Drift alignment using a DSLR camera---漂移對極軸法

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Drift alignment using a DSLR camera---漂移對極軸法

文章 鄧登凳 » 週二 20 7月, 2010 23:19

As this may be of interest to the international astrophotographers, I provide the English version first.

I started using an AstroTrac TT320X-AG recently and would like to be able to drift align the mount (also just in case where the polar star and/or delta Ursa Minor are not visible).

I search the WWW and cannot found any description of how one can do that. Some methods suggest that the camera be removed and a reticle eyepiece be used – not quite an option for those using camera lens for astrophotography. Other methods require that the speed of the RA axis be changed by pressing a button, not necessary practical for many light equatorial mounts for photography.

The method I developed requires no eyepiece and no control of the RA axis movement. It can be used on any DSLR systems with camera lenses or telescopes. The relevant mounts concerns include
AstroTrac TT320X
Eyebell CD-1
Kenko Skymemo
Orion Min-EQ table-top
Maxvision JE120
Toast pro
Scopehouse Travel-partner (TP-1)
Vixen Photoguider
As well as any mount converted with EQ1 type of equatorial telescope mounts.

To do drift alignment using a DSLR camera, one need
(a) A photographic equatorial mount capable of reasonable accurate tracking of the RA-axis.
(b) A DSLR system (camera + lens/telescope) with a shutter cable (electronic timer type is better). The camera must have a preview function with screen of reasonable size.
(c) A supporting mount capable of micro adjustment of the azimuth and the altitude of pole pointing using some screw system. (Most German equatorial mounts, including JE120 and photoguider, have built-in micro adjustment. Other mounts may need something like a Manfrotto 410, Eyebell micro-guider mount, AstroTrac TW3100 wedge).
(d) A black card (plastic or paper) large than the aperture of the lens/telescope or for aperture small than the palm, a black grove or a black cloth to cover your hand.

For reason below, I would call this the Tang’s exclamation mark method.

1. Do a rough polar alignment. It can be achieved using a pipe, a laser pointer or even a tilt degree ruler with a compass. Make sure the camera system has been properly focused.
2. Point the telescope to the East to an area with stars as close to the horizon as possible. (It can do with the Western horizon but directions are reversed)
3. With RA tracking on, shoot that region with the same time setting that you intend to take astrophotography of celestial objects.
4. After about 1/6 of the time, cover the lens/telescope with the black card or your hand wrapped in black. Cover it for about 1/4 of the total time. The idea is that if polar alignment is off, the stars in the photo will show a line. However, there is no way to know where a star starts and where a star end. By covering the lens for part of the exposure time, part of the line has no light falling on it. This part is more close to the beginning of the exposure period than to the end. So one can tell the direction of the star moving on the photograph.
e.g. 3 minute exposure. 0-30s normal, 31-75s covered, 76-180s normal.
5. See photo-1 below. There is some exclamation marks on the photo. The dash indicates the end of the exposure period and the dot is the beginning. Now the direction of the star movement can be determined. If the star actually move South, i.e toward the right hand side, you mount has move north of the true celestial equator. That would mean that you polar pointing is too low. Adjust slightly the altitude screw(s) so that you RA axis is moving a bit away from northern horizon. (Nothing that with most refractors and most catadioptics, the photographic image displayed on the preview screen is an erect image with no reversal of left and right, be careful which way is left and right in using Newtonian)
6. Take another photo the same way as in step (4)., if the adjustment is not adequate, there will be smaller exclamation marks. If the adjustment is more than enough, exclamation marks in the reverse direction will be seen. Further adjust according.
7. When the polar alignment error is small, stars are no long exclamation marks but just elongated dots. (see photo 2) The direction of movement of such a dot can be determined by the fact that the starting area has less total light [about half according to step (4)) than the ending area. Knowing the direction of error, you can adjust the altitude pointing the same way as in (5) but using finer steps.
8. Once the near-horizon adjustment produces no or very small error, point the lens/telescope upwards to a area near the zenith of the celestial equator (i.e. DEC~0). Take photo the same way as in step (4). If exclamation marks are seen, determine the direction of the star-images movement. If the star images are moving North, it means the lens/telescope has pointed to South of the true celestial equator. The polar alignment is too much towards the west (or left standing facing north). Turn the azimuth screw(s) so that the mount moves a bit clockwise (view from the top).
9. Repeat step 8 until no elongation of star images is observed. [For direction of small drift, please refer to (7)]
10. For high accuracy, repeat steps 4 to 9. When both photos near the Eastern (or Western) horizon and zenith show no elongation within the time frame. The polar alignment is perfect to photographing any area using the same exposure time and focal length.

Note: if there is East-West direction movement, the tracking is not accurate enough or there is flexure in the mount. Polar alignment cannot resolve that. The mount need tuning. If there is an elongated North South star without any sign of a brighter side, there is, most likely, vibration in the system.

I tried the method first time last evening. It took 70 minutes (including a few deliberate testing) to reach perfect alignment for three minutes tracking with a 310mm focal length telescope using deliberately rough polar alignment. However, with practice (the length of the exclamation point actual tells how much screw turning is needed so the number of steps to reach the perfect spot can be significantly reduced), I think drift alignment can be completed in less than seven times the exposure time, i.e. for 3 minutes exposure, in about 21 minutes.

While the technique has been developed for astrophotographic mount, it can be used on any equatorial mount.
brigther and dimmer ends.jpg
Same system as above. 100% corp, no adjustment.
The right is brighter than the left.
brigther and dimmer ends.jpg (50.6 KiB) 已瀏覽 132730 次
exclamation stars.jpg
Canon 450D mod, ISO1600, 180s, WO ZS66SD, X0.8, FL=310mm, AstroTrac TT320X-AG, 100% corp, no adjustment.
exclamation stars.jpg (102.74 KiB) 已瀏覽 132730 次

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文章 鄧登凳 » 週二 20 7月, 2010 23:26

由於論壇的部分師兄較屬意閱讀中文, 這是上文的中文版。

小弟最近使用AstroTrac TT320X-AG (俗稱剪刀式)攝星赤道儀, 但想能準確對軸(也應付看不清北極天區的情況), 因此想用漂移法來對軸。

網上有好些介紹漂移對極軸法的資料, 但沒有用合以上情況使用的方法。有些方法是要將相機換上一個十字目鏡, 但用相機鏡頭拍攝的人一般沒有換上目鏡的方法。另一些是可以控制赤經(RA)軸的移動, 但很多輕便的攝星赤道儀是做不到的。

小弟開發的方法, 不需要接目鏡, 也不用可以控制赤經軸的移動。只要數碼單鏡反光相機(DSLR)配合適當的鏡頭或望遠鏡。以下的赤道儀都可使用:
AstroTrac TT320X
Eyebell CD-1
Kenko Skymemo
Orion Min-EQ table-top
晶華 JE120
Toast pro
日昇 Travel-partner (TP-1)
Vixen Photoguider

可以以用相機作漂移對軸, 需要有
(a) 一個可以有相當赤經追蹤精確度的攝星用赤道儀。
(b) 一個相機系統(數碼單反機 + 鏡頭/望遠鏡)及快門線(有電子時間制更佳), 相機應包括一個可以合理大小預覽照片的螢光幕。
(c) 一個可以用螺絲微調仰角及方位角的腳架系統(德式赤道儀類, 如JE120和 photoguider, 多是內置的; 其他可用Manfrotto 410, Eyebell micro-guider支架或 AstroTrac TW3100 斜面雲台等)。
(d) 一片黑色咭(紙或膠都可), 大小足以蓋著鏡的口徑, 如果小口徑鏡, 可以用黑色手套或黑布包著手。


1. 確定相機系統己對焦。粗略對軸, 用管來對軸、用鐳射筆、甚至用仰角器加指南針都可以。
2. 將鏡指向正東方盡量接近水平線(地平)的天區。(用正西都可以, 但調教時方向相反)
3. 赤經追蹤應是運行狀態的, 拍一幅那天區的星點, 曝光時間應和預算正式拍攝天體時所選用的時間相同。
4. 開始拍攝的1/6時間, 用黑咭或包了黑色的手遮掩鏡口, 遮掩的時間約為總曝光時間的1/4。作用是對極軸不準時, 星會在照片中呈現一條線(拉線); 但單看照片是不知星的影像是由那點開紿到那點結束, 但如果在曝光時間中部份蓋著鏡, 那照片的的線是部分沒有光的。這沒有光的部分是在曝光過程的上半部份。那觀察照片便可知星點在照片上的移動方向。
例: 3分鐘: 0-30秒正常曝光, 31-75秒, 鏡頭受遮, 76-180秒正常曝光。
5. 參照以下圖片, 當中有一些感嘆號。長劃是星點移動的曝光時段終點, 而點是開端。那可知星點移動的方向。如果星點是向南移(或右方), 那即赤經追蹤向真正天球赤度的北方去了, 那即極軸向是過低了, 要小許調仰角螺絲來增加仰角(離開北面的地平)。(用大部份折射鏡或折反射鏡, 相機螢光幕的是正常圖像, 上下左右和眼見的一樣, 如用牛頓反射鏡, 就是小心分出那裡是上下左右。)

6. 再用(4)的方法拍一照, 如調整不足夠, 應出現一個較短小的感嘆號, 如過度調整, 就會有反方向的感嘆號。可以按此重複調整仰角。
7. 當極軸誤差小的時候, 就不會有感嘆號, 只會有稍為長了一點的星點。這個稍長的星點, 曝光初期的部份會較暗, 因步驟(4)使上半部分曝光只得一半時間有光, 而下半是沒有遮光的。那知道星點移動的方向, 就可用步驟(5)的原理, 以更小的幅度調整仰角。

8. 向近地平的誤差為零或很小時, 可以將鏡指向天球赤道(DEC=0)的天頂區, 再用步驟(4)拍照。如見感嘆號, 可以用它找出星點移動方向。如星點向北移, 即鏡頭/望遠鏡的指向比真正的天球赤道偏南了, 極軸指向是偏向西方了(或向北站時的左方), 那要調方位角的螺絲, 使極軸順時針(由上向下望)移。
9. 重複步驟(8)直至星點沒有延長。[小量漂移時決定移動方向, 請參閱步驟(7)]。
10. 要確定很高的準確度, 可重複一遍步驟4至9。當向近地平和近天頂的照片星點都不延長, 那對極軸可算是完美的了, 可以用相同曝光時間和焦距拍任何天區的天文照了。

註: 如果有東西方向的星點移動, 那表示追蹤誤差或支架不穩固, 對極軸是解決不了問題的, 整個赤道儀是要維修了。如果有南北方向的延長星點, 但沒有較光和較暗的頭尾, 很可能是有震動的問題。

我昨晚試用了這個方法, 用了70分鐘(包括一些故意的測試)為310mm鏡三分鐘曝光由隨便粗略對軸達到良好的對軸。但熟習後(感嘆號的長短可估計螺絲轉多少會到達準確點, 因此可以大大減少嘗試的次數), 我估計少於七倍會使用曝光時間使可完成漂移對軸步驟(即用每幅三分鐘曝光的, 21分鐘內可完成)。

以上方法是為攝星赤道儀開發的, 但任何赤道儀都可使用。

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文章 MANDII » 週三 21 7月, 2010 16:54

噢。。。我明白你意思了。就是看屏幕拉线来做drifting 。

屏幕(camera / PC) 上看的确是很方便能看到拉线情况来,比目镜里好看好多。其实我觉得任何赤道仪都可以那样做的。并不只你列举的那些,而且也不一定要DSLR。我用的EQ3加PC都是一直那样做,只是没有真正地找到一个东水平的星来做。

还有一点关于用感叹号的,其实停了电跟便会知道星移的方向,而星必然是东到西那样移,也就说能在照片上看到东和西的方向,南和北的方向也自然地定出了。那样再开电跟,如果有南北drifting , 那条线便会垂直于原来没开电跟的线的方向,一看便看出来的。


文章: 1344
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文章 cori » 週三 21 7月, 2010 17:54

好有用, 得閒試試, 多謝分享 :D

文章: 2814
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文章 Nosneb » 週三 21 7月, 2010 18:13

Nosneb like this!!


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文章 StevenTam » 週三 21 7月, 2010 19:11

學習了,很實用的招色 :D

Eddy So
文章: 13820
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文章 Eddy So » 週三 21 7月, 2010 19:35

[Good Job] 謝謝鄧SIR分享! [跪拜禮]

文章: 14249
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文章 anyone » 週三 21 7月, 2010 21:38

thanks Tang sir . [跪拜禮]

我唔係刨 notes 的好學生 , 都係等你實戰教我 , 比教易明些 ! :P

文章: 803
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來自: Tin Shui Wai

文章 cwlam » 週三 21 7月, 2010 21:53

anyone 寫:thanks Tang sir . [跪拜禮]

我唔係刨 notes 的好學生 , 都係等你實戰教我 , 比教易明些 ! :P
me too... thank you Tang Sir... [跪拜禮]

文章: 2653
註冊時間: 週四 30 11月, 2006 13:25

文章 PeterPeter » 週四 22 7月, 2010 17:57


就寫上十個讚字: [Good Job] [Good Job][Good Job][Good Job][Good Job][Good Job][Good Job][Good Job][Good Job][Good Job]

好天時,要去試下先 :)

文章: 1016
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來自: 九龍灣

文章 clover » 週五 23 7月, 2010 20:04


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文章 鄧登凳 » 週日 25 7月, 2010 23:17

謝謝各位捧場 [跪拜禮]

希望大家有機會試用, 可以提出改進的意見。

如果用天文望遠鏡及天文拍攝影機(如DSI), 那不用這樣做, 因在電腦螢幕可見星的移動了, 也可換上十字目鏡。

這個方法主要是針對DSLR及相機鏡頭的, 或因不同原因不想拆出相機來換目鏡的系統(如沒有十字目鏡)。這個方法也有個好處, 就是因有幾分鐘的曝光, 如果拉線不太嚴重, 那是較暗的星都可見, 那用7、8等星都可以做漂移了。

實質經驗中學會, 不清楚拉線的方向是不行的, 特別是接近準確的時候, 由一條短拉線變為更短的拉線, 那是不是更迫近準確極軸位置呢? 可能是, 但也可能是超過了準確位置而產生了反方向的拉線, 那要再同一方向調多小許才知。但用相機每試一次是幾分鐘的, 那來來回回, 除時可花半小時以上。因此, 小弟想了不少時間, 不是開發漂移法, 而是怎樣由照片中知道拉線方向的小小設計。

文章: 104
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文章 northwolfwu » 週二 03 8月, 2010 15:32


在网上还有一种方法:CCD Polar Alignment

http://www.minorplanetobserver.com/Misc ... oDrift.htm


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文章 鄧登凳 » 週一 20 9月, 2010 14:08

由於小弟文字表達能力不佳, 有些師兄看不明, 現試加圖一幅, 希望有點幫助吧。(為易看一點, 比例是誇張的 :lol: )

由於相機是全正像的, 所以描述與用目鏡的有不同, 但相機的正像應更易看和易明。
DRIFTING.JPG (188.82 KiB) 已瀏覽 131341 次

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文章 鄧登凳 » 週三 20 10月, 2010 20:40

vegabort 寫: 鄧Sir...關於漂移對軸---鄧氏感嘆號法,小輩有問題想請教..
2)我試過用CD-1先影東水平天區,星星不只是左右(東南)Drift...而是傾斜Drift 如左上至右下...有時甚至垂直而不是打橫Drift...應甚麼辨好呢?
3)第8點....向近地平的誤差為零或很小時.......如星點向北移, 即鏡頭/望遠鏡的指向比真正的天球赤道偏南了, 極軸指向是偏向西方了(或向北站時的左方), 那要調方位角的螺絲, 使極軸順時針(由上向下望)移。....星點向北移是真正的北方,還是相片上方的意思? 如果向東西drift又怎算?

大家參酌討論一下好了, 指導可不敢啊 :oops:

1. 我習慣是先做東或西水平區, 因為要順便對焦, 看天頂位對焦痛苦很多。但其實應是先做天頂位會好一點, 因水平是區不可能真正的水平, 很大機會是80%上下誤差加20%左右的誤差。
2. 如果是小許斜向, 基本是南北向的, 可以不理, 因相機沒有小心調角度, 也不一定是正向著東或西。 但如果有很明顯的東西拉線, 那一是在固定赤道儀或固定拍攝設備的連接位有鬆開了的地方, 或是赤道儀的追蹤出了問題(包括小弟試過AstroTrac電壓不夠就會出這個毛病)。東西向拉線問題調整極軸解決不來。
3. 在相機的視像器(monitor)看到的是正像, 所以相片向北的方向就是北方, 由於相機可以透過球狀雲台(ballhead)或鏡頭抱箍等調方向, 上下就很說是什麼。東西拉線問題, 第2點己答了。


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