巡天猎手-孙国佑

星明天文台成员,PSP公众超新星项目管理员,埃格•威尔逊奖获得者,C/2015 F5 斯万-星明彗星发现者,中国首颗银河系新星发现者

流星视频监测

作者:本站站长-孙国佑

 国外流星监测网

地点 名称 站点数量
澳洲 DFN Desert Fireball Network 50
加拿大 ASGARD(NASA火流星网) 35
欧洲 EDMOND /
国际流星组织 IMONET /
日本 Sonota Co 全日本多站点

 国内流星监测网

国内近些年流星监控站数量暴增,像艾山天文台全国流星监测网目前应有27个站点,还有例如北京,新疆,广东都有很多监测站点。国内真实站点数量不好统计,3位数应该还是有的。

流星监控原理

      通过专用控制软件控制相机或者摄像头进行持续监控视频拍摄,只有侦测到流星经过时天区的光变才会将记录到的视频片段保存。当两个以上监测点能同时记录到一颗流星时,通过不同地理位置拍摄到的画面,经过专用软件分析处理,就能够计算出这颗流星的亮度、高度、速度以及运行轨道等数据。多个站点观测的天区,都要指向实际大气中同一个位于70-110km高空的区域(流星出现的高度)。W1、W2、W3分别是三个观测点,中间的阴影区域就是它们都可以看到的区域。

《天文爱好者杂志》程思浩《流星漫谈》,原图自IMO的Handbook“双站联测”一节。

除了对火流星事件的分析外,通过大量的流星监控样本的收集,这些数据将全部保留下来以供后续的研究。如分析潜在的新流星群、火流星概率等。设备的操作全部通过网络远程控制,可以实现无人值守。

站点部署方案

(1)站点应选择在视野开阔,受人干预少的地方,可选择泡泡屋景区内的某栋建筑屋顶上。

(2)需要220V交流市电供电以及Internet网络接入。监控相机需要一个电脑主机或者工控机安装UFOCapture软件。如果有多个监控头每个均需要一台电脑主机。

(3)监控相机需要防水防护外罩保护,线缆(电源线、视频线)等采用PVC套管保护,电脑可以放于室内。

(4)单站点可以采用多台广角镜头监控组合覆盖天区,亦可采用一台360°鱼眼镜头覆盖全部天区。、

相机选择

其实不管什么方案,都需要一定动手能力。摄像头的选择主要3个方向。

1,单反如sony a73。优点,成像质量会非常好,彩色高清视频片段和彩色高清静态图输出,sony a7s相机的优势就在于高感光度下仍然可以保持良好的成像和噪点控制,可以录到更多的流星。缺点,贵!!!

效果图

2,天文CCD,优点,成像质量比较好,彩色高清视频片段和彩色高清静态图输出。缺点,成本较高,彩色CCD感光度一般(类似普通单反相机),灵敏度不及黑白天文CCD,因此只能录到很亮的流星。

3,黑白监控摄像头,如标清WAT 902H,SONY 的673,IMX 291。高清的IMX385。

效果图

监控方案,有很大的自主性,几乎没有成品,都需要自己组装,如果不想试错,可以按成熟方案进行。目前主力是才用监控摄像头,成本低廉,效果也不错。本文主要介绍黑白监控摄像头。

方案构成

黑白流星监控,由以下几部分组成。

1,摄像头:选择低照度摄像头,越低越好。

名称 照度 靶面尺寸 优点 缺点 价格
WAT902H 0.0003 LUX 1/2 靶面尺寸大,照度低 老旧机器,只有二手,市场存货少。有反馈成像还不如673。 2,3百
SONY 673CCD 0.01 LUX 1/3 便宜 性能一般 一百多块
SONY IMX291 0.0001 LUX ? 1/2.8 成像比673要好,价格也不贵   200多
SONY IMX385 0.0001 LUX 1/2 性能绝佳 高清采集卡,摄像头成本都较高,对电脑要求也高。 没买过价格不是很清楚,大概是几百元-千元的水平

除了WAT902H是成品,其他都是指的芯片,只要是搭载这个芯片的成品大多数可用,但是还是会有些暗坑,比如673千万不要买不带OSD菜单的成品。除了成品,也可以自己买板子组装,加个监控外壳就行,但需要一定动手能力跟基础知识储备,特别要注意各种接口问题,比如数据输出是BNC线,USB,还是网线等,每种输出对应接入方式都不同,千万不能搞错。

成品

IMX 291

IMX 385

2,镜头:一般是采用CS接口镜头,3MM F1.0 或2.8MM F0.9的定焦头,价格十几元到几十元不等。如果实在买不到,可以采用变焦头,如3MM-8MM F1.0。反正就是焦距小于3MM,F小于1.0。有些人也会采用M12镜头,但是镜头要注意一个接口问题,接口要看成品外壳用的是啥接口,不同接口也可以通过转换接口来对接。

3, 采集卡:就一个标清采集卡,高清采集卡的区别。标清EASYCAP(建议买这个品牌,千万不要买免驱的)采集卡很便宜几十元,高清采集卡价格较高几百元上千元都有。

4,电源:12V2A即可,最好买牌子的,防水的。监控对电源要求较高,电源不好容易出问题。

5,数据线和电源线:数据线不要买电源+数据线一体的那种,数据线跟电源线要分开。数据线用同轴64编视频线,一般的摄像头都是一头莲花头,一头BNC头,买免焊的即可,莲花头搞不定就买2个BNC再买个BNC转莲花接头。电源线,可以买电源延长线,但不建议太长,容易造成电压不稳定,如果装楼顶,最好直接拉电线上去,装个防水盒,把电源装里面,直接出一条短线接摄像头。

6,摄像头防水外罩:这个可以展开想象,自己折腾。有人用PVC,有人用监控外壳,其实只要保证防水,防风即可。

爱好者成品设备图

 

本站长的入门方案

本想装在楼顶,或者窗户外面,但碰到了几个问题,第一楼顶电源问题不好解决,距离太远。放窗户外面,不好打孔固定,买的摄像头外壳,防风较差。尝试了多种方法,最终决定放在室内,窗户台上,这种情况,不需要电源延长线,数据线也不需要太长,好维护。唯一的缺点视野差些,角度可选择性差。

我采用了最低端的,SONY 673CCD 成品,除了一些试错产品,实际成本,一套下来不足200元。方案为SONY 673CCD+3-8MM F1.0变焦镜头+EASYCAP采集卡+乔安12V2A电源+乔安同轴64编视频线3米(免焊BNC头2个,BNC转莲花1个)。摄像头有试错成本,买的不好会问题,入手前最好咨询下懂行的爱好者。

 我这个方案,成本低,不需要电源延长线,不需要防水外壳等其他配套。缺点视野差(感觉还好可以接受),角度可选择性差。最大问题玻璃会反光,所以我贴了一个纯黑哑光的窗户贴纸,完美解决,即便房间开灯都不会影响观测,不会触发拍摄。 实测效果,个人不是很满意,没买到定焦头,定焦头锐度会好些。还有673表现一般,不过好在便宜作为学习入门尚可。如果有经济能力建议直接上IMX385一套千元水平。

数据采集和分析

 UFOcapture软件介绍

UFOCaptureHD2参考手册

UFOCapture软件是流星监控的视频捕捉软件,分为UFOCaptureV2和UFOCaptureHD2两个版本,区别在于采用高清视频时必须使用UFOCaptureHD2。

UFOCapture提供以下功能,使我们能够长期稳定、高效和精确的检测流星。

  • 时移运动捕捉
    • 捕捉流星出现前后的帧数,记录完整的流星出现-消失的过程
  • 三维触发阈值
    • 每一个像素的亮度级别
    • 面积大小(亮度超过检测阈值的像素数量)
    • 事件的最小和最大持续时间
  • 屏蔽(消除不必要的触发区域)
    • 区域屏蔽(用于地面物体或视场中的不稳定区域)
    • 闪烁屏蔽(用于长时间明亮物体的闪烁,如星星、楼顶的灯)
    • 缓慢移动物体屏蔽(飞机)
    • 暗物屏蔽(对于比地面较暗的物体,如鸟或昆虫)
  • 根据背景噪音水平自动调整检测阈值
  • 设置日落和日出时刻表,自动开机关机。
  • 星点位置检测自动标记视野范围内的恒星,用于分析

UFOAnalyzerV2软件介绍

UFOAnalyzerV2简单使用教程

UFOAnalyzer软件是流星监控视频捕捉软件UFOCapture的后期数据处理工具,主要功能有:

  • 计算移动物体的位置
  • 与内置星图相比较,自动矫正镜头畸变
  • 分析物体的坐标,角速度,方向,线性,大小等
  • 把流星分类为可能的流星群
  • 画出流星的轨迹图来寻找它们的辐射点
  • 输出csv文件供UFOOrbitV2使用

UFOOrbitV2软件介绍

UFOOrbitV2软件用于关联各个站点的流星事件是否为同一颗流星体,并且计算出流星体的轨道。主要功能有:

  • 导入多站点的UFOAnalyzer分析结果
  • 从多站点的结果中寻找相关联的流星事件
  • 计算流星体的轨道
  • 在星图或地面地图上绘制轨迹
  • 在星图中画出轨道
  • 生成报告