Agrupación Astronómica Laguna Paiva

Existen en la actualidad gran variedad de dispositivos para capturar imágenes de video en una PC. El objeto de este artículo es dar una explicación lo mas precisa posible sobre el desarme y adaptación de la cámara QuikCam VC de Connectix para uso en astronomía.

La utilización de cámaras del tipo video-conferencia o captura digital en PC no es nueva y puede encontrarse bibliografía en Internet la que en general se encuentra referida a la QuickCam blanco y negro. Es cierto también que la idea de utilizar el color en astrofotografía (o al menos un color creíble) no es estrictamente necesario, es por ello que haremos referencia también al modelo blanco y negro, el caso particular de quien escribe solo ha podido conseguir en el mercado la QuickCam VC desarrollada especialmente para uso en video-conferencias, con posibilidad de capturar video e imágenes fijas ambas en color y por un precio mas que razonable, alrededor de 130 U$S (en Argentina). Es posible seguramente adaptar otras marcas de igual resolución o aún mayores para estos fines pero en nuestro caso solo se ha intentado con el modelo descripto.

Chip Texas Instruments TC 255 CCD

Mediana resolución, sensor de imagen B/N para TV de estado sólido a bajo precio.

324 (H) x 243 (V) elementos activos en el área sensible de imagen.

10-um Pixels cuadrados

Tamaño pequeño

Bajo costo

Bajo peso propio

Antiblooming incorporado

Obturador electrónico funcionando desde 1/60-1/50000 s

Baja corriente de oscuridad

Rango dinámico... 66 dB típico

Alta sensibilidad

Alta respuesta al azul

4-mm área diagonal de imagen

64 niveles de gris 6-bits

Alta uniformidad de fotorrespuesta

Chip CCD Sharp LZ2547

Obturador electrónico de 1/50 a 1/1000 sec

Captura de color 362 (h) x 582 (V) pixels útiles

Pixeles de 8.2 por 3.8 um

Baja corriente de oscuridad

Antiblooming integrado

Sensibilidad 170 mV/Lux

Conexión a puerto USV

Alimentación por teclado (5V)

Cable soporte 1.80 m

Peso original 150 gr.

Imágenes de 352 x 288 pixeles (modo CIF) en 16 millones de colores

Area de imágenes posibles 640 x 480, 320 x 240, 160 x 120 u 80 x 60 pixeles

Regule de luminosidad, contraste y balance de colores, manual y automático

Formato de imágense fijas BMP, TIF o JPG

Formato de captura de video AVI

Computadora PC Pentium100 Mhz, 16 Mb RAM, Windows 95 & 98

Capturador electrónico funcionando en 30 framas por segundo a una resolución de 352x288 y 15 framas por segundo a 640x480

Posibilidades

La QuickCam es una cámara muy económica, portátil y fácil de adaptar para el uso astronómico. Hasta el momento solo la he probado en fotografías de La Luna, planetas y algunas estrellas de magnitud visible a simple vista. Siendo una cámara especial para fotografía planetaria. Toda la bibliografía que hasta el momento se encuentra en Internet hace referencia a la QuickCam B/N para el uso en astronomía por lo que no ha podido compararse el modelo VC con las anteriores, y cabe recordar que ésta última fué diseñada para el uso en video conferencias es por ello que dejamos a cada interesado decidir cual comprar.

Recomendamos leer para este caso:

Connectix QuickCam VC en:
http:/lantimes.com/testing/98mar/803a064a.html
y
Camera Specifications, The Color QuickCam en:
http:/priceware.com/products/camera/camerainfo.html

Primeros pasos

Una vez adquirida la cámara es importante probarla tomando algunas fotografías en interiores, verificando el correcto funcionamiento en diferentes condiciones de iluminación. Es importante también ir familiarizándose con el software provisto por el fabricante antes de desarmar la cámara.

Debe recordarse que una vez abierta se pierde toda garantía del producto.

Disección de la QuickCam VC

El modelo más difundido en Internet de la QuikCam es la blanco y negro, encontrándose muy poca bibliografía referida al modelo VC.
Existen algunas diferencias entre una y otra, por lo tanto sugerimos leer primeramente (o específicamente a aquellos con QC B/N o color) el artículo de:

Hanno Müller, How to disassemble a B&W QuickCam en:
http://perso.club-internet.fr/uranos/disassemble_quickcam.html

así como:

Lance Hill Observatory en:
http:/www.geology.ewu.edu/jpb/lho/lhotech.htm

Seguramente luego de leer estos artículos se habrán familiarizado con lo que se espera encontrar dentro de la QuickCam VC.

Básicamente la disección es la misma que la de los modelos B/N y color.

Primeramente es muy importante conectarse a tierra (esto no significa de modo alguno conectarse a un enchufe !!) ya que el circuito puede dañarse seriamente por causa de la electricidad estática a la que es extremadamente sensible.

Por lo tanto, se recomienda:

Con la cámara desconectada de todo ordenador, trabajar sobre una mesa preferiblemente de madera sin pintar u otra ubicación antiestática similar.
Preferiblemente no utilizar ropas con fibras plásticas (aquellos pulloveres que hacen chispitas al quitárselos) y los pies con zapatos de suela (no de goma) o preferiblemente sin ellos y sobre piso de baldosas o cemento.

Una vez tomadas estas precauciones comenzamos con la disección:

El secreto para el desarme de la QuickCam se encuentra en la parte posterior, cubierto por una etiqueta (todas las que tenga deberán quitarse) y se trata de un pequeño orificio de unos 2 mm de diámetro justo sobre la junta que une los dos casquetes de la esfera y unos milímetros debajo del cable de conexión.
El procedimiento es introducir por el orificio un pequeño destornillador o un clip haciendo un poco de presión hacia adentro y apretando la esfera para ayudar a destrabar el soporte que une ambos casquetes.
Si bien parece una operación riesgosa, pues incorporar algo punzante dentro de la esfera parecería peligroso, la probabilidad de romper la circuitería es poca ya que el mismo perno protege la placa del circuito, la profundidad a la que se encuentra el perno a destrabar es de 7 mm.

Una vez destrabado el primer perno, se hace una pequeña palanca hasta abrir un poco la esfera, luego deben destrabarse dos pernos mas, que se encuentran cerca del sistema de enfoque y lentes, esta operación, si se hace con cuidado no reviste riesgo.
Es importante tener siempre en mente la posición interior de la placa del circuito (vista desde arriba, con el lente hacia la izquierda se vería en el centro y en forma vertical) para ir decidiendo como hacer las operaciones para destrabar los pernos y liberar la placa.
Según lo que he leído sobre la QuickCam B/N, parecería muy posible que los pernos se rompieran (esto no afecta el funcionamiento de la cámara) pero según mi experiencia personal, parece que el plástico de la QC VC es de mejor calidad y los pernos no deberían romperse haciendo las operaciones con cuidado.
Una vez abiertos los dos casquetes, seguramente, en uno de ellos quedará aún sujeta la placa de electrónica y los restantes componentes.

A partir de aquí es muy importante descargarse a tierra.

Tomando la placa por los bordes (como si se tratara de un Disco Compacto) y tirando un poquito del papel aislante que se encuentra entre la placa y el contrapeso inferior, se logra fácilmente quitar la placa de las guías de plástico que la mantienen en posición.
Como verán, el interior de la QuickCam VC es diferente a los modelos anteriores, posee circuitería en ambas caras, no trae el anillo metálico de contrapeso y el CCD es diferente (aunque no puedan observarlo todavía).
Ahora quitamos el contrapeso inferior y el papel de aislación.

Nota:
Si se desea, puede dejarse el contrapeso y el papel aislante ya que desenroscando el pernito que actúa sobre la base de goma, encontraremos una rosca universal para trípode fotográfico.
En mi caso (volví a armar la esfera) quité el contrapeso para aligerar el peso final del dispositivo.

El siguiente paso es destornillar los tornillos que afirman el foco y el filtro (con la ayuda de una llave exagonal pequeña) para quitarlos, pues según dice la bibliografía, mejora la calidad notablemente sin el filtro infrarrojo.
A partir de aquí cada quien puede decidir como instalar la placa con el CCD según su gusto y de acuerdo a la configuración y telescopio de que dispongan.
Aquellos que deseen utilizar la cámara con lentes de 50 mm, 125, 200 o más (yo la he probado y funciona muy bien) deberán pensar como armar un soporte y caja adecuados.
En mi caso yo opté por volver a poner el circuito en la esfera original (sin lentes ni contrapeso ni filtro) siendo el procedimiento bastante sencillo.
Con cuidado se coloca la placa en las guías de posición que trae el medio casquete esférico, cuidando de no tocar ni dañar el CCD, luego tomamos el restante, verificando el exacto acoplamiento en las guías del segundo casquete y practicando una pequeña presión entre ambos se cierra nuevamente la esferita.
Antes de continuar es importante verificar el funcionamiento de la QuickCam VC conectándola como indica el fabricante y dejando entrar algo de luz en el interior, veremos borrosamente en la pantalla del software las variaciones de luz y sin interferencias, si todo es así, podremos continuar con el acople al telescopio.

Acople al Telescopio. *(Para un telescopio de 10" reflector)

El acople de la cámara puede variar según el tipo de telescopio. Sugiero previamente (si se ha conservado la carcaza original), montar el telescopio en estación apuntándolo preferiblemente a la luna, luego apoyar la esferita sobre el porta ocular (sin el ocular) e intentar fijarla con algo de cinta aisladora.
Luego intentar encontrar el foco en estas condiciones con la ayuda del software y en configuración automática o predeterminado.
*Para el caso de nuestro telescopio, un Meade Starfinder 10 pulgadas f/4.5, no es necesario mover el espejo primario a una segunda posición para hacer fotografía de foco primario (lo cual implica sacar el espejo, re-instalarlo, colimar el telescopio y no poder ver nada con oculares en esta posición), ya que éste está diseñado exclusivamente para el uso fotográfico.

Afortunadamente, en las condiciones normales de observación con oculares, la QuickCam VC encontró el foco sin necesidad de mover el espejo, dejando un rango adecuado para el enfoque, seguramente quitando algo de luminosidad al telescopio por encontrarse el desarrollo del porta ocular algo dentro del tubo, de todas formas el resultado fue muy bueno.
A partir de aquí deberán hacerse algunas pruebas hasta encontrar la configuración adecuada y tipo de fotografía que se desee hacer.
Es sabido que la relación de aumento para la fotografía con CCD o película, varía según el área del CCD y la distancia focal del telescopio.
En el caso del Starfinder, no es posible tomar la Luna entera dentro del campo, de todos modos, pueden sumarse varias placas con ayuda de software específico para armar una imagen completa. También es posible (según el tipo de telescopio) adicionar reductores de distancia focal de modo de aumentar la luminosidad y el campo de la imagen.

Sobre estos temas puede consultarse:

Revista Astronomy, Diciembre de 1996, Pags. 84 a 89
Piece by Piece Astrofotography por G. Terrance y R. Ciccariello

Sky & Telescope, Junio de 1997, Pags. 38 a 42
Of Pixel sixe Focal Reducers por Dennis di Cicco

Sky & Telescope, Agosto de 1997, Pags. 109 a 113
A CCD camera buzzword primer por Dennis di Cicco

Sky & Telescope, Enero de 1997, Pags. 38 a 41
Amateurs and the CCD revolution por Dennis di Cicco

ó la página Web referida a la QuickCam de Michael L. Fleenor en esta dirección:
http://user.icx.net/mfleenor/quicintro.htm

Hasta el momento nos hemos referido a la fotografía a foco primario, hasta aquí se han conseguido varios aumentos, para continuar puede incorporarse una lente Barlow (en mi caso variable Meade 2x-3x) con lo que se consiguen aumentos mas que suficientes sin un gran deterioro de la imagen.
Para este tipo de configuración yo decidí armar un dispositivo definitivo, pegando mediante pegamento epoxi el cartucho plástico en el que normalmente vienen envasados los rollos de película 35 mm. Este tubo, tiene el tamaño exacto para colocar en el porta ocular de 1.25 pulgadas (o en el Barlow), cortando con una tijera para uñas el fondo del cartucho y pegándolo a la QuickCam por el lado de la tapa (sin la tapa), la configuración es adecuada (ya que el cartucho es suficientemente rígido y el peso de la cámara es insignificante) para colocarla y fijarla con seguridad en el porta ocular como se hace normalmente con los oculares.
Si se buscaran mayores aumentos puede hacerse fotografía de proyección ocular adaptando la cámara a éste mediante algún dispositivo diferente.

Pueden consultarse aquí las páginas de:

Lance Hill Observatory realizado con la tapa de la crema de afeitar en:
http:/www.geology.ewu.edu/jpb/lho/lhotech.htm

Mounting the QuickCam to the ETX en:
http://www.csd.abdn.ac.uk/khui/etx_qc.html

QuickCam Hack Web page en:
http://www3.gamewood.net/astronomy/ccdinfo/qc

En esta dirección podrá encontrase una completa descripción referida a los diferentes modelos de QuicCam, adaptación, refrigeración, software específico, etc.

http://www.astrosurf.org/uranus/astrocam/ACCUEIL.HTM

El Software

Hasta el momento el software que trae la QuickCam VC es lo suficientemente bueno y fácil de usar (a tiempo real).
Permite capturar video en formato AVI para hacer barridos, así como para capturar imágenes en color.
Pudiendo indicarse los tipos de toma (video o placa), la cantidad de placas a tomar en modo automático o una a una, las resoluciones a usar y los ajustes de cámara.

En el menú ajuste de cámara pueden configurarse opciones diferentes a las del modo predeterminado y automático, En realidad es importante variar el contraste, brillo, color y tiempo de exposición de forma manual.
El rendimiento es bueno, a pesar de lo rudimentario del soft que no permite obturar durante demasiado tiempo como sucede con las CCD profesionales, pero el rango es lo suficientemente apto como para fotografiar estrellas visibles.
Debo hacer hincapié en que esta cámara no ha sido diseñada de fábrica para uso astronómico.

Refrigeración de la cámara

Es cierto que el rendimiento de las cámaras CCD, mejora a temperaturas estables y particularmente refrigeradas con módulos Pletier para disminuir el ruido de fondo y las corrientes de oscuridad pero hasta el momento, yo no he encontrado necesario hacerlo (pero puede intentarse), basta por el momento sacar la cámara y el telescopio dejándolo en estación durante unos 20 minutos y el resultado es bueno. En caso de utilizar estas cámaras para usos científicos como fotometría o espectrometría debería intentarse mantener las temperaturas siempre constantes para que los datos obtenidos puedan ser confiables y regulares en todos los casos.

Puede consultarse aquí:

QuickCam Astrophotography por António J. Cidadao
http://www.geocities.com/capecanaveral/5409/qc_index.html

Astrophotography with a QuickCam de Patrick Vanouplines
http://www.vub.ac.be/ster/www.astro/astroccd/astroqc.htm

Consideraciones finales

Es sabido que la QuickCam B/N trae un chip Texas Instruments TC 255 CCD, el mismo que traen las cámaras profesionales Pixcel 255 de Celestron, Meade Pictor 208 XT y 216 XT y las SBIG anteriores a la ST-5, lo cual garantiza una calidad similar para objetos luminosos (la diferencia está en la calidad de la electrónica), en el modelo QuickCam VC probado por mi, se ha utilizado el CCD de Sharp Corporation LZ 2547, y no he encontrado bibliografía en Internet sobre el uso en otras cámaras mas que aquellas utilizadas para porteros-visor, video-teléfonos o reconocedores de patterns y su desarrollo por Connectix se basa en crear una cámara, que al igual que los modelos B/N y Color, puedan conectarse a la PC sin incorporar a éstas ninguna placa en el interior del CPU, pero siendo la VC un modelo especial para video conferencia debía optimizarse la velocidad en que aparecen los cuadros en pantalla transfiriendo la información por la puerta de impresora (cabe aclarar que en el modo video los cuadros son bastante lentos a pesar de la mejora a costa del chip) es por ello también que se requiere un hardware mínimo de Pentium 100 Mhz.
Finalmente los diferentes modelos de QuickCam han dado resultados satisfactorios a varios aficionados siendo una cámara barata, pequeña, portatil y fácil de adaptar al uso astronómico, que puede brindar muchas satisfacciones a quienes se inician en la astrofotografía con CCD.