【滤镜系列之二】天文小科普:天文摄影的滤镜

【滤镜系列之二】天文小科普:天文摄影的滤镜

本文由 @痞雅张 原创并发布于“南方天文”公众号,转载请注明出处

 

在之前的文章中,我们聊了天文摄影的光谱和改机,而这篇文章中,我们将更近一步,聊聊天文摄影的滤镜。

电磁波谱图,图源网络

上次我们展示了电磁波谱图,在这张图片里面,我们说到了可见光集中在大约380-780nm的范围,为了防止相机采集到其他杂乱光线,我们一般会用滤镜来阻挡这些光线。但是相机内置的滤镜为了日常拍摄需要,通常把宇宙中大量存在的Hα等波段光线阻隔了,改机实际上就是取下或替换原本相机中内置的滤镜。

  • 什么是天文滤镜?

滤镜下的高晓松

这里说的滤镜不是四大邪术之一的美颜滤镜,而我们说的滤镜是这样的滤镜:

一套常用的36mm规格LRGBHSO滤镜和滤镜轮

 

  • 为什么要用滤镜?

因为我们使用的相机感光元件本身只具备感受黑白的能力,我们需要使用特定的滤镜,让它感受某种特定的光,再进一步合成彩色。我们常见的彩色相机,实际上是在只能感受黑白的CMOS上增加了一个拜耳阵列,再配合机器内置的插值运算,一次性的拍摄出彩色图像。这部分内容,我们暂时不做展开。

 

在日常摄影中,我们经常会使用中灰滤镜、减光镜、渐变镜实现特殊的拍摄效果,如避免天空过曝,而使用简便滤镜,压暗天空的亮度,保证地面也能得到充分曝光;使用柔焦镜拍摄朦胧柔美的人像。在天文摄影中也是这样,我们经常出于特定的目的,或者为了拍摄特定的目标而使用某些滤镜。

宇隆L-pro光害滤镜官方测试样张。图源宇隆官网。

  • 滤镜有几种?

一般来说,结合之前的光谱图,我们根据带宽和用途将常用滤镜进行分类:

 

1:宽带滤镜/红外/紫外滤镜

最常见的就是UV IR CUT滤镜了。

 

顾名思义,将红外光和紫外光采用一刀切的方式过滤掉,可见光波段可以通过,被相机采集。通常黑白相机所使用的LRGB滤镜,也可以归为此类宽带滤镜。

 

另外,日常摄影使用的UV镜也是这类滤镜,因为在胶片摄影时代,交卷对紫外光很敏感,所以通常要在镜头前加入这个滤镜,方式“杂光”摄入,而现在单反时代,在内置滤镜的加持下,这个滤镜已经失去了滤光的作用,相反因为在天文摄影中会引入奇怪的光晕,我们强烈建议在天文摄影前,摘掉UV镜。

梦天改机的UV/IR CUT滤镜光谱图,途中红线为普通单反内置滤镜的光谱通过图,蓝线为改机滤镜的通过图,标注H-Alpha的竖线为宇宙中常见的H-α谱线。图源梦天官微

 

2:光害滤镜

为了隔离人造光害而制作的滤镜。

 

人造光源对于天文摄影来说简直是致命打击,好在人类使用的光源都是利用特定元素产生的光,我们用一个过滤这些波段的特质滤镜就可以解决问题,常见的有宇隆光电的Lpro、UHC、ClearSky滤镜、台湾STC的Astro Nightscape、Astro Multispectra、日本IDAS的LPS P2等等。

 

但是随着LED这种全波段光源的普及,甚至于有的厂商专门开发出了模拟太阳光,覆盖360~780nm的全光谱LED,光害滤镜越来越难在城市地区起到作用了。

宇隆LPRO光谱图,黄色竖线为常见人造光源光谱,如汞、钠灯,绿色竖线为天体常见光的谱线,如Hα、Hb、Oiii等,红色曲线滤镜的光谱通过曲线。在人造光的波段截止,又让天体的光线通过。图源宇隆官网。

 

图:国内某公司开发全光谱LED光谱图,这种LED灯可以模拟日光光谱,在植物繁殖领域有很大的作用,但对于天文摄影完全是灾难。

 

3:窄带滤镜

只能让特定的光谱通过的滤镜。

 

我们在之前提到宇宙中大量存在的Hα发射出656.6nm波长的光线,同样,基本上每一种元素产生的光谱都是固定的,所以我们可以制造出一种只让这个波长光线通过的滤镜,这样一来,就可以避开其他杂光,只采集特定的光线了。

 

但是因为制造工艺的问题,我们通常只能生产出以这个让一定区间的波长通过的滤镜,比如带宽7nm的Hα滤镜,可以通过的就是波长在656.6±3.5nm这个范围的光。一般来说,我们将以某个特定谱线为中心、带宽40nm以内范围的滤镜叫做窄带滤镜。由于窄带滤镜通过的光特别“窄”,它也成为了避免光害的一个很好的方法。

宇隆7nm SHO窄带滤镜光谱。图源宇隆官网。

4:特殊滤镜

 

除去刚才所提的深空滤镜外,我们还会使用一些特殊的滤镜来拍摄行星、太阳,或者特殊场合使用,比如拍摄海王星天王星所使用的IR 610滤镜,比如改善视宁度的IR 685/IR 742滤镜(红光或者红外光受视宁度影响很小,使用红色波段的光可以有效提升视宁度),再有拍摄太阳使用的巴德膜、ND减光镜等等,都是属于在特殊情况下使用的滤镜。

 

  • 滤镜常见问题

问1:什么情况下需要使用滤镜呢?使用什么滤镜?

答:如果使用裸奔改机、部分深空相机(如ASI 294mc pro)这类没有自带红外紫外截止滤镜的相机时,就需要使用UV/IR CUT滤镜了。尤其是294mc pro,因为索尼在研发此CMOS时主要应用是监控相机市场,因此这个相机在红色波段特别敏感,不使用红外紫外截止滤镜常常出现很严重的色偏。

 

问2:什么时候使用Lpro、UHC等,什么时候使用UV/IR CUT?

答:在普通情况下,使用UV IR CUT就可以了,这样的颜色是最自然的,当轻度光害的时候可以使用Lpro滤镜。对于星野摄影,Lpro滤镜的效果非常好,但是深空摄影中可能会出现一定的色偏,至于UHC,因为这个滤镜在蓝色区域几乎完全截止了,所以基本不推荐使用。至于为什么截止蓝色,或者什么时候使用双窄带,我们下期会再进一步展开。

 

问3:是不是使用了光害滤镜,就可以在城市拍摄了?

答:不管使用什么滤镜,都不是100%的隔绝人造光害,所以不论使用什么滤镜,我们都不推荐在城市光害严重的地区拍摄,即使可以拍,效率也很低。

 

问4:为什么你总是用宇隆的图和滤镜做案例?是不是恰饭?

答:不是,是因为穷,买不起更贵的,如果可以的话,欢迎打赏。

图:天鹅座NGC 6888眉月星云,使用信达小黑、Asi071cool相机拍摄,累计曝光2.4小时,使用UV IR CUT滤镜。图:厦门@丗堺冠軍

 

好了,这一期关于天文摄影的滤镜就先聊到这里,关于滤镜的东西其实蛮多的,下一期,我们继续滤镜这个话题。

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