Holdy Pan

作者： 周熠君

随着Internet的迅速普及，网络视频捕捉器——Webcam也日益成为一个非常强大的网络交流工具。它以即时的画面显示、合适的图象大小，极大地便利了网络之间的沟通，同时由于它的外型小巧时尚，售价低廉，也已成为网络时代一个朝夕相伴的“电子宠物”。




一、ToUcam在天文摄影的应用

然而，正是由于Webcam的出现，在人们眼中显得非常高深莫测的天文摄影一下子由高不可攀的专业领域向普通的天文爱好者敞开了大门。以往想要拍摄到大行星或月面的精细影像，总是由专业天文台或较为高级的大型望远镜所得，而其使用的设备要么是极其昂贵的天文摄影专用CCD，要么就是各类专用底片，而且还需要更加专业的操作技术和复杂的加工处理，决非普通人所能拥有！

Webcam在天文摄影的应用，充分发挥了它与计算机的紧密关系，通过后期的软件处理，将Webcam拍摄的视频文件施以挑选、排列、对齐、叠加、锐化等处理步骤，得到比原始单帧文件清晰得多的影像。它在单位时间内获取的图片数量远远超过以静态拍摄的数码相机，这对于高倍率拍摄行星的细节是非常重要的。因为行星摄影的死敌——大气层的扰动，令拍摄的图片被扭曲变形，尤其是在高倍率的情况下。通过连续拍摄得到的成百上千张图片，可以在计算机中加以挑选，去除质量不好的单帧，以提升质量。因此，Webcam已迅速成为天文摄影界里一颗不容忽视的超新星，并稳稳占据了明亮天体如月球和大行星精细摄影的霸主地位。当今世界上最高水平的月球、行星照片很多都是使用Webcam拍摄的。

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附图1附图1附图1

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附图2附图2附图2

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Philip公司生产的ToUcam就是一款在天文摄影界倍受宠爱的Webcam，相比起其它品牌的同类产品，具有手动操作性强、重要参数设定均可自定义的强大优点，已令ToUcam成为行星摄影爱好者人手一机的必备工具。它的核心部件——CCD为30万像素(640x480)，虽然比起大部分数码相机来，显得很小，但对于拍摄行星，已经足够了。即使是视面积比较宽大的金星和木星，在大部分情况下，也只能占用大半的CCD面积。而且过高像素的CCD拍摄的AVI视频文件，将产生十分庞大的文件尺寸，令计算机的拍摄和后期处理不堪负荷。在每个晴朗的宁静夜晚，总有一些孜孜以求的爱好者，将ToUcam接上望远镜，通过计算机操控着它捕捉一个个令人激动的精彩瞬间。

天文摄影中的ToUcam，又以Pro PCVC 740k型号最为经典选择。它除了可以拍摄定格照片外，还可以拍摄AVI格式的短片。除有从每秒5帧到每秒60帧的7档帧率设置，还有亮度、Gamma值和饱和度的图象设定，也可手动设定快门速度和增益，甚至比较重要的白平衡也可以手工调节。虽然ToUcam还可以捕捉音频，但对于天文摄影来说，是毫无用处甚至有反作用，譬如在后期的软件处理中，会因为音频的录入而令处理无法进行，因此我们一般将录音功能关闭。

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二、将ToUcam与望远镜和计算机相连

ToUcam 740k如图二所示，黄色的镜头可以旋转，以供调节焦距。我们则需要将镜头取下来，并另行选购一只适配器，一端旋进原镜头螺孔，一端为接1.25"（31.7mm)的望远镜接口（上图）。

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注意此时的ToUcam就是以望远镜为镜头成像的，因此望远镜目镜和ToUcam的原镜头都是不需要的，由于光线在望远镜物镜和CCD之间没有其它镜片的折射损失，可以得到最为清晰的图象（上图）。

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同时为了减轻不必要的重量和加强稳定度，将ToUcam的支架去掉，将USB接口与计算机相连，在拍摄时，只需在屏幕上观看并调节望远镜焦距至清晰即可（上图）。

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现在ToUcam 740k型号已经停产，取而代之的是840k。在外型上有了不同的变化，但基本功能相差不大，很多爱好者开始选购后者。
  由于望远镜的焦距是固定的，最后的成像大小也是固定的。可以采取加装巴罗镜或减焦镜的方法，来获得不同的视场或倍率，它们的作用实际上就是增加凹透镜或凸透镜的原理，来延长或缩短焦距，达到最终控制图象大小的目的。  


三、软件的应用

ToUcam软件功能众多，应用广泛，基于本文特点，仅对天文摄影的应用作详细介绍。
1.安装完ToUcam的软件后，点击PHILIPS Vlounge应用程序，再点击VRecord打开，我们看到ToUcam的红灯亮起，表示已经正常接通。软件操作界面如图六所示。

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2.点击菜单“文件”打开“设置捕捉文件”，为新文件命名。此时我们可以开始一个有序的档案管理方案，即以拍摄的日期作为文件名，如2004年9月1日晚23点35分的月亮，可以命名为MOON-200409012335。这样的好处是显尔易见的，便于以后重要的资料管理及翻查，虽然一只硬盘中不可能存放太多的AVI文件，但原始的档案管理还是非常必要的。

3.点击“选项”打开“视频格式”，将Color Space/Cpmpression设定为1420，Output的选择则表示将要拍摄文件的图象框幅大小。由于ToUcam只有30万像素，因此最大的尺寸为640x480。文件的大小与框幅的大小选择成比例，同样拍摄的AVI视频，640x480文件要比320x240大4倍。

4. 点击“选项”打开“视频特性”（上图）。



由于天文摄影的特殊性和后期处理的因素，首先将“完全自动”选项关闭。

4.1 帧率：帧率的设定有每秒5帧、10帧、15帧、20帧、25帧、30帧、60帧等7个设定。速度越高，表示在单位时间内获取越多的图片，帧速率取决于当前选择的视频格式（分辨率）和 USB 总线上可用的带宽（与USB端口相连的设备数以及它们传送的数据量）。无效帧速率的按钮将自动变成灰色，不能选择。要启用更高的帧速率，需在应用程序中选择更小的视频图像格式。根据经验选择每秒5-15格是最合适的。

4.2 亮度：选项的缺省设置为中点(50%)，由于调节会引起画面的灰平衡失调，因此不要去改变。

4.3 伽马/Gamma：向左移，偏灰，向右移则鲜艳，如果大气清澈，以偏左为合适。

4.4 饱和度：愈靠近左边，愈接近于黑白，反之越鲜艳饱和。以偏右为合适。

4.5 模式：选择黑白时，则对于拍摄月球或单色处理时有用。

4.6 镜像：有时，望远镜采用了天顶棱镜，它所成的像是反面的，这个选项就很有用了。

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5. 摄象机控制（上图）

5.1 白平衡：这个设定非常重要，但又比较难以掌握，调整不好，会令图片颜色失真，并损失许多细节，即使在Photoshop中也难以调整过来。有个简便易行的设定方法：先选中自动，这时软件会自动调整并将白平衡稳定下来，此时再关闭自动，保留这一设定，如有必要，也可以再仔细地手动调节。

5.2 快门速度：速度选择可以控制在1/25秒至1/10000秒间，越慢则越亮，反之越暗。

5.3 增益：在以快门控制图象时，也可以用增益来调节明暗，如1/25秒拍摄时画面比较灰暗，则加大增益。如1/50秒太明亮，则将增益减到零，如果还是太亮，则再缩短快门时间。

合适的曝光控制对获得良好的图像信息是至关重要的。过曝则损失细节，欠曝也一样，而且噪点令人难以接受。在正常情况下，CCD 曝光时间越长，图像的信噪比就越高，看上去更光洁、平滑。 而在大气的宁静度比较差时，长时间的曝光往往会被大气扰动所破坏，这时采用短时间曝光就是一个明智的选择，虽然信噪比较差，却受到的大气影响较小，可以得到更优秀的分辨率，而且在后期处理时可以取得较好的信噪比。不同的快门速度通过增益的调节得到同样的图象亮度情况下，更短的快门比更长的快门速度要分辨率高一些，但如果在大气条件比较良好时，也可以适当加长曝光时间，所有这些调节，都需要根据经验判断调节，来得到一些比较细致的变化。

6. 音频录制
由于开启了录音功能的AVI文件在后期的图象处理中会出现无法正常进行的情况，因此我们必须将录音功能关闭，不用理会这一设定。