Aalto-1 toiminnassa

Otaniemen Aalto-yliopistossa suunniteltu ja rakennettu satelliitti Aalto-1 lähti useiden viivästysten jälkeen viimein matkaan juhannusaattona 23.6.2017 klo 6:59 Suomen aikaa. Satelliitti lähti avaruuteen Intiasta PSLV-kantoraketin kyydissä, ja kulki suoraan Suomen yli ensimmäistä kertaa noin 11:30 Suomen aikaa. Satelliitti kävi kyllä jo noin klo 10:00 hieman horisontin yläpuolella, jolloin siihen saatiin hetkellinen yhteys Otaniemen maa-asemalta.

Aalto1_kuva1_photo_Mikko_Raskinen.jpg

Aalto-1 valmiina lastattavaksi raketin kyytiin. Kuva: Mikko Raskinen / CC-BY-SA 4.0

Aalto-1 lähettää kolmen minuutin välein majakkasignaalin taajuudella 437,220 MHz. Majakkasignaalin aluksi satelliitti lähettää oman nimensä Morse-koodilla, jonka jälkeen tulee lyhyt GFSK-moduloitu AX.25-muotoinen telemetriapurske.

Halusin olla ensimmäisten joukossa vastaanottamassa satelliitin lähetystä, ja sain kuin sainkin majakkasignaalin kuuluviin. Tallensin lähetystä koko ajan, mutta omien mokailujen vuoksi parhaat osat tallenteesta menivät harakoille. Juhannuksen mökkireissun jälkeen halusin revanssin ja kuuntelin jälleen satelliitin ylitystä juhannuspäivän iltana. Tällä kertaa sain koko ylityksen tallennettua onnistuneesti! Alla on äänitallenne majakkasignaalista, sekä vesiputouskuva, josta viesti on helppo tulkita. Kuvan vaaka-akselilla on taajuus (kasvaa oikealle) ja pystyakselilla aika (kasvaa ylöspäin).

2017-06-24-aalto1-morse.png

Aalto-1 lähettää kolmen minuutin välein oman nimensä Morse-koodilla, jonka jälkeen tulee lyhyt telemetriapurske. Kuvan pystyakselilla on aika ja vaaka-akselilla taajuus.

Vastaanottopaikka ja välineet jättävät vielä toivomisen varaa, mutta yritin silti saada telemetriaa luettua. Löysin Windowsille Direwolf-ohjelman, joka kykenee tulkkaamaan AX.25-paketteja FM-demoduloidusta äänisignaalista. Yllättäen ohjelma sai tallenteesta yhden paketin purettua! Valitettavasti sen sisältö ei ollut kovin mielenkiintoinen, sillä se oli lähetyksen ensimmäinen paketti, joka sisältää vain lähettäjän ja vastaanottajan kutsumerkit: ”OH2A1S-11>OH2AGS:”

Homma lähti kuitenkin lupaavasti käyntiin! Saan toivottavasti ensi viikolla esivahvistimen antennin ja radiovastaanottimen väliin, jolloin yritän saada parempilaatuista dataa talteen. Esivahvistimen avulla telemetriasta aukeaa toivottavasti useampikin kuin yksi datapaketti.

Sääsatelliittien vastaanotto ohjelmistoradiolla

Maan kiertoradalla viuhuu monia sääsatelliitteja, jotka kuvaavat Maata ja sen säätilaa yötä päivää valon eri aallonpituuksilla. Harva tietää, että sääsatelliittien radiolähetyksiä voi nykyään kuka tahansa vastaanottaa kotikonstein varsin halvalla. Tarvitaan vain antenni, tietokone ja tietokoneen USB-väylään kytkettävä sopiva digi-TV-tikku.

Digitelevision vastaanottamiseen tarkoitettuja hyvin halpoja USB-laitteita on ollut myynnissä jo useamman vuoden. Osa laitteista perustuu Realtekin valmistamaan RTL2382U-piiriin, joka vastaa signaalin digitoinnista, demoduloinnista ja USB-yhteydestä. Vuonna 2012 Antti Palosaari muutaman muun harrastajan kanssa onnistui ohjaamaan laitetta siten, että tietokoneella oli mahdollista tallentaa radiosignaalia miltä vain laitteen kuulemalta taajuudelta. Laitteiden suosio räjähti ja niitä käytetään nykyään laajasti halpoina radiovastaanottimina. RTL-piirin lisäksi laitteissa on viritinpiiri, joista yleisimmät ovat nykyään E4000, R820T ja uusimpana edellisiä vähäkohinaisempi R820T2.

Tällaisen vastaanottimen käyttöön viitataan usein termillä RTL-SDR, jossa RTL tarkoittaa Realtekin piiriä. SDR on taas lyhenne sanoista Software-Defined Radio, eli ohjelmistoradio. Ohjelmistoradio tarkoittaa sitä, että radiovastaanotin muuntaa vastaanottamansa signaalin digitaaliseen muotoon ja syöttää sen suoraan tietokoneelle, joka on vastuussa signaalin demoduloinnista ja dekoodaamisesta. Ennen tämä on yleensä hoidettu erillisellä tarkoitukseen valmistetulla analogielektroniikalla. Signaalinkäsittely tietokoneella on halvempaa ja joustavampaa, mutta vaatii kohtalaisen paljon laskentatehoa.

Olen ostanut Ebaysta muutamia hyvin halpoja digi-TV-vastaanottimia kaikenlaisia kokeiluja varten, ja jokin aika sitten ostin hieman laadukkaamman vastaanottimen rtl-sdr.com-sivustolta. Vastaanottimessa on herkkä R820T2-viritinpiiri, häiriöiltä suojaava alumiinikotelo sekä mahdollisuus syöttää jännitettä vastaanottolinjaa pitkin etuvahvistimen tai muiden laitteiden käyttämiseksi ilman erillisiä virtalähteitä. Tikussa on radiokäytössä yleinen SMA-liitin antennia varten. Ebayn halvemmissa tikuissa on usein hieman hankalampi MCX-liitin. Vastaanottimen mukana tuli myös kaksi kohtalaisen laadukasta teleskooppiantennia, yksi pieni ja yksi suuri. Tikku pystyy vastaanottamaan taajuuksia 24 – 1766 MHz.

rtl-sdr-v3.JPG

Kuvassa rtl-sdr.com-sivustolla myytävä vastaanotintikku. Kotelon teksti on jo hieman kulunut käytössä pois.

Vastaanottimen käyttämiseen on saatavilla useita ilmaisia ohjelmia. Windows-puolella näistä yleisin lienee Airspy SDR#. Ohjelmaan on saatavissa useita lisäkkeitä, joilla voi esimerkiksi lennosta demoduloida tiettyjä signaaleja tai olla yhteydessä satelliitinseurantaohjelmiin kun Orbitron. SDR#:lla voi tallentaa signaaleja kovalevylle tai lähettää ne eteenpäin muille ohjelmille joko lisäkkeiden avulla tai äänisignaalina.

Yleisimmät harrastajien kuuntelemat sääsatelliitit ovat Yhdysvaltalaisia NOAA-satelliiteja, joita on edelleen aktiivisena kolme kappaletta. Satelliitit lähettävät 137-138 MHz taajuuksilla Automatic Picture Transmission (APT) -muotoista analogikuvaa yksi rivi kerrallaan sitä mukaa kun satelliitti etenee kiertoradallaan. NOAA-satelliitit lähettävät siis ”suoraa lähetystä” näkymästä, joka on kullakin hetkellä satelliitin alapuolella. Tarkemmat lähetystaajuudet näkyvät alla olevassa taulukossa.

Satelliitti Taajuus (MHz)
NOAA-15 137,6200
NOAA-18 137,9125
NOAA-19 137,1000

 

NOAA-satelliitit kiertävät Maapalloa niin kutsutulla aurinkosynkronisella polaariradalla, mikä tarkoittaa sitä että ne näkyvät joka päivä samaan aurinkoaikaan samassa paikassa. Suoraan Suomen ylitse ne viilettävät joka päivä aamulla ja illalla.

Useimpien satelliittien lähetys on pyöröpolarisoitua, jotta satelliitin ja vastaanottajan keskinäinen asento ei vaikuttaisi vastaanotetun signaalin voimakkuuteen. Lineaaripolarisoituneet antennit kuten monopoli- ja dipoliantennit vastaanottavat signaalia huonommin kuin tarkoitukseen valmistetut antennit, mutta niitä on helppo valmistaa. Olen saanut vastaanotettua NOAA-satelliittien kuvia jopa vastaanottimen mukana tulleella monopoliantennilla omalta parvekkeeltani. Kuvaan kuitenkin jää väkisinkin kohinaa ja kuuluvuus matalalla horisontissa on huono. Signaalin saa paljon paremmin kuuluviin tarkoituksenmukaisella antennilla ja aukealla havaintopaikalla kaukana esteistä tai häiritsevistä radiolähettimistä.

Omaan käyttööni rakensin yksinkertaisen V-dipoliantennin rtl-sdr.comin blogissa olleen artikkelin perusteella. Antenniin ei tarvita muuta kuin kaksi sopivanmittaista alumiinitankoa, ”sokeripalan” ja hieman koaksiaalikaapelia. Antenni on palvellut yksinkertaisuuteensa nähden varsin hyvin ja se on helppo purkaa osiin kuljetusta varten. Seuraavaksi voikin kokeilla pyöröpolarisoidun ristidipoli- tai QFH-antennin rakentamista.

antenni

Simppeli V-dipoliantenni.

NOAA-satelliiteista tulevaa APT-signaalia voi tulkita ainakin ilmaisella WXtoImg-ohjelmalla. Lähetyksen mukana tulee telemetriatietoa satelliitista sekä kaksi harmaasävykuvaa, joista yksi on kuvattu pitkäaaltoisella infrapunalla (10,8 mikrometrin aallonpituudella) ja toinen vaihdellen joko lähi-infrapunalla (0,86 mikrometriä) tai keskipitkällä infrapunalla (3,75 mikrometriä).

APT-kuvien tarkkuus on noin 4 kilometriä per pikseli. NOAA-satelliiteista on mahdollista vastaanottaa myös digitaalisia kuvia 1,1 km/pikseli tarkkuudella, mutta lähetys tapahtuu noin 1,7 GHz taajuudella, jonka vastaanottaminen vaatii erilaisen antennin.

Alla on NOAA-15-satelliitista vastaanottamiani kuvia sunnuntailta 18.6.2017.

noaa-15_channel_a.png

Pohjois-Eurooppa NOAA-15-satelliitin silmin 860 nanometrin aallonpituudella.

noaa-15_channel_b.png

Sama näkymä 10,8 mikrometrin aallonpituudella.

WXtoImg osaa myös analysoida kuvia ja tuottaa karttoja esimerkiksi meriveden lämpötilasta tai mahdollisista sadealueista. Ohjelma ei osaa suoraan käyttää SDR-laitetta, vaan vastaanotto on tehtävä SDR#:lla tai muulla vastaavalla, josta FM-demoduloitu äänisignaali voidaan lähettää esimerkiksi Virtual Audio Cable -ohjelman avulla WXtoImg:lle.

noaa-15_sea_surface_temperature.png

Meriveden lämpötila 18.6.2017 satelliittikuvien perusteella.

Tarkempi ohje NOAA-satelliittien vastaanottoon löytyy englanniksi jälleen rtl-sdr.comista. Jos et ole jo huomannut, sivusto on seuraamisen arvoinen!

Myös venäläinen METEOR-M2 -sääsatelliitti lähettää kuviaan 137,9 MHz taajuudella. Kuvat ovat NOAA-kuvista poiketen digitaalikuvia, ja niiden tarkkuus on huikeat 1 km/pikseli. Hyvälaatuisen digitaalisignaalin vastaanottaminen luotettavasti vaatii kuitenkin hyvän antennin, ja olen itse onnistunut saamaan satelliitista kuvia vain hetkittäin. Signaalin tulkkaamiseen tarvitaan eri ohjelmia kuin NOAA:n tapauksessa, ja venäläisten harrastajien tekemät ohjelmat ja ohjeet eivät ole aina kovin selkeitä. Tilanne kehittyy kuitenkin koko ajan ja parempia ohjelmia tulee jatkuvasti saataville. Lisätietoa satelliitin vastaanottamisesta löytyy täältä.

Laitoin näistä kokeiluista innostuneena tilaukseen Uputronicsin vähäkohinaisen etuvahvistimen, joka toivottavasti saapuu tällä tai ensi viikolla. Vahvistimen avulla on odotettavissa parempaa signaalia, ja METEOR-satelliitistakin saa toivottavasti enemmän kuvaa talteen.

Radiovastaanotto tarjoaa hyvän keinon jatkaa avaruuden tarkkailua näin kesäaikaan kun taivas on liian vaalea valokuvaamiseen ja visuaalihavaintoihin. Alkuinvestoinnitkaan eivät ole kummoisia. Tällä hetkellä käyttämäni tikku näyttää maksavan 20 dollaria plus toimituskulut. Jos satelliittien vastaanotto ei ota onnistuakseen, tikulla voi aina kuunnella tavallista FM-radiota tai katsoa digitelevisiota!

Valo ja värit

Varoitus: Luvassa on kuivakkaa (mutta ihan hyödyllistä) teoriatietoa!

Valokuvaajille värien ymmärtäminen on keskeinen asia, mutta silti väreistä on liikkeellä paljon väärinymmärryksiä. Erityisesti tähtivalokuvauksen kannalta asia on tärkeä ymmärtää hyvin, sillä kuvien käsittely hoidetaan alusta asti itse, eikä sitä voi ulkoistaa kameralle tai Adobe Lightroomille. Värit ovat monille niin itsestäänselvä asia, että niitä ei tule mietittyä sen tarkemmin. Mitä väri tarkkaanottaen on? Onko väri aineen ominaisuus? Tai valon ominaisuus? Ei varsinaisesti kumpaakaan!

Väri on valon aiheuttama aistimus ihmisen näköjärjestelmässä. Valo puolestaan on sähkömagneettista säteilyä, aivan kuten radioaallot, mikroaallot, röntgensäteet ynnä muut. Nämä eri säteilytyypit erottaa toisistaan ainoastaan säteilyn aallonpituus. Valo käyttäytyy kummallisesti yhtä aikaa niin hiukkasina kuin sähkömagneettisina aaltoina. Näiden aalton aallonpituus määrää miten silmä reagoi niihin, vai reagoiko laisinkaan. Tässä tapauksessa helpointa lienee ajatella valo pieninä hiukkasina, eli fotoneina, joihin jokaiseen on kiinnitetty numero, sille ominainen aallonpituus.

Ihmissilmä reagoi fotoneihin, joiden aallonpituus on karkeasti 400 ja 700 nanometrin välillä. Pitkät aallonpituudet havaitaan punertavina ja lyhyet sinertävinä. Näiden välissä olevat aallonpituudet havaitaan vihertävinä. Arkielämässä kohdataan kuitenkin harvoin valonlähteitä, jotka säteilevät vain yhdellä aallonpituudella (tällaista valoa kutsutaan monokromaattiseksi). Sen sijaan yleisimmät valonlähteet säteilevät valoa monilla valon aallonpituuksilla. Kun fotoneja on suuri joukko, voidaan tarkastella fotonijoukon aallonpituuksien jakaumaa. Tätä jakaumaa kutsutaan valon spektriksi. Spektri kuvaa käytännössä miten kirkas valo on kullakin aallonpituudella.

Miten väriaistimus muodostuu?

Ihmissilmässä on tappisoluiksi kutsuttuja soluja, joiden avulla ihminen aistii valoa ja sen värejä. Tappisoluja on kolmenlaisia, ja erilaiset tappisolut ovat herkkiä valon eri aallonpituuksille. Tappisolujen ansiosta ihmisen näköjärjestelmä kykenee erottelemaan eri spektrejä toisistaan, eli eri spektrit tuottavat eri väriaistimuksen. Tappisolut eivät kuitenkaan toimi hämärässä valaistuksessa. Tällöin apuun tulevat sauvasolut, joita on vain yhdenlaisia. Koska sauvasoluja on vain yhdenlaisia, ne eivät kykene erottelemaan erilaisia spektrejä toisistaan, vaan ne havaitsevat eri spektrit vain kirkkauseroina. Tämän takia ihminen ei kykene havaitsemaan värejä hämärässä.

Eri tappisolutyypit on nimetty S-, M- ja L-tappisoluiksi. Kirjaimet viittaavat sanoihin Short (lyhyt), Medium (keskipitkä) ja Long (pitkä), joilla tarkoitetaan aallonpituuksia, joille tappisolut ovat kaikkein herkimpiä. S-tappisolut ovat herkkiä lyhyille aallonpituuksille (siniselle valolle), M-tappisolut keskipitkille aallonpituuksille (vihreälle valolle) ja L-tappisolut pitkille aallonpituuksille (punaiselle valolle). Oheisesta kuvasta voi nähdä eri tappisolutyyppien suhteelliset herkkyydet valon eri aallonpituuksille.

1016px-cones_smj2_e-svg

Tappisolujen herkkyyskäyrät. © User:Vanessaezekowitz / Wikimedia Commons / CC-BY-3.0

Kunkin tappisolutyypin vaste tiettyyn spektriin voidaan laskea suoraan painottamalla spektri tappisolun herkkyydellä ja laskemalla käyrän alle jäävä pinta-ala (ts. integroimalla). Kaikki spektrit, jotka tuottavat keskenään samat tappisoluvasteet, näyttävät ihmissilmällä samalta. Näin mikä tahansa väriaistimus voidaan ilmoittaa yksinkertaisesti kolmella numerolla. Asiaa mutkistaa hieman se, että ihmisen näköjärjestelmä mukautuu ympäröivään valaistukseen, mikä muuttaa väriaistimuksia, mutta siihen emme perehdy tässä sen syvemmin.

Tätä tappisolujen vasteiden määrittämää esitystapaa kutsutaan LMS-väriavaruudeksi. Erinäisistä syistä LMS-väriavaruutta ei juurikaan käytetä, vaan värejä pyöritellään sellaisissa väriavaruuksissa kuten sRGB, CIEXYZ ja CIELAB. Kaikki väriavaruudet nojaavat kuitenkin pohjimmiltaan siihen, että kolme numeroa ja tieto käytetystä väriavaruudesta määrittävät yksikäsitteisesti väriaistimuksen.

Kameran tallentamat värit

Normaali värikamera toimii hyvin samalla periaatteella kuin silmän tappisolut. Kameran sensori koostuu yksittäisistä valoherkistä pikseleistä, joista jokaisen päällä on punainen, vihreä tai sininen värisuodatin, kuten oheisessa kuvassa. Koska jokaisen pikselin päällä on vain yksi värisuodatin, täytyy puuttuvien suodattimien informaatio laskea naapuripikselien perusteella. Näin saadaan aikaiseksi kuva, jonka jokaisessa pikselissä on kolme numeroa kuvaamassa pikseliin osuneen valon väriä.

1024px-Bayer_pattern_on_sensor.svg

Värikameran kennolla olevat värisuodattimet. © User:Cburnett / Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0

Tähtivalokuvaajat käyttävät usein värikameroiden sijasta harmaasävykameroita, jotka kykenevät tallentamaan vain kirkkauseroja. Tällaisilla kameroilla voidaan kuitenkin tehdä värikuvia vaihtamalla kameran eteen vuorotellen erilaisia värisuodattimia. Näin lopputulema on sama kuin värikameran kanssa, eli jokaista pikseliä kohden tallessa on kolme numeroa. Usein näistä numeroista puhutaan pikselien RGB-arvoina.

Tässä kohtaa tähtikuvaajat ovat yleensä tyytyväisiä, ja kuvia lähdetään valkotasapainottamaan, venyttämään ja käsittelemään eteenpäin. Tämä ei tarkkaanottaen ole kuitenkaan ihan oikein. Kameran raakakuvasta luetut RGB-arvot eivät vielä suoraan kerro minkälaisen värihavainnon ihmisen näköjärjestelmä olisi saanut samasta näkymästä. Tietyn spektrin tuottamat RGB-arvot riippuvat täysin kameran sensorin herkkyydestä valon eri aallonpituuksille ja käytettyjen värisuodattimien päästökaistoista. Oheiseen kuvaajaan on piirretty järjestelmäkameran punaisten, vihreiden ja sinisten pikselien tyypilliset herkkyydet.

Picture1

Canon EOS 60D -järjestelmäkameran herkkyyskäyrät.

Kameran tuottamia RGB-arvoja voidaan muuttaa mielivaltaisesti vaihtamalla sensoria tai värisuodattimia, vaikka pikseliin tullut spektri todellisuudessa tuottaisi ihmissilmässä aivan tietynlaisen väriaistimuksen. Alla olevaan kuvaajaan on piirretty käyttämäni Atik 460EX -kameran herkkyys Astrodonin värisuodattimien kanssa. Kuten kuvasta näkyy, suodattimien päästökäyrät ovat vallan erilaiset kuin esimerkiksi järjestelmäkameralla, eli samanlainen valon spektri tuottaa aivan erilaiset RGB-arvot järjestelmäkameralla kuin tähtikuvauskameralla.

astrodon_icx694

Atik 460EX -tähtikuvauskameran herkkyys valon eri aallonpituuksille Astrodonin värisuodattimien kanssa.

Ongelmaa voi havainnollistaa miettimällä mitä tapahtuu, jos esimerkin kameralla ja suodattimilla kuvaisi planetaarista sumua, jossa ionisoitunut happi säteilee monokromaattista valoa 500 nanometrin aallonpituudella (tämä on siis sama asia kuin tähtikuvaajille tuttu OIII-emissio). Ihmissilmällä 500 nanometrin säteily näkyy sinertävän vihreänä.

Astrodonin vihreän ja sinisen suodattimen päästökaistat menevät päällekäin 500 nanometrin kohdalla, joten valo aiheuttaa suunnilleen yhtä voimakkaan vasteen molempien suodattimien kanssa, eikä lainkaan vastetta punaisen kanssa. Sumu näyttäisi siis jotakuinkin oikean väriseltä, jos RGB-kuvaa käytettäisiin sellaisenaan. Päästökaistat menevät tässä kohtaa päällekäin juuri tämän vuoksi. Astrodon on suunnitellut suodattimet tähtikuvaajia varten. Sen sijaan jos vihreän suodattimen päästökaistaa siirrettäisiin hieman pitkiä aallonpituuksia kohti, lakkaisi 500 nanometrin säteily aiheuttamasta kamerassa minkäänlaista vastetta vihreän suodattimen kanssa, ja sumu näyttäisi sellaisenaan käytetyssä RGB-kuvassa täysin siniseltä.

Miten korjata tilanne?

Jos tavoitteena on valokuva, jonka värit vastaavat ihmisen näköjärjestelmän tuottamia väriaistimuksia samasta näkymästä, täytyy luoda jonkinlainen linkki kameran RGB-arvojen ja todellisten värien välille. Voidaan ajatella, että kameran kuvasta mitatut RGB-arvot ovat laitteen omassa laiteriippuvaisessa väriavaruudessa, jonka suhde johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen täytyy selvittää. Tavoitteena on siis luoda muunnos, joka muuntaa laiteriippuvaiset RGB-arvot johonkin tunnettuun väriavaruuteen. Normaalitilanteessa kameravalmistaja on vastuussa tästä, ja kamera tekee muunnoksen (ja kaiken muunkin käsittelyn) valmiiksi. Tähtivalokuvien tapauksessa kaikki käsittely täytyy tehdä itse.

Tällaisia värimuunnoksia on monenlaisia, ja niiden kehittäminen ei ole aivan suoraviivaista. Yleisin ja yksinkertaisin tapa on kuvata jotakin tunnettua värikarttaa tunnetussa valaistuksessa. Kun tiedetään minkä värisiä värikartan värinäytteet ovat todellisuudessa ja kuvasta mitataan niiden tuottamat RGB-arvot, voidaan tällainen muunnos luoda. Alla on kuva yleisesti käytössä olevasta värikartasta.

gretag-macbeth_colorchecker

GretagMacbeth ColorChecker -värikartta.

Valaistuksen spektrin mittaaminen ja värikartan kuvaaminen kaukoputkella ovat kuitenkin vähintään haastavia toimenpiteitä, eikä maanpäällisille kohteille normaaleissa valaistusolosuhteissa optimoitu muunnos välttämättä toimi kovin hyvin tähtikuvissa, sillä avaruuden kohteiden säteilemät spektrit poikkeavat merkittävästi spektreistä, joita tavataan arkielämässä Maapallolla.

Sopiva muunnos voidaan tehdä myös laskennallisesti, jos suodattimien päästökaistat ja kameran herkkyys valon eri aallonpituuksille tunnetaan, sillä näillä esitiedoilla voidaan laskea millaisen RGB-arvon minkäkinlainen spektri tuottaa kamerassa. Asiaa mutkistaa se, että tähtivalokuvauksessa käytettyjen värisuodattimien päästökaistoissa tapahtuu yleensä jyrkkiä vaihteluita, ja eri suodattimien päästökaistat eivät mene juurikaan päällekkäin. Erinäisistä syistä tämä vaikeuttaa sopivan muunnoksen tekemistä. On helppo tehdä muunnos, joka korjaa muutaman värin hyvin lähelle oikeaa, mutta loput muuttuvat entistäkin huonommiksi. Aiemmin kuvatuille järjestelmäkameran päästökaistoille on huomattavasti helpompi tehdä toimiva värimuunnos.

Tähtikuvaamisen tapauksessa värien korjaaminen lähemmäs totuutta on sen verran haastavaa, että useimmissa tapauksissa on helpointa jättää korjaus tekemättä. Käytännössä kaikki avaruuden kohteet ovat niin himmeitä, että ihmissilmä ei kykene näkemään niissä värejä, joten ihmisellä ei ole mitään suoraa kokemusta siitä minkä väriseltä minkäkin kohteen pitäisi näyttää. Maanpäällisiä kohteita kuvatessa tilanne on aivan erilainen, sillä ihminen huomaa heti jos esimerkiksi Fiskarsin sakset tai Coca-Cola-tölkit ovat väärän värisiä, iho vihertävää tai puiden lehdet sinertäviä. Tällaisia hyvin tuttuja värejä kutsutaankin muistiväreiksi.

Muistivärien takia on tärkeää, että värit korjataan mahdollisimman lähelle todellista näköaistimusta. Avaruudessa muistivärejä ei juuri ole, joten tarkalla värientoistolla ei ole läheskään niin suurta merkitystä. Yleensä riittää, että kuvat ovat miellyttävän värisiä.

Näyttölaitteet ja värienhallinta

Kauniit tähtikuvat tietokoneen kovalevyllä eivät juuri lämmitä, jos niitä ei pääse näkemään. Kuvia yleensä katsellaankin erilaisilla näyttölaitteilla, ja näyttölaitteella on keskeinen merkitys sille miltä kuvat lopulta näyttävät.

Siinä missä kamera vastaanottaa valoa ja tallentaa havaitsemansa spektrin kolmeksi numeroksi, näyttölaite tekee päinvastoin. Näyttölaite vastaanottaa tietokoneelta kolme numeroa, ja tuottaa niiden perusteella valoa, jonka spektri toivottavasti tuottaa oikeanlaisen väriaistimuksen ihmisen näköjärjestelmässä.

Jotta näyttö näyttäisi halutut värit oikein, näytöille tehdään samankaltainen värimuunnosoperaatio kuin kameroille, paitsi käänteisesti. Näytölle annetaan käskyjä näyttää erilaisia värejä, ja tarkoitukseen valmistetulla mittarilla (esim. X-Rite i1 Display Pro) mitataan millaista valoa näytöstä todellisuudessa säteilee. Näin voidaan näytölle annettuja värejä korjata siten, että lopputulos on haluttu. Tätä mittausoperaatiota kutsutaan näyttölaitteen profiloinniksi.

Värienhallinnassa on siis pohjimmiltaan kyse vain siitä, että tutkitaan miten erilaiset laiteriippuvaiset väriavaruudet suhtautuvat laiteriippumattomiin väriavaruuksiin, jotta värit pystytään säilyttämään oikein siirryttäessä avaruudesta toiseen. Koko ketju kamerasta tietokoneen kautta näyttölaitteelle saattaa mennä karkeasti seuraavanlaisesti. Kameran kennolle lankeaa ulkomaailmasta valoa, jonka kamera muuttaa RGB-arvoiksi. Muunnos laitteen omista laiteriippuvaisista RGB-arvoista johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen kuten CIEXYZ-avaruuteen saadaan laitevalmistajalta tai se voidaan määrittää itse. Kun muunnos on tiedossa, RGB-arvot voidaan muuntaa tähän väriavaruuteen. Kun näyttölaite on profiloitu, eli tunnetaan muunnos esimerkiksi CIEXYZ-avaruudesta näyttölaitteen omaan väriavaruuteen, voidaan kuvan muuntaa taas tähän laiteriippuvaiseen väriavaruuteen ja lähettää näytölle, joka puolestaan tuottaa valoa, joka toivon mukaan aiheuttaa samanlaisen väriaistimuksen kuin alkuperäinen näkymä, jonka kamera näki.

Yleensä kuvatiedostojen metatietoihin tallennetaankin tieto siitä, että missä väriavaruudessa kuvatiedostoon tallennetut numeroarvot on ilmoitettu. Tämä tieto väriavaruudesta erottaa mielivaltaiset kolmen numeron yhdistelmät varsinaisista väreistä. Normaali kuluttajakamera tuottaa värikuvan, johon tallennetut RGB-arvot ovat tyypillisesti sRGB-väriavaruuden koordinaatteja. sRGB on hyvin yleisessä käytössä oleva väriavaruus, ja esimerkiksi internet-selaimet olettavat yleensä avaamansa kuvat sRGB-kuviksi, jos kuvaan ei ole upotettu tietoa jostakin muusta väriavaruudesta. Myös kuluttajille suunnatut näytöt säädetään yleensä noudattelemaan sRGB-väriavaruutta.

Maalia pintaan

Komakallion uusi havaintosuoja kesti läpi viime talven pelkällä pohjamaalilla. Heinäkuun lopulla maalasimme kopin seiniin toisen kerroksen pohjamaalia, ja sen jälkeen Komakallion muiden rakennusten väriä noudattelevan julkisivumaalin.

etelaseina

Kopin eteläpuoli

pohjoisseina

Kopin pohjoispuoli

Seuraavana suunnitelmissa on liukukaton motorisointi, siitä lisää myöhemmin!

Uusi havaintosuoja Komakalliolle

Kuvauskauden aloitus viivästyi muutamalla kuukaudella tällä kertaa, sillä ryhdyimme kolmeen pekkaan Jari Saukkosen ja Lauri Kankaan kanssa rakentamaan uutta havaintosuojaa Kirkkonummen Komakalliolle, ja koppi alkaa vasta nyt olla valmis ja käyttökunnossa.

Koppia lähdettiin suunnittelemaan sellaisin aikein, että sinne saadaan kolmen hengen kuvauskamppeet saman katon alle. Havaintosuoja on perusperiaatteiltaan samanlainen kuin Komakallion aiemmatkin havaintosuojat. Rakennuksen katto liukuu kiskoja pitkin pois tieltä, muu rakennus pysyy kiinteästi paikallaan. Ensi kesän jatkoprojektina on vielä katon moottorointi ja kytkeminen tietokoneohjattavaksi. Toistaiseksi katto liikkuu käsivoimin.

Tästä se kaikki alkoi. Kallioon piirrettiin tulevan rakennuksen pohjapiirros, jotta saatiin itsekin vähän kuvaa siitä minkä kokoinen mörskä on tulossa.

cjvhg1i

Uuden kopin pohjapiirros

Jari ja Lauri hoitivat itse kopin suunnittelun, meikäläinen oli enemmän apuna käytännön työssä. Suunnittelutyöhön käytettiin aikaa ja se tehtiin huolella, jotta saataisiin mahdollisimman hyvä koppi, eikä vahingossakaan vaikeutettaisi tulevia automaatiohaaveita. Kopista tehtiin jopa 3D-malleja suunnittelun tueksi.

Aivan ensimmäiseksi lähdettiin kasaamaan kaukoputkien jalustatolppia, koska niiden sijainnit ja korkeudet määräsivät koko muun kopin lopulliset mitat. Itäisestä tolpasta tehtiin hieman muita korkeampi silmälläpitäen Jarin hankkimia uusia kuvauslaitteita. Tolppien runko kasattiin ensin pyöreistä pilariharkoista, jonka jälkeen ne täytettiin betonilla. Lopuksi harkkojen ympärille sujautettiin vielä valumuotti, joka sekin täytettiin betonilla. Tämä jouduttiin tekemään siksi, että saisimme tolpan yläpintaan upotetut kolme kierretankoa riittävän etäälle toisistaan, jotta jalustakiinnitys mahtuu vielä niiden väliin.

Jalustatolppien jälkeen teimme rakennuksen alasiteen sekä asemoimme perustukset. Muotoilimme perustusharkot jotakuinkin allaolevan kallion muotoihin sopiviksi siten, että perustusten yläreunat tulivat lähestulkoon samaan tasoon. Koska kellään meistä ei ollut moisesta hommasta kokemusta ennestään, ostimme kaupasta betonisahan ja yritimme käsipelillä sahata ja muotoilla harkkoja. Yhden harkon katkaisuun meni melkein tunti, ja sitten ryhdyimmekin käyttämään rälläkkää. Sillä homma sujui huomattavasti mukavammin. Alaside valettiin kiinni perustuksiin pilarikengillä.

Alasiteen ja lattiapalkkien valmistuttua teimme jämäpuusta mallin, josta näki suunnilleen kuinka korkea kopista tulee. Jari testasi myös jo uutta jalustatolppaa tässä kohtaa. Kuten kuvasta näkyy, kaukoputki tulisi mahtumaan parkkiasennossa katon alle. Tolppien yläpinnassa oleviin kierretankoihin pujotettiin alumiinilevyt, joihin oli helppo tehdä kullekin jalustalle sopivat kiinnitysmekanismit.

Heti kun rakennusmateriaali oli hankittu, ryhdyimme rakentamaan seiniä. Teimme kaikki mahdolliset runkorakenteet painekyllästetystä puusta, jotta kopista tulisi mahdollisimman pitkäikäinen. Kyllästämätön puu kestää Komakallion oloissa maksimissaan 10 vuotta, jos se pääsee kastumaan. Havaintopaikan päätornin kyllästämättömät kiskot jouduttiin puun mätänemisen takia purkamaan ja rakentamaan uudestaan juuri tänä kesänä. Loppukesästä ja alkusyksystä illat alkoivat jo pimentyä, ja jouduimme yhä enemmän tekemään hommia pimeällä. Onneksi työmaavalot on keksitty!

Seuraavana työlistalla olivat kiskot, joiden päälle katto tulisi rullaamaan. Oikeastaan vasta tässä vaiheessa konkretisoitui rakennelman lopullinen koko. Tästähän tulee valtava! Pohjoispuolen kiskoihin hädintuskin yltää maasta. Kiskoista saatiin lopulta aika suorat, mutta inhimillisen erheen vuoksi ne jäivät vähän kuopalle yhdestä kohtaa.

Seuraavana vuorossa olivat kiskojen metalliosat sekä katon pyörästöt. Ylempi kisko tehtiin alumiinisesta kulmaprofiilista ja alempi lattaprofiilista. Ylemmässä pyörästössä on siten urapyörä ja alemmassa rullalaakeri. Urapyörät yhdistettynä kulmaprofiiliin ohjaavat katon kiskoja pitkin, eikä katto pääse luiskahtamaan pois. Koska katto on tehty puusta ja sen koko elää hieman, molempia kiskoja ei voitu tehdä tällä tavalla ohjaaviksi. Pyöriä varten piti käydä sorvaamassa holkkeja, joiden avulla pyörät saatiin puristettua pyörästöjen sisään tukevasti.

Pyörästöistä tuli vähän turhankin järeitä, ja onnistuimme pudottamaan toisen pyörästöistä alemman kiskon päältä pari kertaa. Onneksi pahemmilta vaurioilta säästyttiin. Kun pyörästöt oli nostettu paikoilleen, ryhdyimme tekemään kattotuoleja. Kattorakenteet tehtiin kyllästämättömästä puusta, koska ne jäisivät käytännössä kokonaan suojaan, ja ulospäin näkyvät osat maalattaisiin. Kun kattotuolit ja niiden vinotuet olivat paikoillaan, alettiin katolle naulata WISA-kattovaneria.

Muutamien hintalaskelmien jälkeen päätimme tehdä seinät OSB-levystä eli niin kutsutusta ”jenkkivanerista” normaalin vanerin sijaan. OSB-levy oli paljon halvempaa, ja hieman kevyempääkin. Aika näyttää miten se kestää sääoloja. Kaikki leikkauspinnat on ainakin huolellisesti käsitelty öljyllä, ja levy on aika liimapitoista.

Kun seinälevyt oli leikattu sopivan kokoisiksi ja ruuvattu paikoilleen, alettiin kattovanerin päälle asentaa kattohuopaa. Ensin katon reunat peitettiin huopakaistaleilla, jonka jälkeen palahuopa ladottiin rivi riviltä paikoilleen ja naulattiin huopanauloilla. Aivan lopuksi katonharjalle vedettiin kaistale rullahuopaa. Harjakaistale piti kiinnittää bitumiliimalla, joka oli ainakin näissä noin 10 asteen lämpötiloissa hirveän jäykkää tököttiä. Sen käsittely oli tosi tuskaista ja sotkuista. Lopputulos kuitenkin hivelee silmää. Aivan varmasti Komakallion hienoin katto!

Rakennuksen sisätilatkin alkoivat pikkuhiljaa hahmottua. Lattia vain puuttui edelleen. Teimme vanerista oven ja laudasta koristelistat, jotka suojaavat OSB-levyn saumoja vedeltä.

Saimme pohjamaalit seiniin aivan viime tingassa ennen pahoja sateita ja kylmempiä kelejä. Pohjamaalia on sen verran, että seinien pitäisi säilyä hyvin ensi kesään, jolloin maalaamme kopin uusiksi.

Alunperin lattia aiottiin tehdä raakaponttilaudasta, mutta rakennusmateriaaliksi lopulta valikoitui mökkilattialauta. Se oli vain hieman kalliimpaa, mutta paljon paremman näköistä ja mukavampaa työstää. Ponttilautojen paukuttamiseen meni aika monta iltaa ja saimme yhden parkettiraudankin hajalle siinä ajassa liiasta paukuttamisesta. Vaan tulipahan siisti lattia.

Kun lattia saatiin valmiiksi, oli aika kiikuttaa kuvauskamppeet uuteen hienoon koppiin! Havaintosuoja on aika kodikas, varsinkin kun sisätilan lämmittää lämpöpuhaltimilla.

xV6lYRoh

Havaitsimme nopeasti, että sileä lattialauta tulee tosi äkkiä likaiseksi, kun sitä tallaa kuraisilla ulkokengillä. Lattia on myös aika liukas, jos kengissä sattuu olemaan lunta tai jäätä. Ideoimme erilaisia kuramattoratkaisuja, ja mopo vähän karkasi käsistä. Lopputuloksena meillä on nyt kokolattiakuramatto. Lisäksi matto on vieläpä punainen, joten nyt pääsemme kuvaamaan tähtiä punaisella matolla!

Yhteensä projektiin meni noin puoli vuotta, ja hintaa on tähän mennessä kertynyt hieman alle 4000 euroa, mukaanlukien kaikki rakennustarvikkeet, joitakin työkaluja sekä kopin infrastruktuuri kuten UPS-varavirtalähde, lähiverkkovermeet ja Ikean kaappi. Rahaa ja aikaa meni enemmän kuin alunperin ennakoitiin, mutta kolmelle hengelle jaettuna kustannukset ovat vielä aika maltilliset.

Viime maanantaina kelit sallivat viimein havaintosuojan koekäytön, ja hyvinhän se toimi! Lähiverkkoa käytetään vielä hetki uuteen koppiin huonosti kuuluvan wifin yli, mutta pian saamme lähiverkon koppiin ihan piuhaa pitkin. Laitteet toimivat varsin malliikkaasti ja ensimmäisestä kuvausyöstä jäi käteen muun muassa tämä kuva Seulasista.

pleiades

M45 – Seulaset

Laitoin järjestelmäkameran kuvaamaan uuden kopin koekäyttöä. Kameran akku ei jaksanut aivan yön loppuun asti, mutta paljon se ei jäänyt vajaaksi. Timelapse-video löytyy alta.

Rakennustöiden takia kaikki syksyn selkeät kelit menivät ohi, mutta toivotaan, että pian taas pääsisi kuvaamaan. Nyt kun laitteet ovat kiinteästi yhteisessä kopissa, voi kuvaukset järjestää tarvittaessa niin, että vain yksi meistä kolmesta käy avaamassa havaintosuojan katon, ja muut voivat etäohjata kaukoputkia internetin ylitse. Siitä ei ole enää kauhean pitkä matka täysin etäohjattavaan koppiin…!

Pientä päivitystä

Jos joku pohtii, että onko blogi kuollut: ei ole! Olemme porukalla rakentaneet uutta tähtitornia Kirkkonummen Komakalliolle. Koska koppi ei ole vielä täysin käyttökunnossa, en ole päässyt avaamaan kuvauskautta. Kirjoittelen blogiin lisää jahka koppi valmistuu ja kausi pääsee omalta kohdaltani alkamaan!