Cámara AllSky Wifi

Este cámara está basada en el proyecto de Instructables “Wireless All Sky Camera” descrito en el siguiente link:

 

http://www.instructables.com/id/Wireless-All-Sky-Camera/

 

 

En realidad no es una solución convencional de cámara all sky, ya que está orientada a la captura de fotos y la posibilidad de secuenciarlas en un video. Es muy interesante para la creación de videos de meteoros u otros fenómenos astronómicos (de hecho en el link hay unos videos muy impresionantes de auroras boreales), pero puede usarse también para monitorizar visualmente el estado del cielo y ver la evolución de las nubes.

 

Los principales atractivos que vi al proyecto son su sencillez, economía, la posibilidad de conectarse a la cámara por WIFI, y como añadido interesante el control del funcionamiento mediante un software en C del que se facilitan los fuentes en Instructables y que he modificado y adaptado para que el funcionamiento se ajuste a mis necesidades.

 

Se puede utilizar la cámara ASI224MC (color) o ASI224MM (monocromo) de ZWO. En mi caso he utilizado color, pero el funcionamiento es idéntico.

 

Para la fijación de la cámara se utiliza una placa de PVC cortada para que ajuste a las medidas de la caja. 

 

La Raspberry 3 se coloca en otra placa de PVC que se fija a la de la cámara con un ángulo a 90º.

 

Para la conexión entre la cámara y la Raspberry se recomienda utilizar un cable USB lo más corto posible y con el conector a la cámara en forma acodada.

 

La cámara con la placa se ensambla dentro de un tubo de fontanería y se cubre con una cúpula de plástico.

 

La principal dificultad del primer montaje fue la condensación. Por supuesto el conjunto no es estanco y el consumo es tan pequeño, que la fuente no genera suficiente calor para evitar o eliminar la condensación que se produce por el aire húmedo, y una vez que la cúpula de plástico queda interiormente con una capa de condensación, permanece durante varios días. La solución fue incorporar un bloque de aluminio para darle asiento a la cúpula, de forma que la condensación se produce en el metal y no llega a la cúpula.

 

Al software original le he introducido algunas mejoras, como permitir el ajuste automático de tiempo de exposición para que se adapte a los niveles de iluminación de día y noche, pero también por ejemplo poder bajar el tiempo de exposición y/o de ganancia cuando el cielo está nublado y las nubes reflejan mucha luz de la contaminación lumínica de la ciudad. Otra de las mejoras es poder utilizar la cámara para visualizar en tiempo real y que la grabación sea opcional, con objeto de no estar escribiendo en la micro SD todas la noches, y así alargar la vida de la misma. Cuando se utiliza en modo grabación, ésta se activa automáticamente por cálculo astronómico (puesta del sol y amanecer) y al finalizar la noche envía automáticamente el video por FTP a un servidor liberando automáticamente el espacio.

 

La lente usada es una Arecont 1.55mm, 1/2 ”, f2.0, Fixed Iris, Fisheye. Se obtiene un campo de unos 100º, que desde luego no es “all sky” pero el hecho es que en mi caso particular cubrir más ángulo en una calle llena de farolas produce el efecto indeseable de ver los brillos de la luz de las farolas en la cúpula deplástico y perder mucha calidad en la imagen.

El montaje final se realiza con piezas estándar de PVC de fontanería, y un anclaje estándar de mástil:

Un ejemplo de unos minutos con la evolución de las nubes hasta quedar un cielo despejado:

Software de medición del nivel de oscuridad

He desarrollado una metodología para la utilización de la cámara AllSky que permite monitorizar gráficamente y disponer de una medida de la oscuridad del cielo que se pueda utilizarse en la planificación del trabajo del observatorio. El objetivo es permitir conocer si el cielo está suficientemente oscuro para realizar fotografía, fotometría, etc. tanto visualmente como con una medida precisa que pueda utilizarse para los procesos de automatización de la operación del observatorio.

Para ello se configura el sistema cámara allsky - PC de la siguente forma:

  • La cámara AllSky realiza las siguientes funciones:​​

    • Captura una fotografía cada cierto tiempo ajustando automáticamente la exposición tratando de maximizarla (no superando 8") pero preservando que la imagen no esté saturada.  El objetivo en definitiva es obtener un valor medio de nivel "azul" en la imagen a la máxima exposición que no la satura. El tiempo entre exposiciones puede ser de 30", 60", a gusto de cada uno.

    • Salva automáticamente la imagen en memoria RAM (para no dañar la uSD) en formato jpg y la envía por FTP al PC.

    • Atiende peticiones mediante TCP IP del PC para enviar datos de la última imagen tomada, en concreto:

      • Niveles medios de azul, rojo y verde (de 0 a 255)

      • Tiempo de exposición

      • Fecha y hora de la última imagen

  • El PC realiza las siguientes funciones:

    • Recibe por FTP cada imagen capturada y enviada por la cámara​

    • Un sencillo programa en VB6  realiza las siguientes tareas:

      • Visualiza la última imagen recibida​

      • Interroga a través de TCP IP a la cámara para obtener los datos de niveles, exposición, fecha y hora.

      • Calcula el valor de nivel de oscuridad mediante el cociente entre "nivel medio de azul" y "exposición en mili segundos"

      • Archiva los datos datos recibidos más el valor calculado de "oscuridad" en un fichero de texto

      • Representa en una gráfica el dato de nivel de oscuridad permitiendo:

        • Ajustar la escala a normal o logarítmica (los datos varían en un factor >10^6 entre el día y la noche por lo que la escala logarítmica es más adecuada).​

        • Elegir el valor mínimo de la escala de nivel de oscuridad en tres rangos: día y noche (de 0.001 a 25000), noche ( de 0.1 a 0.001), noche con más detalle (de 0.03 a 0.001)

        • Elegir el intervalo en horas a representar, por defecto últimas 24 horas.

        • Visualizar el umbral de oscuridad adecuado con mi instalación para realizar trabajos con el observatorio: <0.02 si se quiere ser poco restrictivo o <0.01 para tener alta oscuridad. 

En esta captura del programa de PC se muestra una imagen de celo encapotado al atardecer y en la parte superior​ una gráfica de datos de las últimas 24 horas.

En este caso la gráfica está en escala logarítmica. Se ha comprobado que los datos se muestran más claros en esta escala, especialmente si el periodo a visualizar incluye día y noche.

La linea verde muestra el umbral de 0.02. En esta noche, pasadas la 19 horas las condiciones eran adecuadas pero las nubes aparecieron hacia las tres de la madrugada.

Si se desea ver con más detalle los datos por la noche se puede seleccionar un rango de >0.1, donde se observa que las nubes aparecieron hacia las 3:50 y ya no permitieron continuar con el trabajo del observatorio correctamente en el resto de la noche.

El rango por defecto es de 24 horas, pero en la captura de la izquierda se ha seleccionado un rango den 200 horas donde se observa la evolución de varios días.

En esta captura, respecto a la imagen se observa que ya está anocheciendo y la exposición es de 800ms, con un color mucho más amarillento debido a que se han encendido las farolas de la calle. 

El nivel de oscuridad actual lo escribe el software en un fichero de texto para que  otros software del observatorio puedan utilizarlo para sus rutinas de observación. Por ejemplo, cuando se realiza fotometría, el script que se utiliza espera no sólo a que sea el momento adecuando de ocultación solar, sino que además espera a que el nivel de oscuridad sea <0.02 y si a lo largo de la noche, el nivel de oscuridad sube de 0.02, espera a que vuelva a bajar. De esta forma no se realizan medidas sin calidad, pero tampoco se interrumpe el proceso si aparecen las nubes, ya que puede darse la circunstancia de que sean unas nubes temporales y podamos reanudar las medidas en otro momento de la noche.

El nivel 0.02 no es muy restrictivo, ya que al estar obteniendo una media de todo el cielo capturado, puede darse la circunstancia de que la zona en la que queremos medir o fotografiar esté sin nubes por lo que podríamos estar desaprovechando la oportunidad. En mi instalación, 0.02 es cuando  comienzan a verse las estrellas más brillantes a simple vista. Por ejemplo en la siguiente captura se empiezan a ver las estrellas pero hay nubes que dan una calidad regular al cielo:

Para tener una medida precisa que permita decidir claramente si es el momento adecuando de operar o no, deberíamos acopar la cámara al eje del telescopio y medir un área más estrecha donde actualmente se está trabajando. En este caso, podríamos poner un umbral más restrictivo, por ejemplo de 0.01.

En realidad para ser precisos habría que hacer el umbral variable dependiendo de la fase lunar, ya que la luminosidad de la luna también la estamos midiendo.

Otra de las ideas a desarrollar es medir la claridad durante el día por ejemplo para automatizar fotografías o medias solares. Ya que la cámara es en color, podemos utilizar la proporción de azul frente a rojo y verde para detectar que el cielo está despejado.

Pero estos son ideas para una segunda fase del proyecto, por el momento y tal cómo está operando actualmente, el sistema es muy útil y me ha permitido un trabajo más eficiente de la instalación.

 

Las imágenes que captura la cámara son una gran ayuda para conocer el estado actual del cielo. Al ser la cámara en color podemos observar el estado del cielo con la misma claridad que cuando miramos al cielo y nos hacemos una idea de si merece la pena o no poner a trabajar el telescopio. El color nos da también relieve y nos permite determinar el tipo de nubes al anochecer. También podemos determinar por color de la imagen si se han encendido la iluminación urbana.

Además de la información que nos da el análisis visual de la imagen, podemos dar un paso más y con un sencillo procesamiento informático podemos obtener una medida de la oscuridad del cielo nocturno. 

A continuación se describe un método que complementa otras soluciones basadas en medir la temperatura del cielo o el nivel de luz recibida. El método se podría resumir diciendo que medimos el promedio de azul de la imagen ponderado con el nivel de exposición.