, para que la imagen diurna, que es en color, esté equilibrada.
Son deseables las monturas para objetivo CS ya que facilita encontrar ópticas más luminosas y de mejor calidad.
Los nuevos CMOS, superan en algunos aspectos a sus brillantes predecesores CCD. No obstante, las dos cámaras basadas en ellos que he probado por el momento, muestran menos estrellas que las anteriores basadas en  Effio-P. La razón es que los procesadores probados acumulan pocas imágenes para generar el video. Su sense-up solo llega a acumular 30 frames, frente a los 500 del Effio-P.
La imagen que vemos del cielo es más ruidosa, con menor número de estrellas. En principio parece peor, pero hay que insistir en que nos está dando video en tiempo real sin retardos y apenas integrado. De cara a detectar objetos en movimiento, como una lluvia de estrellas, la detección puede ser mejor, aunque sobre un fondo más ruidoso.



El precio de estas cámaras, sin carcasa, está entre los 30€ para 2 Mp y los 90€ para 5Mp en EBay y Aliexpres.
Para la compra, en eBay encontramos bastantes modelos, con carcasa o solo la placa. No obstante, a día de hoy, es AliExpress quien ofrece mayor variedad con diferencia. Una buena referencia es el vendedor H Long Asia, con una serie de modelos muy completa.

Dada su sensibilidad y precio, estos sensores también se montan en cámaras destinadas a la astronomía. El problema es que  aunque los sensores en sí son baratos, el precio de las cámaras se disparan, dado su muy restringido consumo comparado con la vigilancia. Por ejemplo, bajo la marca ZWO encontramos los modelos ASI, de 1,2 MP a 6 MP.


A continuación dos cámaras HD, una IP y otra con salida analógica.


Cámara IP con IMX225 + Hi3518E.
En este caso probamos la cámara IP de abajo, de 35€, con el sensor IMX225 de 1,3MP.

Elegí este sensor, que no es Starvis, porque según las medidas SNR1s de Sony es el que mejor relación SN tiene. 

 La cámara trae un objetivo de 4mm que deberemos cambiar por otro más corto si deseamos más campo. En algunos vendedores el posible seleccionar la óptica, aunque con ojo de pez solo las he encontrado con montura M12.
Camara IP 1.3MP 1/3" SONY IMX225  DSP (Hi3518E). En Ebay, por 35€



La imagen siguiente es con el objetivo de 2.8mm F1.2 en cielo muy contaminado.

En  una zona muy contaminada, en la periferia de Madrid, el video muestra las estrellas más brillantes, algunas menos que a simple vista.  La más mínima nube es perfectamente visible.

Apilando cuatro capturas a posteriori, podemos ver alguna estrella más. Así podemos determinar el campo abarcado por el objetivo de 2.8mm.

Snapshoot.
Las cámaras IP, además de video, suelen ofrecer la posibilidad de foto fija o snapshoot. Es posible obtenerla desde un navegador o desde una aplicación. Para ello hace falta conocer el conjuro adecuado. Para esta cámara lo he encontrado usando Wireshark y pidiendo una foto desde el programa CMS. La dirección es:
http://192.168.1.11/webcapture.jpg?command=snap&channel=1




Cámara AHD con IMX323 + NVP2431.


La configuración es sencilla pero imprescindible, con la configuración por defecto, no se activaba el sense-up y la imagen era muy ruidosa.
Con la configuración de abajo, la imagen se refrescaba sobre una vez por segundo, lo que indica que el sense-up de 30 se ha activado automáticamente.
La configuración de la cámara es con el botón que hay en el cable. Es sencilla pero imprescindible. 
Imagen con el objetivo  de 1.7mm que trae la cámara en un cielo muy contaminado y con luna.
El campo llega a 10º este-oeste y unos 30º norte-sur. Se ven solo las estrellas más brillantes.

La siguiente toma es con objetivo de focal variable 2.8-12, rosca M12 se ven más estrellas que con el ojo de pez de arriba.
En un cielo muy contaminado, con un objetivo M12 2.8-12 de 14 euros, la imagen muestra aproximadamente las mismas estrellas que vemos a simple vista. Abajo está Sagitario y Escorpio.  Pinchar para ver a tamaño real.


Otros Modelos.
Hay otros sensores de Sony muy recomendables para probar.
Con sensor Starvis back-illuminated IMX290, y salida analógica, tenemos  esta en AliExpress con ojo de pez, o esta otra que viene en caja de montura CS.
Con salida IP por ejemplo esta otra por 44€.
En la gama Pregius, de 5 MP, formato 1/1.2'' y salida IP, tenemos placas de 84€ como este  modelo con el IMX174.

En otros fabricantes destaca Aptina, con el AR0130. Un sensor CMOS HD muy bueno por su sensibilidad desde 2014.  Lo probé con buenos resultados hace tres años en una camara IP descrita aquí . Ahora se encuentra en muchas cámara autoguia USB.



EL MONTAJE.
Un sistema bastante fácil y muy barato para montar la cámara, es usar un manguito y dos tapones de PVC, pintados de blanco. Un tapón cierra el manguito por arriba y el otro, al que quitamos el borde, hace de soporte.


La cámara AHD en un manguito de 75mm.

Parte inferior de la cámara AHD. Los conectores y botón de configuración quedan recogidos.
Cabe la opción de añadir otro tapón para cubrirlo todo.




En la cámara IP, con manguito de 110, he añadido un sensor TESS para medir el brillo del cielo.

Al tapon de pvc interior se le quita el borde para poderlo desplazar por el interior del manguito.

Ya montado, puede verse como los conectores quedan resguardados de la lluvia sujetándolos en el interior del manguito. El único cable que llega a la cámara es el de red, por el también llega la alimentación.


Tres espárragos M5 para el manguito grande y dos para el de 75, dan soporte al conjunto, mientras la parte exterior, a modo de carcasa, queda sujeta exteriormente con tres pequeños tornillos.







La ventana.
En vez de cúpulas de metacrilato, para la ventana vamos a usar los discos de cristal curvos que se usan en laboratorios. Las podemos encontrar en eBay buscando "Lab watch glass". La medida adecuada para este objetivo es de 60mm.



Esta pertenece a un lote de 10 unidades por 14€, aunque no todos son utilizables ya que la calidad del vidrio es mediocre para este uso.



Watch Glass Round Glass Beaker Cover Dia. 60/70/80/90/100/120mm Labware

 Este otro  vendedor de eBay las tiene de diferentes diámetros. He probado dos y son de calidad bastante mejor. La de 60 mm sale por 2,5 €. 


Para pegar la ventana simplemente he usado silicona de buena calidad.



Software de presentación.
La cámara IMX323 trae CD con software, manuales e incluso un SDK para desarrollo. Es la primera cámara que recibo con un CD, es de agradecer.
El programa para visionado se llama CMS, es muy completo yes de los más usados en este campo. Nos permite ver y configurar todas las cámaras IP, viéndolas una a una o en mosaico.


El programa CMS también permite acceder a cámaras HD analógicas conectadas a un DVR como el citado anteriormente.   En este caso vemos que de la dirección 192.168.1.9, correspondiente al DVR, cuelgan cuatro posibles cámaras, correspondientes a sus cuatro entradas.

Hay otros programas para PC muy interesantes, como ONVIF Device Manager, que aporta muchos detalles del funcionamiento de cada cámara.

En este caso, a la izquierda vemos la lista de nuestras cámaras IP, en el centro las acciones posibles y a la derecha el video de la seleccionada.



ANDROID
Para Android, el programa que uso se llama Onvifer. También nos permite acceder a varias cámaras a la vez y consultarlas desde cualquier lugar. Hay una versión gratis y una de pago.




SEGURIDAD
Muy importante con las cámaras IP, así como en cualquier dispositvo de red, debemos activar su password, ya que normalmente viene vacía.
Resulta que muchas de ellas pueden actualizarse remotamente, por tanto, caso de abrirlas al exterior en nuestro router, existe el peligro de que sean hakeadas y usadas indebidamente.


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