行星拍摄入门——月球篇

序：

不知你是否留意过晨出东方的太白，亦或欣赏过天边猩红的荧惑。从史太公的《天官书》到牛顿的《天体运行论》，人们对行星的观测自古以来就未曾停止过。行星的相对位置不仅辅助人类记录了朝代的兴衰，还帮助物理学家的测出了许多重要的物理学参数。你知道吗？光速第一次的测量就是丹麦物理学家罗莫通过对木卫一持续观测算得的。

如果你也一样叹服行星之美并想亲手将之记录下来，那么请你做好从欣赏艺术走向学习一门技术的准备。

行者，动也。所谓行星，通俗来讲，就指持续观测会发现相对星空背景移动的天体，例如大家耳熟能详的“水逆”。天体之间总在相对运动，而行星都是太阳系内的天体，比起其它恒星来说离我们较近，于是相对运动看起来也就更为明显。也正是因为这些天体离我们较近，我们有幸用望远镜观察到它们表面上的细节。而行星的拍摄，正是记录并还原星体表面细节，从而获取其科学或艺术价值的一门学问。

至于有人问我为何要将月球归为行星摄影，这是因为同为系内天体，月球的摄影方法行星颇有共通之处。就像法布尔在做《昆虫记》时顺便将蜘蛛也加入其中。

关于行星的拍摄方法，网上能搜索到的教程似乎也卷帙浩繁，若将其一一列出未尝不可汗牛充栋。所谓真传一张纸，谬言万卷书。然网上之教程固然庞多，但随之而来却伴着不可避免的繁杂。贴吧中的技术交流，往往基于某个技术点，讨论多为碎片化。今日，笔者根据个人的理解将其整理，系统的将行星拍摄的步骤，从准备工作到后期处理的过程详细记录下来，并附有实例，以供初学者参考学习，亦供高人指正，共同交流，学习进步。

另外，开篇前要感谢一下本文主要参考资料的作者：《天文爱好者观测入门手册》by游戏猫，《天文杂谈》by黑灯，《天文摄影向导》译自Whiteshark，《从拍摄到后期》by bill44026。

拍摄前的准备：

你可以准备的：

1.一台望远镜：焦距长一点的好，不够长可以加巴洛镜延长。

长焦可以使成像更大，相应的，细节部分也会放大些。

2.一架赤道仪：长焦望远镜的视野一般比较小，固定不动的话目标很快就会从视野          中跑出去。注意，这里是因为地球自转造成日月星辰整体的东升西落，而不是                 行星相对星空背景的移动。赤道仪的作用就是消除地球自转的这种影响。

3.一个行星摄像头：目前市面上比较流行的有QHYii系列和ASI系列摄像头。摄像            头的作用是把光信号在转化成电信号，了解ccd的成像机理，对后期处理图片          有很大帮助，后文会有详细讲解，此处不再赘述。

4.一颗仰望星空，脚踏实地的心。

你需要等待的：

天文的魅力就在于它的不确定性。与一般摄影不同的是，要想获得一张高质量的天体照片，不仅要求拍摄者有优良的设备和娴熟的技术，更需要天公作美。如此天时地利人和才能诞生一件珍贵的作品。

何为天公作美呢？阴天下雨姑且不论，再此要引人入一个新的概念，它是行星摄影时大气环境的重要指标，直接决定了图像的最高质量。

视宁度（大气抖动程度）：

视宁度又分为两种：快视宁度和慢视宁度。为了解释这两个概念，

我们先来了解大气中的层流和湍流

星光不远万里来到地球，拍摄者应力求避免任何一点损失。可我们在地球上观看行星，就要透过大气层。大气的不均匀导致星光通过时要发生偏折，我们收集的就是大气折射后的光。如此偏折究竟会对成像造成多大影响呢，如图

高空大气的湍流会让行星表面的细节的相对位置扭曲甚至模糊殆尽，直接变成 1/10 的那个样子。我们称之为快视宁度。后期处理时“叠加”这个步骤就是为了降低快视宁度对图像质量的影响。

而低空的层流会使得行星整体的位置在视野中飘忽不定甚至反复横跳，使你无法捕捉到稳定的星像，那么行星摄影便无从谈起。后期处理中，我们用“对齐”这个步骤来减小慢视宁度对图像质量的影响。

到这里理论已经准备的差不多了，想必读者已经跃跃预试了吧，那我们就进入正题吧。

拍摄过程：

（一）对极轴，找到拍摄目标，将其移至视野中央。将目镜取下换成摄像头，重新对焦。

这里主要介绍一款拍摄软件SharpCap。这是一款非常好用的行星摄影软件，在官网上就可以直接下载到最新版本。

打开软件后选择你的摄像头，需要安装一个驱动才能在下拉项里找到你的摄像头。这个驱动在摄像头的官网上可以下载到。

（二）摄像头启动完毕就可以开始拍摄了。拍摄时注意右侧Camera Control Panel一栏中几个参数的设定：

我给大家翻译并解释一下：

Colour Space：就是所谓的色彩空间，具体的原理我也讲不清楚，反正不同的摄像头选           择对应的色彩空间就好了。比如，黑白摄像头可以选择MONO8，USB2.0选择yuy2。

frame rate：帧率，就是一秒钟拍多少张。注意新版的 sharpcap 软件里，这个帧率是“允         许最大帧率”。提升的帧率对拍摄自转较快的行星有很大帮助。

resolution：这个是分辨率。行星摄像头的分辨率都不大，最大的只有 1280*1024，                 因为本身行星投影在成像面上的像就不会很大的。虽然分辨率越大的摄像头越贵，         但是我们在设置分辨率时，甚至要故意把分辨率调小以降低“无效像素”。这么做          不仅可以提高传输帧率，还能降低后期处理的运算负担。

通常拍摄使用分辨率的原则是：长和宽为可以容纳目标直径的1.5-2倍为宜。 

Exposure：曝光（时间）。要想获得高质量的照片，提高单帧曝光时间才是王道。因为           增长曝光时间可以提高“信噪比”。但是我们在提高单帧曝光时间的同时，又要尽           量避免视宁度对图像的影响，这二者之间就有一个妥协。现在您明白为何视宁度直         接决定您的图像能达到的最高质量了吧。

gain:增益。

CCD接受到光子以后，会以一定的量子效率（光电效应的灵敏度）将其转化为电子并储存在该像素的“势井”里。曝光完成之后，要读出这些电子，这个过程就是把电子的数量换算成ADU的数值。这个过程由 CCD 的 gain(增益)来完成。对于 16 位输出的 CCD 相机而言，ADU 的范围（采相率）是确定的，0-65535，并且只能取整数。

简言之，在这个，光信号——模拟信号——数字信号的采光成像过程中，第一步的转化率由感光件的灵敏度决定，这是感光件的固有性能，我们无法改变，第二步的转化率就由gain决定了，我们可以自己设置。

这里讲的稍微复杂了一些，不理解没关系，实际操作起来就是，如果在心仪的曝光时间下图像的曝光状况不理想，可以通过调节增益来改善这一状况。

offset：偏置，亦可译作曝光补偿。在255之间取整数，我不太明白，一般默认值就好。

Gamma：这个叫“光电转换曲线的曲率”，是不是听上去有些云山雾罩。我给大家放三张图，看完您就懂了。

正常的月面如图所示，曲线横轴是光强，纵轴是电信号。光强是实际接收到的月光。我们得到的图像是电信号。一般情况下，gamma值默认为1，光电转化是成正比关系的。有些摄像头的gamma值默认50，在0-100之间调节，可能是采取的单位不同。

提高gamma值，光电转化曲线上凸。这使得图像的暗部也能得到较高的曝光。对于弦月这种明暗变化特别明显的目标，可以高 gamma 来同时表现亮部和暗部的细节。

相应的，降低gamma值，光电转化曲线下凹，成像明暗反差会变得明显。对于拍摄木星、太阳这类表面明暗变化不很明显的目标，适当降低gamma可以突出细节，增强立体感。

Brightness：亮度。这个比较简单，顾名思义提高该值可以提高图像亮度，反则相反。

它和增益gain有何区别呢？根据我个人的理解，该指标是对已经完成曝光的图像进行操作。

Contrast：阴影反差，对比度。和前文提到的gamma有异曲同工之妙。不过根据我个人的理         解，该指标亦是对已经完成曝光的图像进行操作。

介绍到这里，想必读者已经对拍摄前复杂的参数设定望而却步了吧。不过没关系，实际拍摄时，大多数参数保持默认值即可，摄影者只要根据拍摄需求对某几个参数进行改变就好。介绍这么多就是为了让读者做到心中有数。

这里要特别提及一下月亮。由于月相变化，其表面明暗分布变化大，很容易局部过曝。我的个人经验是，宜欠不易过。对于满月，曝光1.5-2.5ms，增益15-25。弦月就比较棘手了，亮部难免过曝，所以我们尽量以明暗交界处得以体现为基础略降曝光，以兼顾整体。

（三）设置完摄像头参数之后，终于到了图像抓取（拍摄）环节，您莫慌，只需要点击一下开始拍摄即可。这里需要您设置一下拍摄数量和存储路径。拍摄时可以按固定时间拍摄，那么在帧率正常的情况下就会得到拍摄时间/单帧曝光时间数量的帧数的录像。也可以直接设置拍摄帧数，这样通常来的更方便些。要想得到高质量的图片，拍摄几千帧都是很正常的事儿。拍摄的帧数基数越多，自然其中高质量帧的帧数也会越多，这样合成出的图像在后期处理时就会“禁得起锐化”，从而有利于清晰地表现出细节。另外，在一段拍摄完成后，您可以紧接着关上镜头盖，拍摄一段相同的“暗场”，用以抵消CCD中暗电流对图像的影响。由于行星的视角很小，平场和暗平场就不必了。

后期处理：

当你历尽艰辛终于获得了满满一堆拍摄数据，这时生成图片的工作才刚刚开始。

行星的后期处理的软件种类在近几年丰富了不少，有Registax、AutoStakkert、WinJOPUS等。WinJOPUS是一款消除自转的软件，对于本教程暂且不提。但就叠加而言，笔者一开始也随大流使用Registax进行叠加，直至遇到了AutoStakkert。两款软件各有优势，AutoStakkert在行星叠加方面支持多个Align Points同时叠加且不会出现像Registax那样的拼接裂痕，Registax在锐化算法上表现优秀。这两款软件都直接可以在官网上下载到最新版本。因此我们各取所长，使用AutoStakkert！2叠加，之后再进入Registax6锐化，最后可以用Photoshop微调。

（一）AS!2叠加降噪：

首先打开AS，打开之前拍好的视频。这里需要注意的是AS！2只支持叠加无损的AVI格式文件。接下来就可以进行图像分析了。

1）质量分析：

在叠加之前，要分析图像质量，从中筛选出来高质量的帧像在进行叠加。

 首先选择所要分析图像的模式，如果拍摄的目标是月面或者行星在视野中面积占比很大话的话就选择表面，反之选择行星。动态背景顾名思义，就不详细介绍了。

接下来请看质量评估，这里有两个选项，我将其翻译为“边缘”和“渐变”。如果您想着重分析金星、火星这种小天体的相位变化，请选择Edge。

否则，若想分析星体表面纹理变化，请选择后者。选好后设置噪点强度。一般3-4为正常范围，如果对图像质量很自信的话可以选择2。噪点强度设置偏低会导致有噪点被算法误认为信号，导致质量分析不准。偏高则会导致有用信息被当做噪点忽略。分析前还可以选则“全局质量分析”。然后点击分析。

我们会得到这样一个质量情况图。上面显示着帧的质量及其分布情况。

我们既然要从中读取高质量帧，那么什么样的帧算是“高质量”的呢？我个人的理解如下：如果视宁度极好，自然每帧都是高质量帧。可事实是，由于大气的折射，行星上的每个微小部分都会在一个区域抖动。统计来看，这一微元会在它波动区间中心的周围呈正太分布出现。那么靠拢平均值的点，大多是大气抖动程度小的结果，我们称之为“高质量”。反之，就是低质量。

2）投放对准点：

质量分析完成后，我们来到视频界面。

对准点的大小（AP size）可以根据叠加区域大小选择，对于比较大区域选择较大的叠加点框，较小的区域，比如一个小月坑或小山的可以选择较小的叠加点框。当然叠加点数量越多，处理的速度越慢，处理的结果细节更加的丰富均匀。

3）叠加：

回到操作界面上来。

左下角可以选择基准参考帧，自动选取高质量帧或者基于上次堆栈做参考。

右侧一栏上方可以设置储存格式和参与叠加的帧数（按照固定数值或百分比选取）。至于具体让多少帧参与堆栈，就要靠经验了。参与堆栈帧数偏多，难免会掺入低质量帧，拉低图像平均水平。偏少则会浪费高质量帧，堆栈数量不足会使图像禁不起锐化。这之间就存在一个平衡点。如何取舍呢？再此给大家分享一下我个人的经验：看绿色的曲线，当低于50%或者急剧下降时，就说明后面的帧质量不佳了，应予舍弃。比如上图，我选取50-60%的帧数作叠加。

现在就可以叠加了，后面几项可选可不选，我来一一介绍一下功能：

Normalize Stack：

这是软件自带的说明，由此可见，此项功能是对叠加完成的图像的亮度的标准化。

Sharpen：勾选后堆栈完成会自动生成一个锐化过的图片。可以设置此项操作混入RAW格式          文件的比例。

Drizzle：

相当于补加一个巴洛镜，然并卵。这个功能是吧图像放大以得到延长焦距的效果，可是分辨率毕竟摆在那里无法改变（比如图像面积放大4倍，原本一个像素的信息复制成4份放到相邻的4个格子里）。放大之后，再利用类似彩色CCD中bayer 猜色算法的方法进行平均。总的来说，这算得上是一次模糊在锐化的过程。值得一提的是，模糊和锐化并不矛盾，合理的反复模糊和锐化是在素材有限条件下提升分辨率的一种手段。

（二）Registax锐化：

把叠加后的图像导入Registax中，拖动红色方框中的拉条，Sharpen可以调节锐化直径，一般为0.10，拉条从左到右代表强度，一般我从下面的拉条开始拉起，首先把所有拉条的拉至最左边，然后从底部拉条开始拉动拉条，最终锐化至图像的细节基本显现，在200%放大倍率下图像中不会出现颗粒感的噪点为止，千万不要过度锐化，否则后期PS锐化小细节无法进行。

Registax还有很多其他功能，都在右侧function栏中，比如RGB调色，gamma值的再调节等，这里就不逐个列举了。要单独说明的是，在大气通透度不好的情况下，Histogram中会出现左侧边缘峰值异常的情况。这一部分通常是大气漫反射，不是我们想要的，截掉就好了。

（三）PS锦上添花：

锐化：

分两次进行，先用滤镜->模糊->高斯模糊进行半径为0.8-1.2像素的模糊，然后利用滤镜->锐化->USM锐化进行半径为0.8-1.2，数量为200-300%的锐化，注意模糊和锐化的半径必须一致，然后再进行一次半径为0.4-0.6像素的模糊，再进行一次半径为0.4-0.6，数量为200-300%的锐化，最后锐化的效果以不出现明显噪点为佳；

去暗场：

打开图像和暗场，在右侧图层选择“差值”。

拼接：

拍摄焦距过长可能导致一个画幅无法装下整个月亮，这就需要对月亮的几个部分分别拍摄，然后拼接。首先将自己要拼接照片全部在PS里面打开。点击文件》自动，选择Photomerge。勾选一种拼接方式和“几何扭曲校正”，我个人偏好“圆柱”，读者亦可自行尝试。

除了上面的步骤以外，行星处理还需要消除行星自转的影响、望远镜和拍摄引入的色差等，笔者也并非全部通晓，这里就不再献丑。另外，行星处理中的参数并不是一成不变，需要通过预处理摸索各个步骤参数的设定，靠反复的试验积累经验，根据实际情况灵活调整，才能得出最好的效果。

至此，行星拍摄方法——月球篇已经介绍完毕，希望本文对您有所帮助，文中的一些方法或者经验可能有误或者并非最佳的方法，还希望各位不吝指正，洒潘江，倾海陆，共同交流，学习进步。愿同好们都能记录下属于自己的一片星空。

附：

相关软件下载链接：

QHY驱动官网下载地址：

http://www.qhyccd.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=141&id=27

SharpCap官网下载地址：

https://www.sharpcap.co.uk/sharpcap/downloads

AutoStakkert官网下载地址

https://www.autostakkert.com/wp/download/

Registax官网下载链接：

http://www.astronomie.be/registax/download.html

PTGui官网下载链接：

http://www.ptgui.com/download.html

WinJUPOS官网下载链接：

http://jupos.org/gh/download.htm

 文章写于2018年10月，为第二届青岛艾山天文台山东省天文大会讲稿。

现在看来，仍有许多不严谨的地方。仅作为入门参考资料使用。

文章中提到的软件已经有了更新的版本，不过使用方法大致相似。

更细节的内容将会在演讲中提到。

另外，请期待：行星后期处理——进阶篇。

将会提到反卷积锐化以及消除场旋、自转的相关知识。

笔者：闻道百_12zxjk

                   于2020.4