視寧度監測器 SM-4 和 SM-4EX

SBS SM-4 視寧度監測器採用 QHY 高量子效率、低雜訊 CMOS 感測器，以及高品質 100mm f/2.8 鏡頭，並配備由 Dr. Alan Holmes 撰寫的專用視寧度監測軟體。視寧度監測器會在任何 12 小時期間持續監測視寧度，並將測量結果顯示在電腦螢幕上，同時將資料記錄到文字檔中，以供日後分析。相機安裝在防風雨的鋁製外殼中，並配備光學品質的窗口，以保護其免受天氣影響。取下蓋子後，可以對相機進行對焦，且精細指向可獨立調整。電腦介面為 USB3。在 SM-4 EX 型號中，相機後方的鋁製外殼內安裝了透過乙太網路供電的 USB 延長器。

閱讀 Dr. Alan Holmes 撰寫的視寧度監測器文章 ->

SM-4 詳細資訊

SM-4 視寧度監視器除了採用全新相機外，本質上與先前的 SM-2 和 SM-3 相同，操作方式也與 SM-3 完全相同。  SM-4 採用全新的 QHY5III462M，這是一款 2 百萬畫素 CMOS 相機，具有極高的 QE（90%）和極低的讀取雜訊（約 1 至 3e-）。  鏡頭是日本製造的高品質 Kowa 100mm f/2.8 C 接口鏡頭，非常適合此應用。 

SM-4 視寧度監測器對於擁有固定安裝設備的使用者特別有用，但對於每晚必須設定設備以拍攝天文影像的使用者也同樣實用。透過逐夜、逐小時回報並繪製視寧度圖表，使用者可以判斷嘗試高解析度影像的最佳時機，以及可能建議使用更適合廣視野、低解析度拍攝設備的時段。視寧度監測器將必要的硬體整合在一個耐候性外殼中，並包含客製化軟體。視寧度以預期長時間曝光星像的天頂半高全寬（FWHM）為單位，以角秒顯示。

運作原理

大多數專業天文台使用差分成像運動監視器（DIMM）技術來測量視寧度。此技術在硬體上透過在 8 至 11 吋施密特-卡塞格林望遠鏡孔徑上放置一個雙孔遮罩，並使用高速相機對明亮恆星進行略微失焦成像，測量所見兩個光點間距的均方根（rms）波動來實現。之所以測量兩個光點，是因為可以因此排除因追蹤不良或風力振動所造成的兩個光點整體運動。然而，由此產生的系統自動化起來相當複雜，而且必定還需要一個自動化外殼來容納望遠鏡，使總成本高達數千美元。此方法的一個問題是它完全忽略了施密特-卡塞格林望遠鏡中的管內氣流，這些氣流既不小，也不在整個孔徑上相關。SBS 視寧度監視器所採用的方法是使用一個固定單孔徑系統對準北極星，安裝在沉重的實心基座上。這樣一來，風力運動和追蹤誤差就消失了。北極星會移動穿過 測量的空間，因此北極星位置的質心線性漂移會被測定並校正。我們稱此技術為SIMM。

準確的視寧度測量需要0.01秒或更快的曝光來凍結視寧度，並避免因長時間曝光中恆星運動被平均化而產生的誤差。在SM-4的情況下，軟體會收集256幀的資料，每幀曝光時間為0.01秒。  然後測定RMS影像運動。256幀的收集和處理約需一分鐘。  焦距為100mm的高品質鏡頭（上方圖一）可透過質心計算達到次像素精度，而北極星在夜間的運動可透過100mm的焦距容納在CMOS感測器上。  在夜間，北極星可能移動180度的弧線，因此任何長期監測計畫都必須考慮其運動。

圖二：使用SM-2拍攝的北極星視野的兩張疊加曝光
(紅色輪廓表示 SM-4 的視野)

在加州聖塔芭芭拉的緯度（35 度）上，配備 100 mm 鏡頭的 SM-3 的噪聲基底約為 0.6 角秒 FWHM。這是在夜間室內透過觀察一顆亮度與北極星相當的 LED，並使其緩慢水平移動來測量的。請理解，這個低數值會以均方根的方式加到低層級的實際視寧度上。因此，如果一個 100 mm 鏡頭測量到 1.0 角秒的視寧度，則需要減去測量到的 0.6 秒偏差（以均方根方式），以得到實際視寧度 0.8 角秒。將在北極星高度測量到的視寧度轉換為天頂值，是使用一個廣為接受的公式進行的，其中天頂的視寧度等於為北極星測量到的視寧度除以大氣質量的 0.6 次方。大氣質量等於 1 除以（90 度減去緯度）的餘弦值。

圖三：設定選單

視相監視器選單：您可以在此選擇立即開始記錄視相。如果您想在特定時間開始，請選取「依時間」，程式將在指定的期間內執行。記錄開始時，會跳出一個顯示天頂FWHM（星像半高全寬）的圖表，開始時間為前一個小時的數字，並顯示12小時的資料。此圖表的長度固定為12小時。圖表和記錄視相資料的文字檔將每隔5分鐘寫入C:\SeeingMonitor目錄。視相圖表的名稱永遠不變，因此您可以讓外部程式監視此資料夾，並在需要時將檔案放到網站上。如果您立即開始記錄，記錄的資料檔名稱每次都會相同，並會覆寫前一晚的檔案；因此，如果您想儲存前一晚的資料，請手動變更前一晚的文字檔名稱。在使用計時開始和結束的多夜模式操作時，檔案名稱會以日期自訂，因此前一晚的資料不會被覆寫。視相圖表 一律會被覆寫。

圖四：主畫面

圖五：檢視圖表

 
在上方圖五所示的圖表中，白色資料點記錄了以角秒為單位的視寧度數值。藍色資料點則代表每次測量時北極星的亮度。您可以從圖表中看到，當晚的視寧度大約在上午 3:00 開始變差，並在接下來的 45 分鐘內迅速惡化，直到無法進行拍攝。北極星的亮度也在同一時間開始變差，這共同表示雲層或霧氣正在逼近。即使以每秒 100 次的速度取樣，當視寧度真的很差時，視寧度監測器可能仍會低估其惡化程度，因為影像只是一團沸騰的模糊光點。儘管視寧度監測器會低估這些惡劣夜晚的程度，但它提供了明確的指標，讓您知道當晚最好從事其他活動，而不是進行天文攝影。視寧度監測器的實用性在下方下一張圖表中清楚呈現。這是一個在兩週期間內拍攝的 13 張圖表的動畫。如您所見，視寧度 而且每晚良好與不良視相（seeing）的模式差異很大，使得幾乎不可能依賴歷史或經驗來預測當晚是否值得進行長時間曝光。

型號 SM-4 EX

 型號 SM-4EX 在標準 SM-4 上增加了透過 Cat 6 或 7 或 8 線纜的 USB 3 延長器，可在距離控制電腦數百英尺的範圍內操作*。  電腦端使用輔助電源，透過乙太網路線提供充足的電力，以驅動遠端接收器和相機。  因此，僅需使用者提供的乙太網路線即可實現遠端操作。

SM-4 EX 包含標準 SM-4，加上 USB 3 轉乙太網路傳送器、安裝於相機外殼內的乙太網路轉 USB 3 接收器、AC 電源供應器及 USB 連接線。  使用者需自行提供所需長度的 Cat 6、7 或 8 連接線*

   * 注意：  我們已使用下列長度的 CAT 連接線測試 SM-4 EX：

   50 英尺扁平 CAT 6，無明顯問題
   100 英尺可埋設 CAT 8，無明顯問題
   埋設的CAT 7的200'出現間歇性連線問題 - 這可能剛好處於CAT 7的極限

SM-4 使用說明書

• SM-4 視寧度監視器說明 »