太阳光谱扫描成像

原创 梁晨 发表于Lcsky.org

别人拍的太阳有壮观的日珥，自己拍的就是个大白盘子，顶多有几粒芝麻大的黑子，就连2020年去厦门拍的日环食素材都是索然无味的。

偶然间看到阴天wnova酱在b站分享的视频，通过DIY光谱仪，以一个非常神奇的方式对太阳进行扫描成像，比日珥镜更牛的是，它能获取任意波长的窄带图像！Ca、Fe线对应的不同物理现象都能拍！

本来已经决定珍惜时间退出江湖，但是这个光谱仪实在是太诱人了，即使不拿他拍太阳，只看看元素的发光光谱，也是极好的。说干就干，购物车一键抄作业下单，群友代打外壳，没过几天七八个快递放到了门口。

要用这个光谱仪拍太阳，望远镜，赤道仪，光谱仪，黑白相机，ND8减光滤镜一样不能少，还好，大部分东西都是现成的，连黑白相机都可以先压榨导星相机。

从5.1装好陆陆续续折腾了几个周末，趟坑无数，在群友的相互帮助和分享下解决了一个个问题，终于能发个像样的结果了。太阳远不是表面看起来的平静，狂怒的日珥喷薄而出，等离子的烈焰瞬息万变：

参考：

1. SolEx - 法国友人Valerie Desnoux的开源光谱仪，提供了3D打印文件，另外还有非常详细的介绍，值得细读
2. DIY迷你太阳光谱仪 by 阴天wnova酱 - up进行了非常多的改进，提供了3D打印件STL文件和所有物料表的淘宝链接，本文的光谱仪就是这一款
3. SHG - 开源重建软件，必备
4. 又能看光谱又能拍摄太阳的太阳光谱仪 by 摄日者天文 - 从这里知道了这个神奇的装置

一般的注意事项：

1. 一般要进行物镜前减光，可以使用ND8滤镜，否则可能炸狭缝
2. 有2个需要调焦的地方：相机和光谱仪之间（使谱线清晰），以及光谱仪和物镜之间（使太阳边缘清晰）
3. 因为只关心Hα谱线附近的信号，因此不需要拍整个画面，可以设定ROI只拍很窄的区域，比如1280x20，从而提高帧率

进阶：

1. 扫描速度：群佬们都会建议高速扫描，自己实践下来也确实如此，视宁度变化会导致画面模糊+边缘毛刺。64x基本没有毛刺了，8x全是刺：
   
2. 拍摄帧率：想要高速扫描，拍摄帧率也得对应的高，比如1000fps得到的太阳扫描方向长度大概3400像素，太低的话就欠扫描，导致分辨率不足
3. 如果是谐波赤道仪，用dec轴扫会比ra轴稳定，表现是单帧模糊的部分会减少、多帧动画的抖动会减小
4. 要留够赤道仪加减速的距离，加速过程会有剧烈的抖动
   
5. 相机帧率稳定性：暂时无解，大概率发生下面这样的突变现象：
   

通过从SER文件读取的时间戳绘制图表，发现ZWO的ASI678MM、ASI120MM mini都存在帧率不稳定的问题，丢帧的位置与重建图像突变位置是匹配的。

我在USB协议和时序逻辑设计上都曾经躺过不少坑。USB bulk传输不是一个实时协议，直接用来处理实时任务一定会出问题，行星和深空摄影对丢帧不敏感，但对于日面扫描成像来说，帧率均匀是至关重要的。要解决这个问题，需要3个改进：

1. 软件设置目标帧率，通过硬件定时器触发曝光执行
2. 在相机DDR建立ringbuffer，曝光后写入
3. USB异步消费ringbuffer，一次可以传多帧

这样，只要设定的目标帧率低于USB带宽允许的最大帧率，就能保证帧率的严格稳定。

ZWO、QHY或者图谱，谁能解决这个问题，下一个日王就是谁了~