 |
Videotechnieken De laatste jaren komt er steeds meer apparatuur op de markt die aan het waarnemen van sterbedekkingen een geheel nieuwe dimensie toevoegd. De webcam is hier een voorbeeld van. Wie echter het uiterste wil halen uit hetgeen de moderne techniek te bieden heeft, kan overwegen een beveiligingscamera aan te schaffen die wordt gekoppeld aan een zogeheten time-inserter. In de zomer van 2005 nam ik het besluit om over te stappen van de traditionele manier van waarnemen, met de stopwatch, naar een geavanceerde wijze van sterbedekkingen vastleggen op basis van een zeer lichtgevoelige camera: de WAT-120N. Na een halfjaar van voorbereidingen, werden in april 2006 de eerste resultaten verkregen. |
Het was ergens aan het begin van de jaren tachtig toen ik mijn eerste sterbedekking waarnam. Omdat ik van het verschijnsel geen aantekeningen maakte, is het tot op de dag van vandaag voor mij een raadsel gebleven welke ster ik toen bedekt heb zien worden. Een aantal dingen kan ik mijn echter nog wél herinneren. Op de eerste plaats betrof het een waarneming vanuit het ouderlijk huis en de richting waarin ik keek was bij benadering het westen. Bovendien was de ster behoorlijk helder. En, wat mij nog het meeste is bijgebleven, ik was er direct door gegrepen. Vanaf dat moment ben ik zelf programma's gaan schrijven om dit soort verschijnselen te kunnen voorspellen. Een aantal jaren later werd ik lid van de toenmalige Werkgroep Sterbedekkingen.
|
| In de daaropvolgende jaren heb ik regelmatig sterbedekkingen waargenomen. Het ene jaar wat meer, het andere jaar wat minder. In mijn betere jaren haalde ik aantallen van 50 sterbedekkingen of méér. Om een waarneming te kunnen verrichten, was de stopwatch onontbeerlijk. Door op het moment waarop de bedekking plaatsvond zo snel mogelijk de laptime van de stopwatch in te drukken, kon uiteindelijk het tijdstip van de bedekking worden achterhaald. Daarmee was de kous echter nog niet af. Met de waarneming op zak, moest de stopwatch namelijk eerst nog geijkt worden met het tijdsein van de radio op zodoende fouten in de gang van het uurwerk op te sporen en te elimineren. In inmiddels lang vervlogen tijden ging dat op basis van de zogeheten six-pips. Omdat reclametijd veel geld opleverde, heeft men destijds de zes korte pulsen, die aan het begin van elk heel uur werden uitgezonden, teruggebracht tot drie. Medio jaren negentig werd aan dit ongerief tegemoet gekomen door de DCF77 klokken van de Werkgroep Sterbedekkingen. Met behulp van deze uurwerken, die een tijdsignaal oppakken van een zender die staat opgesteld in Mainflingen, was het niet nodig te wachten op het eerstvolgende hele uur. In plaats daarvan was het mogelijk om op ieder willekeurig moment de stopwatch te ijken, omdat er in dit geval iedere seconde een puls werd uitgezonden. De bijbehorende tijd was gelijktijdig van een display af te lezen. |
 |
|
|
De stopwatch vormt hét hulpmiddel bij uitstek, indien men sterbedekkingen visueel wil waarnemen.
Zowel voor als na de waarneming dient de stopwatch aan een tijdsein te worden geijkt, zodat eventuele fouten in de gang van het uurwerk aan het licht komen. |
Bovenstaande methode heb ik jarenlang toegepast, zij het dat het aantal sterbedekkingen dat ik waarnam langzaam maar zeker begon terug te lopen. Jaren waarin ik in het geheel niets meer waarnam werden nadien eerder regel dan uitzondering. Op enig moment ben ik mij gaan afvragen waarom ik meer aan het voorspellen en reduceren was en naar verhouding zo weinig tijd aan het waarneemwerk besteedde. Het antwoord werd al snel duidelijk: ik wilde méér. Het waarnemen met de trouwe stopwatch was een tijdperk dat ik in feite zonder erg al had afgesloten.
Er is natuurlijk niets mis met de traditionele waarneemmethoden: ze zijn goedkoop en met redelijke precisie toe te passen. Een ervaren waarnemer kan bijvoorbeeld nauwkeurigheden halen van 0.1 seconde. Maar deze methoden hebben ook één ding gemeen: je bent afhakelijk van het moment. Als je even niet geconcentreerd bent, is je kans verkeken. Daar komt nog bij dat er bepaalde soorten sterbedekkingen zijn die een visuele waarnemer tot wanhoop kunnen drijven. Wat bijvoorbeeld te denken van een rakende sterbedekking of de legendarische bedekking van 28 Sgr door Titan op 3 juli 1989? Ik kan mij nog goed herinneren hoe ik met behulp van een cassetterecorder van laatstegenoemde bedekking een ooggetuigeverslag probeerde te maken. Al na een halve minuut was ik het spoor volledig bijster. Maar er speelt nog iets anders op de achtergrond mee. De laatste jaren is er namelijk een belangrijke foutenbron grotendeels geëlimineerd: de onzekerheid in de posities van de sterren. Het komt er dus steeds meer op aan dat de nauwkeurigheid van de waarnemingen gelijke tred houdt met die van de voorspellingen. En dat is nou precies waar het probleem zit: visuele waarnemingen kúnnen niet nauwkeuriger worden, omdat ze met name worden beperkt door de reactietijd van de waarnemer zélf. Op de langere termijn zal dit er toe leiden dat de waarde die aan visuele waarnemingen gehecht wordt, af gaat nemen. Aan de slag Voor mij was het duidelijk: het roer moest om. Aangezien ik nog helemaal niets aan bruikbare apparatuur in huis had, brak een tijd aan van inventariseren. Dat varieerde van het lezen van artikelen op het internet tot het emailen van bekenden waarvan ik wist dat zij reeds de nodige ervaring met deze materie opgebouwd hebben. Deze expertise moest voor een groot deel over de grens gezocht worden, omdat wij hier in Nederland wat dat betreft ten opzichte van het buitenland nog een achterstand hadden weg te werken (tegenwoordig lopen we eerder voorop). In hoofdlijnen zou de uiteindelijke opstelling uit onderstaande componenten moeten bestaan, die elk een specifieke functie vervullen: • opnemen van het beeld • vastleggen van het beeld
• registreren van de tijd
Opnemen van het beeld
Het kiezen van een geschikte camera om het beeld op te nemen, is een proces geworden dat een paar maanden heeft geduurd. In feite stond ik voor de volgende keuze: een camera van het merk Mintron óf een van het merk Watec. Beide hebben voor- en nadelen. De Mintron is bij korte belichtingstijden iéts gevoeliger dan de Watec. Daar staat echter tegenover dat de Watec een kwalitatief beter beeld geeft. De Watec camera die het meest geschikt is voor ons soort toepassingen, is de WAT-120N. Na veel wikken en wegen kwam ik tot de conclusie dat dit type aan vrijwel al mijn verwachtingen voldeed. Een aardige bijkomstigheid was bovendien dat een WAT-120N belichtingstijden van meer dan 10 seconden mogelijk maakt, zodat deze ook voor andere toepassingen kan worden ingezet. De minimale belichtingstijd bedraagt overigens 0.02 seconden, hetgeen voor nauwkeurige waarnemingen toereikend is. |
 |
De verkrijgbaarheid van dit soort camera's beperkt zich veelal tot de beveiligingsbranche. Op zich niet zo verwonderlijk, want van origine is het een beveiligingscamera. Tijdens mijn zoektocht naar een geschikte dealer, kreeg ik plotseling een email van Eberhard Bredner, een actief waarnemer die deel uitmaakt van de Duitse sterbedekkersvereniging IOTA•ES. Hij wist zich nog te herinneren dat ik van plan was om over te schakelen op het videowaarnemen en vroeg of ik interesse had in een wel zeer interessant aanbod. Hij kon namelijk via zijn contacten geregeld krijgen dat ik de camera, een WAT-120N, voor € 499 kon aanschaffen, terwijl deze normaal gesproken minimaal € 100 duurder was. Kortom, dit aanbod kón ik niet afslaan. Na de bewuste Watec besteld te hebben, werd een aantal dagen later het pakketje al bezorgd. Je staat er werkelijk versteld van hoeveel kracht er schuilgaat in zo'n stukje electronica dat een lichtgevoeligheid van slechts 0.00002 lux heeft (voor wat dat soort getallen waard is). Ook de afmetingen zijn opmerkelijk: slechts 4 cm (lxbxh). Nadien kwam ik via een ingewijde te weten dat de camera destijds deel heeft uitgemaakt van een serie van 100, die door een Zwitserse importeur op de markt was gedumpt: hij had een verkeerde serie ingekocht en wilde er vervolgens zo snel mogelijk weer van af. |
|
|
De WAT-120N is een zeer lichtgevoelige camera (0.00002 lux), die uitermate geschikt is voor het registreren van sterbedekkingen.
Met zijn geringe afmeting van 4 cm (voor zowel lengte, breedte als hoogte), is deze camera een uitermate handzaam en krachtig hulpmiddel. Een speciaal kastje maakt het mogelijk de beeldparameters (belichtingstijd, verzadiging, en gamma) naar behoefte te wijzigen. De belichtingstijd die kan worden ingesteld, varieert van 0.02 tot 10.24 seconden. |
Vastleggen van het beeld
Een camera om het beeld mee op te nemen is één. Het kiezen van een medium om het beeld op te slaan is iets anders. In het verleden had ik wel eens gezien hoe anderen dat probleem oplosten tijdens expedities naar rakende sterbedekkingen, door gewapend met videorecorder en monitor een compleet circus in te richten. Dat leek me allemaal maar niets, omdat je alleen al bij het idee dat je zo veel kilo's mee moeten slepen, met weemoed terug gaat denken aan de tijd van de stopwatch. Mijn keuze zou dan ook duidelijk een andere worden. |
| De eerste gedachte die in mij opkwam, betrof het gebruik van een camcorder. Veel ervaring had ik niet met deze apparaten. Sterker nog, ik had er in het geheel géén. Ook hier viel dus het nodige uitzoekwerk te verrichten. Het aanbod was enorm. Zó groot zelfs, dat het je uiteindelijk gaat duizelen. Het is dus zaak om voor jezelf op voorhand een aantal duidelijke criteria op te stellen. Eén punt waar je zeker niet omheen kunt, betreft de eis dat de camcorder het beeld van een externe bron moet kunnen vastleggen. In de praktijk komt het er dus op neer dat er een zogeheten video-in aansluiting op moét zitten. Zo niet, dan kun je het wel schudden. De overige eisen die je aan zo'n apparaat stelt zijn natuurlijk heel persoonlijk. Omdat ik de camcorder ook voor andere toepassing wilde gaan gebruiken dan alleen voor sterbedekkingen, viel de keus tenslotte op een Sony camcorder van het type DCR-DVD403E, die is voorzien van een Carl Zeiss lens. Deze camcorder heeft een beeldresolutie van 3 Megapixel en maakt gebruik van DVD's ter grootte van 8 cm. |
 |
|
|
Met behulp van de Sony DCR-DVD403E camcorder worden de beelden op een DVD schijfje vastgelegd.
Om het videosignaal van een externe bron, in dit geval de WAT-120N, vast te kunnen leggen, is het van belang dat de camcorder over een zogeheten video-in aansluiting beschikt. |
Na lang op het internet te hebben gezocht, ondekte ik uiteindelijk een zeer voordelige webwinkel in Zaanstad, die beschikt over een magazijn waar je de goederen pas bij aflevering hoeft te betalen, hetgeen ik persoonlijk prettiger vind. Al met al werd het toch nog een aardige investering: € 974 voor de camcorder, € 260 voor een tweetal batterijen (die elk 4 uur stroom leveren), € 110 voor een snellader ten behoeve van de batterijen, en € 54 voor een statief waarop de camcorder gemonteerd kan worden.
Registreren van de tijd
De apparatuur om het beeld op te nemen en tevens vast te leggen was nu in huis. Op zich is het mogelijk om met een dergelijke configuratie sterbedekkingen te gaan filmen. Er is echter nog één klein probleem: hoe kom je te weten op welk tijdstip een bepaald bedekkingsverschijnsel zich heeft voltrokken? Je zou natuurlijk kunnen overwegen om op de een of andere manier zowel vooraf als achteraf opnamen te maken van een display waarop de juiste tijd is afgebeeld. Gezien de nauwkeurigheid die bij het videowaarnemen wordt nagestreefd, 0.01 á 0.02 seconden, is dit geen optie. Niet alleen omdat het te omslachtig is, maar ook omdat er op deze wijze tóch weer fouten worden geïntroduceerd waarvan het uigangspunt was dat we deze juist nou net niét meer wilde hebben. |
 |
Voor de tijdregistratie wordt daarom in de praktijk voor een andere aanpak gekozen. Het komt er op neer dat de juiste tijd door een stukje additionele hardware aan het videosignaal wordt toegevoegd. Het resultaat is dat op elk videobeeld de precieze tijd, vaak afgebeeld in milliseconden, is terug te vinden. De hardware die hiervoor zorgdraagt, is gekoppeld aan een geschikte ontvanger, die het tijdsignaal kan oppakken. In de meeste gevallen is dat GPS (wereldwijd bruikbaar) óf DCF77 (alleen in delen van Europa te ontvangen). Wie naar dergelijke hardware op zoek gaat, is gauw klaar als het aankomt op het vergelijken van producten. Het aanbod is namelijk zéér beperkt. Op zich niet zo vreemd, want van enige afzetmarkt is nauwelijks sprake. Het gevolg is dat we vrijwel geheel afhankelijk zijn van mensen die over de juiste kennis en vaardigheden beschikken om dit soort apparaten te bouwen. Het toeval wil (voor zover daar sprake van is) dat binnen de gelederen van IOTA•ES iemand dit soort hardware ontwikkelde: Prof. Dr. Hans Helmuth Cuno. Via zijn bedrijfje, Astronik.de, thans overgegaan in Alexander Meier Elektronik GmbH, worden zogeheten time-inserters aangeboden die precies datgene doen waar we naar op zoek zijn: nauwkeurige tijdinformatie toevoegen aan het videosignaal. Er kunnen diverse componenten geleverd worden. Omdat je nooit op voorhand weet van waaruit je over een jaar of tien waarneemt, koos ik voor een systeem waarbij gebruik gemaakt wordt van een GPS-ontvanger, in dit geval de GARMIN GPS LVC-18. Totale kosten inclusief verzending: € 330. |
|
|
De GPS time-inserter van Astronik.de zorgt er voor dat aan het videosignaal een tijdstip wordt toegevoegd door gebruik te maken van een GPS-ontvanger (deze aansluiting is aan de bovenzijde, in het midden, zichtbaar).
De meegeleverde GPS ontvanger is van het type GARMIN GPS LVC-18. |
Alles bij elkaar heeft deze operatie dus redelijk wat gekost. Hiermee is uiteraard niet gezegd dat je per definitie dit soort bedragen moet spenderen om met videowaarnemen te kunnen beginnen, integendeel. Wie bijvoorbeeld een videorecorder heeft staan én een tv / monitor die daaraan kan worden gekoppeld, is voor wat betreft het vastleggen van het beeld al klaar. De aanschaf van een lichtgevoelige (bewakings)camera is natuurlijk een ander gegeven. Dat geldt ook voor de hardware die de tijd moet toevoegen aan het videosignaal. Voor wat betreft de laatste component kunnen de kosten beperkt worden door een DFC77 time-inserter te overwegen. De prijs hiervan ligt om en nabij de € 150. Kortom, het vastleggen van sterbedekkingen met behulp van video hoeft geen dure aangelegenheid te zijn. Hoe de componenten samenwerken Voor alle duidelijkheid volgt nog een korte opsomming waaruit blijkt hoe de diverse onderdelen op elkaar zijn afgestemd. Op de eerste plaats maken we gebruik van een telescoop en plaatsen in het brandpunt de camera die het beeld opneemt. In mijn geval is dat dus de WAT-120N. De video-uitgang van de camera is verbonden met de video-ingang van de time-inserter. Aan de time-inserter is een GPS-ontvanger gekoppeld die de juiste tijdsignalen aanlevert. Op basis van een stukje software, dat onderdeel is van de time-inserter, wordt aan het videosignaal de tijdinformatie toegvoegd in de vorm van een extra regel onder in beeld. Dit aangepaste videosignaal verlaat de time-inserter via de video-uitgang die vervolgens wordt verbonden met een speciale aansluiting (video-in) van de camcorder. Het resultaat is dat op het scherm van de camcorder het actuele beeld van de maan én dat van de te bedekken ster zichtbaar is. Gaat het om een uittrede, dan zien we vanzelfsprekend alleen de maan. Aanvankelijk had ik mijn bedenkingen of je een -bijna- puntvormig object zoals een ster wel goed op het relatief kleine schermpje van een camcorder kunt zien. Achteraf viel dat gelukkig érg mee: zelfs de zwakste sterren zijn moeiteloos te herkennen. Een halve minuut vóór het verschijnsel (in- of uittrede) wordt de camcorder gestart, zodat deze het beeld gaat opnemen. Aangezien onderin het beeld tevens de juiste tijd (in milliseconden) is afgebeeld, is het nadien kinderlijk eenvoudig om het bedekkingstijdstip af te leiden. Je hoeft daarvoor slechts frame voor frame de bedekking opnieuw te bekijken en het tijdstip te noteren dat hoort bij het moment dat de ster voor het laatst (intrede) óf eerst (uittrede) zichtbaar is. Er moet echter nog wel rekening worden gehouden met het gegeven dat elk frame een bepaalde belichtingstijd heeft, in ons geval 20 ms (de tijd die op het scherm wordt afgebeeld heeft betrekking op het begin van de belichting). Dit betekent dat de werkelijke tijd die moet worden gerapporteerd gelijk is aan de afgelezen tijd plus 10 ms. De onzekerheid in het tijdstip bedraagt in dat geval eveneens 10 ms, ofwel 0.01 seconden. |
| In dit verband moet nog worden opgemerkt dat elk frame is opgebouwd uit een tweetal zogeheten fields. Zo is er een even field (op het scherm te herkennen aan de letter E) en een oneven field (op het scherm zichtbaar als O). De tijd wordt door de time-inserter op basis van een field weggeschreven, waarbij telkens op een aparte regel wordt vermeld of de tijdinformatie betrekking heeft op een even dan wel oneven field. Een probleem waar ik mee geconfronteerd werd, betrof het gegeven dat mijn DVD-speler niet in staat is om één frame in twee afzonderlijke fields op te splitsen, zodat, afhankelijk van de bedekking, tijdens het afspelen slechts één van beide letters getoond wordt. Het programma VirtualDub, dat gratis van het internet kan worden gedownload, heeft dit euvel niet. Nadat een aantal zogeheten filters is toegevoegd, kan het videobestand worden geladen. Het tijdstip van een bedekkingsverschijnsel kan worden bepaald door achtereenvolgens de beelden per field te bekijken. Een bijkomend voordeel is bovendien dat helderheid en contrast van de beelden kan worden aangepast, hetgeen met name erg handig is zodra de ruis moet worden onderdrukt. |
 |
|
|
De actuele tijd zoals die door de time-inserter aan het videobeeld wordt toegevoegd.
De letter V geeft aan dat het ontvangen signaal geldig is en dat er van 7 satellieten (GPS) gebruik gemaakt wordt. Het deel van de tijd dat is uitgedrukt in milliseconden, staat vermeld achter de letter die aangeeft of het betreffende field even (E) of oneven (O) is (zoals in dit geval). De letter G toont ons dat er een GPS-ontvanger gekoppeld is. Uit de gegevens kan worden afgeleid dat de belichting van het beeld is begonnen op 9 juli 2005. Het bijbehorende tijdstip is 09h 48m 55.007s. De belichting van het beeld eindigt 20 ms later, dus op 09h 48m 55.027s. Alle tijden zijn uitgedrukt in UT1. |
First light
Geduld is een schone zaak, vooral als je zo snel mogelijk het eerste resultaat wilt boeken. Nog afgezien van het feit dat je, zeker in het begin, een aantal mislukkingen op de koop moet toenemen, blijft het in ons land vooral een zaak van wachten. Wachten op een heldere avond. Op zaterdag 8 april 2006 was het dan eindelijk zover: fraai weer en een voor 80% verlichte -wassende- maan, die prominent aan de hemel prijkte. Toegegeven, de maanfase was nou niet bepaald om over naar huis te schrijven, maar de op hande zijnde bedekking van ster X 15019 (26 Leo, mag. 7.5) zorgde ervoor dat ik desondanks hoopvol was gestemd. Natuurlijk houd je er rekening mee dat er zo'n eerste keer van alles in het honderd loopt. Daarom had ik in gedachten al een soort van stappenplan uitgewerkt dat de kans op een mislukking tot een minimum moest beperken. De eerste tegenslag liet echter niet lang op zich wachten. Zowel de time-inserter als de WAT-120N werken namelijk op adapters die worden aangesloten op het lichtnet. Dat geldt ook voor de aandrijving van de telescoop. Op zich geen probleem, ware het niet dat de adapters naar verhouding zó groot zijn, dat ik er maximaal twee kruislings in de haspel kon plaatsen. Aangezien de telescoop ook middels batterijen aangedreven kan worden, leek de oplossing nabij. Tot mijn ontzetting zag ik echter dat de batterijen, die ik maanden geleden voor een prikkie op de vlooienmarkt op de kop had getikt, hopeloos waren gaan lekken ... Er zat dus nog maar één ding op: volgen met de hand. Niet erg confortabel, maar in deze situatie de enige oplossing. Nadat de WAT-120N in de focusseer-inrichting van de telescoop was geplaatst, kon deze vervolgens aan de time-inserter worden gekoppeld. Uiteindelijk kon de camcorder, nadat deze op het statief was geplaatst, eveneens worden aangesloten. De camcorder bezit een groot aantal functies, hetgeen tot uitdrukking komt in een eindeloze hoeveelheid menu's en submenu's. Teneinde toch het overzicht te bewaren, kun je als gebruiker de meest gebruikte instellingen in een apart gebruikersmenu onderbrengen. Voorwaarde is natuurlijk wel dat je de gewenste keuze eerst moet weten te vinden in het oerwoud aan mogelijkheden. Zo wist ik bijvoorbeeld dat het vrij simpel was om van een externe bron het videosignaal op te nemen, maar hoe je dat ook alweer deed ... Na het nodige door de handleiding te hebben gebladerd, begon het me allemaal weer te dagen. En inderdaad: het wás erg simpel. Na de bewuste knop te hebben omgeschakeld, kreeg ik het eerste teken dat het allemaal goed zat: een beeld met daarop de gegevens die afkomstig waren van de time-inserter. Bovendien stonden ook de coördinaten van mijn waarnemingsplaats erop vermeld, een optie die je naar believen aan of uit kunt zetten (voor een rakende sterbedekking bijvoorbeeld erg handig). Nu was het de beurt aan de maan. Na geduldig te hebben scherpgesteld en de juiste parameters voor de WAT-120N te hebben gekozen, was het plaatje kompleet. De ster was prachtig zichtbaar en ook het asgrauw schijnsel van de maan was onmiskenbaar aanwezig. Dat laatste had ik eigenlijk gezien de maanfase niet verwacht. Meevallers zijn dus óók mogelijk, dat blijkt maar weer. |
| Op de avond van zaterdag 8 april 2006 was het dan eindelijk zover: first light! De ster die op het punt staat bedekt te worden, is X 15019 (mag. 7.5), tevens bekend als 26 Leo. De omstandigheden waren redelijk goed. Het was helder, en de maan stond 52° boven de horizon. Het enige minpuntje was de maanfase, die 80% bedroeg. Op de eerste twee regels van het scherm vinden we de coördinaten van de waarnemingsplaats terug. Het formaat waarin deze zijn afgebeeld, is conform de NMEA (National Marine Electronics Association): ±DDDMM.mmmm. De regel met tijdinformatie bevindt zich op de onderste regel (al dan niet in combinatie met de regel daarboven, uiterst rechts, op het moment dat daar de letter O zichtbaar is). Opgemerkt moet worden dat de oorspronkelijke opname van een betere kwaliteit is. Niet alleen is de ster op de DVD véél gemakkelijker van de achtergrond te onderscheiden, maar blijkt ook nog eens het asgrauw schijnsel onmiskenbaar aanwezig te zijn. Met behulp van de knoppen kunnen de beelden achtereenvolgens worden gestart, gestopt en gepauzeerd. |
Tijdstippen en nauwkeurigheid
Eén van de eerste vragen die je na het zien van de videobeelden bezighoudt, is deze: welk tijdstip moet er uiteindelijk worden gerapporteerd en wat is daarvan de nauwkeurigheid? Om deze vraag te kunnen beantwoorden, moeten we eerst achterhalen hoe de beelden zijn samengesteld. Belangrijk om in dit verband te weten, is dat in Nederland (en vele andere Europese landen) gebruik gemaakt wordt van het zogeten PAL-systeem, dit in tegenstelling tot de Amerikanen, die het NTSC-systeem hebben. Wat precies de verschillen tussen deze twee normen zijn, is in dit verband niet zo relevant. Waar het in ons geval om gaat, is dat er per seconde 25 volledige beelden (PAL) worden opgenomen. Elk beeld heeft daardoor een tijdsduur van 40 ms. In werkelijkheid is een beeld echter opgedeeld in zogeheten fields, ook wel halfframes genoemd. Elk volledig beeld, dat dus 40 milliseconden vertegenwoordigt, is in feite opgebouwd uit een tweetal halfframes: een even (E, even) halfframe en een oneven (O, odd) halfframe. Hieruit volgt dat de tijdsduur van een halfframe 20 ms bedraagt. Op zich lijkt het bepalen van het uiteindelijke bedekkingstijdstip kinderlijk eenvoudig: ga op zoek naar het bewuste field waarop de gebeurtenis (intrede of uittrede) te zien is, en lees het door de time-inserter toegevoegde tijdstip af. Aangezien de duur van een field 20 ms bedraagt, tellen we bij het afgelezen tijdstip nog eens 10 ms op, zodat we daarmee de tijd bepaald hebben die overeenkomt met het midden van het field. De nauwkeurigheid bedraagt dan eveneens 10 ms, waarmee in feite is gezegd dat het verschijnsel gedurende de belichting van het bewuste field heeft plaatsgevonden. |
 |
Zodra het field is gevonden waarop het bedekkingsverschijnsel te zien is, dient bij het door de time-inserter opgegeven tijdstip (T) nog eens 10 ms te worden opgeteld om de tijd te verkrijgen die bij het midden van het field hoort. De nauwkeurigheid van het tijdstip dat wordt gerapporteerd bedraagt 10 ms. |
De werkwijze indien gebruik wordt gemaakt van de WAT-120N
In werkelijkheid zijn de feiten echter enigszins anders. De reden hiervoor ligt in de wijze waarop de beelden door de WAT-120N worden verwerkt en het moment waarop deze worden vrijgegeven. Het komt er op neer dat elk field, dat door de time-inserter een bepaald tijdstip krijgt 'opgeplakt', in werkelijkheid al de nodige tijd bestaat. In feite corresponderen de beelden dus niet exact met de afgebeelde tijd.Door Gerhard Dangl, een actief lid van IOTA•ES, is destijds op basis van een proefopstelling uitgezocht hoe de WAT-120N zich gedraagt en wat daarvan de gevolgen zijn als het gaat om het te rapporteren tijdstip en de bijbehorende nauwkeurigheid. Zijn bevindingen m.b.t. de integratie karakteristieken zijn inmiddels door het Japanse Watec bevestigd. Wie geïnteresseerd is in de technische achtergronden, kan deze nalezen op de site van Gerhard Dangl, waar ook de correcties voor een aantal andere videocamera's wordt gegeven. Voordat we verder ingaan op de vraag "wat is het te rapporteren tijdstip en de daarbij behorende nauwkeurigheid", moeten we eerst weten dat het antwoord afhangt van een tweetal factoren: - welke integratietijd hebben we gebruikt? - gaan we het verschijnsel analyseren op basis van fields of frames? De integratietijd wordt ingesteld op het console van de WAT-120N en vormt dus op het moment dat we aan het uitwerken van de tijdstippen beginnen een vaststaand feit. Als het gaat om de analyse op basis van fields of frames, dan hebben we achteraf zelf de vrije keuze. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de beelden te bekijken met een DVD-speler die op de TV is aangesloten. Dit wordt echter sterk afgeraden, omdat deze apparaten werken op basis van volledige beelden (frames), waardoor de nauwkeurigheid van het gemeten tijdstip nadelig wordt beïnvloedt. Immers, de informatie die we uit een afzonderlijk field (20 ms) hadden kunnen halen, wordt nu uitgesmeerd over een frame (40 ms) dat is opgebouwd uit twee opeenvolgende fields. Het is daarom beter om gebruik te maken van een programma zoals VirtualDub, waarmee de beelden kunnen worden opgesplitst in twee afzonderlijke fields met elk hun eigen tijdsaanduiding. Het gebruik van VirtualDub-MPEG2 voor het analyseren van bedekkingsverschijnselen In onderstaande tabel is weergegeven welke correcties (C) we moeten toepassen op het tijdstip zoals dat van een field of frame wordt afgelezen. Tevens is aangegeven wat de bijbehorende nauwkeurigheid (N) is. |
WAT-120N integratietijd |
field |
frame |
|||
C |
N |
C |
N |
||
20 ms |
frame mode OFF | 30 ms |
10 ms |
20 ms |
20 ms |
40 ms |
frame mode 1 | 40 ms |
20 ms |
30 ms |
30 ms |
80 ms |
frame mode 2 | 60 ms |
40 ms |
50 ms |
50 ms |
160 ms |
frame mode 4 | 100 ms |
80 ms |
90 ms |
90 ms |
320 ms |
frame mode 8 | 180 ms |
160 ms |
170 ms |
170 ms |
640 ms |
frame mode 16 | 340 ms |
320 ms |
330 ms |
330 ms |
1280 ms |
frame mode 32 | 660 ms |
640 ms |
650 ms |
650 ms |
2560 ms |
frame mode 64 | 1300 ms |
1280 ms |
1290 ms |
1290 ms |
5120 ms |
frame mode 128 | 2580 ms |
2560 ms |
2570 ms |
2570 ms |
10240 ms |
frame mode 256 | 5140 ms |
5120 ms |
5130 ms |
5130 ms |
Een voorbeeld ter verduidelijking. Stel, we hebben opnamen gemaakt met de WAT-120N, waarbij de integratietijd op het console is ingesteld op frame mode 1, hetgeen overeenkomt met 40 ms. We lezen vervolgens met VirtualDub van het field waarop het verschijnsel te zien is een tijd af van 02h 18m 31.234s. Uit de tabel valt af te leiden dat de correctie 40 ms bedraagt en voor de nauwkeurigheid 20 ms wordt opgegeven. Het te rapporteren tijdstip wordt dan 02h 18m 31.234s - 0.040s = 02h 18m 31.194s +/- 0.020s. Een ander voorbeeld. De integratietijd bedraagt 80 ms en de beelden van het bedekkingsverschijnsel worden bekeken op een DVD-speler die aan de TV is gekoppeld. Vastgesteld wordt dat op het bewuste frame een tijdstip is vermeld van 22h 01m 52.816s. Uit de tabel lezen we af dat er een correctie ter grootte van 50 ms moet worden toegepast. De nauwkeurigheid bedraagt eveneens 50 ms. Het tijdstip dat we dus moeten gaan rapporteren is 22h 01m 52.816s - 0.050s = 22h 01m 52.766s +/- 0.050s. |
De WAT-120N anders bekeken
De ervaringen die ik tot nu toe met de WAT-120N camera heb opgedaan, zijn buitengewoon goed. De camera is gemakkelijk te bedienen, geeft een scherp beeld en heeft een hoge gevoeligheid. Er is echter nóg een aspect waarin deze camera zich van anderen onderscheidt: de maximale belichtingstijd van 10.24 seconden. Dergelijke lange belichtingstijden zijn voor bedekkingsverschijnselen uiteraard niet interessant. Toch leek het me eens aardig om een toepassing te verzinnen die het mogelijk maakt de grenzen van de camera te gaan verkennen. Het duurde niet lang of ik kreeg een idee. In de begintijd van mijn amateursterrenkunde-loopbaan, ben ik er namelijk slechts éénmaal in geslaagd om Pluto waar te nemen. Op zich geen bijzondere prestatie, ware het niet dat de waarneming werd verricht met een 15 cm Newton telescoop vanuit het westen van Amsterdam. De weersomstandigheden waren die avond zéér uitzonderlijk: een glasheldere hemel en een perfecte seeing. Ondanks dat Pluto erg zwak was (magitude +13.8), kon deze, door perifeer waar te nemen, toch worden gelocaliseerd tussen de overige sterren. De hoogte van Pluto boven de horizon, die ruim 45° bedroeg, heeft op de waarneming als geheel zeker een positieve invloed gehad. Nu, zo veel jaren later, zal een dergelijke observatie niet meer mogelijk zijn. Niet alleen omdat de lichtvervuiling in de loop der jaren verder is toegenomen, maar ook omdat de declinatie van Pluto steeds kleiner wordt. Voor het jaar 2006 bedraagt deze -15°, zodat de verre planeet voor midden Nederland niet hoger dan 23° boven de horizon kan komen. Het was duidelijk dat ik visueel gezien kansloos was. Of ik mij met de WAT-120N zou kunnen revancheren, was nog maar de vraag. |
| In de nacht van 3 mei 2006 was het voor onze begrippen redelijk helder. Pluto was weliswaar nog niet in oppositie met de zon, dat zou pas op 15 juni gebeuren, maar mogelijk was dit één van mijn laatste kansen dit jaar. De zomermaanden worden namelijk gekenmerkt door de grijze nachten, een fenomeen dat dergelijke waarnemingen er niet eenvoudiger op maakt. Gewapend met een zoekkaartje uit de Sterrengids, had ik voor mijzelf een strategie uitgestippeld om de planeet in beeld te krijgen. Omdat mijn telescoop geen zogeheten goto functie heeft, gaat alles handmatig: starhoppen. Na een halfuur lang de telescoop langs het hemelgewelf te hebben gemanouvreerd, stond eindelijk de planeet in beeld. Dat wil zeggen, volgens het zoekkaartje, want van Pluto zelf was geen spoor te bekennen. Hiermee was meteen al duidelijk dat alleen de WAT-120N nog uitkomst kon bieden. Zou de camera in staat zijn de planeet vast te leggen? |
 |
|
|
Op grond van het zoekkaartje uit de Sterrengids, zou het mogelijk moeten worden om Pluto te traceren.
In de nacht van 3 mei 2006 werd een jarenlange uitdaging nieuw leven ingeblazen: zou het mogelijk zijn de verre planeet met een 15 cm telescoop waar te nemen? |
Rond een uur of drie 's nachts, Pluto stond toen minder dan 20° boven de horizon, konden de eerste opnamen worden gemaakt. Hiertoe werden telkens belichtingstijden van 10.24 seconden toegepast. Voorwaarde was natuurlijk wel dat er precies moest worden gevolgd, omdat anders de sterren als streepjes worden afgebeeld. In het daaropvolgende uur werden nog meer opnamen van het gebied rondom Pluto met de WAT-120N gemaakt.
De volgende dag wachtte een andere klus: het toepassen van beeldbewerking om zodoende ongewenste ruis weg te kunnen filteren en zwakke details naar voren te halen. Tot de categorie ongewenste ruis behoort ook een verschijnsel dat verband houdt met de hoge lichtgevoeligheid van dit soort camera's: dead / hot pixels. Dit fenomeen is eigenlijk vrij triviaal: vrijwel elk beelscherm heeft wel één of meerdere pixels die defect zijn. Soms uit zich dat als een zwart puntje (de pixel staat altijd uit), maar het kan ook zijn dat de pixel altijd aan staat. Voor de meeste hedendaagse monitoren geldt dat er van maximaal drie dead / hot pixels sprake mag zijn. De reden is duidelijk: indien men namelijk zou moeten garanderen dat een monitor geheel vrij is van dit soort gebreken, dan zou slechts een zeer klein percentage het productieproces van begin tot eind doorlopen. Het gevolg zou zijn dat de prijs aanzienlijk zou stijgen. In dit verband wordt vaak gewerkt met zogeheten kwaliteitsklassen. Zo wordt, afhankelijk van de prijs, gegarandeerd dat een monitor nooit meer dan een bepaald aantal defecte pixels zal hebben. Naarmate de lichtgevoeligheid toeneemt, wordt de kans op defecte pixels groter. De WAT-120N is echter dermate lichtgevoelig (0.00002 lux), dat we niet meer om dit soort artefacten heen kunnen. Zo heeft de gemiddelde WAT-120N niet één, twee of drie hot pixels, maar vele tientallen. Op zich lijkt dat schokkend, maar dat is het echter niet. Om te beginnen heb je er alleen bij lange belichtingstijden last van, zodat het tijdens het waarnemen van sterbedekkingen niet eens zichtbaar is. Maar zelfs áls je lang belicht, dan nog is het geen probleem. Door diverse opnamen te maken, die enigszins ten opzichte van elkaar zijn verschoven, is het namelijk mogelijk de hot pixels, die in dit geval als heldere punten zichtbaar zijn, weg te filteren. Met een programma als Paint Shop Pro is dat zelfs vrij eenvoudig: breng elke opname onder in een aparte laag (layer) en geef deze laag de eigenschap vermenigvuldigen (multiply). Door deze instelling te gebruiken, gebeurt het volgende. Indien op een bepaalde positie een ster aanwezig is (dus: bitwaarde 1), dan geldt dit gegeven voor alle lagen. Door het effect van het vermenigvuldigen, zal door alle lagen heen het bitje op deze positie de waarde 1 behouden (1 x 1 x 1 x 1 x ...), terwijl een hot pixel, als daar geen ster in een andere laag mee correspondeert, het lot beschoren is om vroeg of laat verloren te gaan (1 x 1 x 0 x 0 x ...). Met andere woorden: een bit wordt alléén als een wit puntje weergegeven als op de correspondere positie van alle lagen steeds sprake is van een wit puntje. Het zal duidelijk zijn dat alleen een ster aan deze voorwaarde kan voldoen. Het is daarom belangrijk opnamen te maken die enigszins ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Alleen op deze manier kan worden bereikt dat een hot pixel op enig moment wordt geprojecteerd op de donkere hemelachtergrond en daarmee verdwijnt. Een simpele én effectieve methode. |
 |
Toen de diverse opnamen eenmaal over elkaar heen waren gelegd en de ruis zodoende voor een groot deel was weggefilterd, wachtte de laatste stap: het identificeren van Pluto. Op zich leek dit een vrij eenvoudige klus te zijn, waarbij het slechts zaak was om, gebruik makend van het zoekkaartje uit de Sterrengids, een gebiedje aan te wijzen waar Pluto zich zou moeten ophouden. Niet lang daarna kon op de bewuste plaats een stervormig object worden gevonden waarvan de helderheid overeenkwam met die van de zwakste sterren op het zoekkaartje: Pluto was gevonden! Of je het intuïtie moet noemen of niet; een paar dagen later kreeg ik een idee om deze herontdekking nog eens te verifiëren aan de hand van andere bronnen. Zou de bewuste ster, die erg helder leek te zijn voor een object van magnitude +13.9, daadwerkelijk Pluto zijn? |
|
|
In de nacht van 3 mei 2006 werden diverse opnamen gemaakt van het stukje sterrenhemel waar Pluto zich zou moeten ophouden. De foto is samengesteld uit 6 opnamen die in Paint Shop Pro over elkaar werden geprojecteerd. Iedere opname werd 10.24 seconde belicht met behulp van een WAT-120N camera en een 15 cm Newton telescoop.
Het gele vierkantje markeert het gebied waar Pluto volgens het zoekkaartje uit de Sterrengids zou moeten staan. |
De beste manier om mijn vermoeden, dat het om Pluto ging, te bevestigen, bestond uit een vergelijking van het vastgelegde deel van de sterrenhemel met een professionele fotografische opname. Indien deze opname op de bewuste plek namelijk géén object liet zien, dan kon ik er zeker van zijn dat ik Pluto had vastgelegd met de WAT-120N. De missie zou dan zijn geslaagd.
Eén van de mogelijkheden om aan dergelijk materiaal te komen, betreft het online genereren van dit soort sterrenkaarten middels SkyView. Het werkt eigenlijk vrij simpel: je geeft de rechte klimming en declinatie van het centrum van het beeld, tezamen met nog een aantal andere parameters, en een paar seconden later staat de sterrenkaart op het scherm. |
 |
De ontknoping naderde. Zou er op de betreffende plaats op de kaart een object voorkomen of niet? Als het hele verhaal klopte, dan zou het bewuste gebied leeg zijn. Maar helaas, het mocht niet zo zijn: de ster, die ik aanvankelijk voor Pluto had gehouden, bleek wérkelijk te bestaan. De euforie van de afgelopen dagen sloeg om in een zekere teleurstelling. Het leek erop dat de inspanningen voor niets geweest waren. Ik was weer een ervaring rijker. Voordat ik me echter definitief gewonnen zou geven, volgde nog een extra controle. In de Sterrengids stond immers ook een efemeride van Pluto, waarbij voor bepaalde dagen van het jaar de rechte klimming en de declinatie gegeven is. Zo kon ik op basis van interpolatie, voor de nacht van 3 mei 2006, een rechte klimming afleiden ter grootte van 17h 45m 00s. De declinatie van deze verre wereld bedroeg -15° 43'.3. De zoektocht kreeg een vervolg. |
|
|
Bovenstaande opname, die werd gegenereerd met het programma SkyView, toont hetzelfde stukje van de sterrenhemel dat ik reeds eerder met de WAT-120N had vastgelegd.
De foto laat ons zien dat op de bewuste plek, waarvan aanvankelijk werd vermoed dat daar Pluto zou moeten staan, een ster aanwezig is. Hiermee werd ondubbelzinnig aangetoond dat ik Pluto nog niet had teruggevonden. |
Mijn verbazing was groot, toen ik tot de ontdekking kwam dat de coördinaten van Pluto behoorlijk bleken af te wijken van de locatie zoals die uit het zoekkaartje kon worden afgeleid. Er zat nu nog maar één ding op: de berekende coördinaten invoeren in SkyView en afwachten of er in het centrum van de kaart in dit geval óók een ster zichtbaar zou zijn. De opwinding begon toe te nemen toen bleek dat het sterveld van SkyView op de bewuste plek géén ster liet zien ... |
 |
Als laatste stap werd de positie van Pluto, die was bepaald op basis van eerder genoemde efemeride, vergeleken met de opname die ik had gemaakt.
En waarachtig: op de plaats waar SkyView zojuist nog een leegte liet zien, toonde mijn opname, exact op de voorspelde locatie, een object dat onmiskenbaar aanwezig was: Pluto, meer dan 30 AE van de aarde verwijderd. Al met al was het dus een bizar avontuur dat bestond uit louter toevalligheden die elkaar in de hand werkten. Het begon allemaal met een zoekkaartje dat niet klopte. En, alsof dat nog niet genoeg was, bleek op deze volkomen willekeurige locatie ook nog eens een object aan de hemel te staan waarvan de magnitude, uitgaande van het zoekkaartje, overeenkwam met die van Pluto. Sommige dingen verzin je écht niet ... |
|
|
Op grond van de coördinaten van Pluto, kon een gebied aan de hemel worden afgebakend waarbinnen de planeet zou moeten staan (de magnitude van Pluto bedroeg +13.9).
Uit de opname, die werd gemaakt met de WAT-120N camera en een 15 cm Newton telescoop, blijkt dat Pluto inderdaad in het betreffende gebied aanwezig is. Na vele jaren had ik de planeet weer teruggevonden! |
Als je er goed over nadenkt, dan besef je pas wat een bijzondere camera die WAT-120N eigenlijk is: je neemt waar met een bescheiden 15 cm Newton telescoop vanuit een lichtovergoten Amstelveen, je richt de camera op Pluto, die nog geen 20° graden boven de horizon staat, én je belicht slechts 10.24 seconden. Het resultaat is dat je plotseling oog in oog staat met een verre wereld die kort daarvoor visueel gezien niet eens waarneembaar was. Het is dan ook moeilijk voor te stellen dat zelfs onder dit soort omstandigheden sterren tot magnitude +14.5 kunnen worden vastgelegd ... |