冷冻相机（冷却相机）

由于本课程第12节介绍的暗电流效应，CCD与CMOS会同时采集来自天体的光子与自己热能所产生的暗电流。暗电流不是噪声，却是大家不想要的信号，虽然能通过影像处置扣除，但随着暗电流而产生的噪声却没办法消除，会对影像品质产生冲击。由于暗电流由热而生，故要减少暗电流，将感光芯片冷冻是效果最好的方法。专业天文台的CCD与CMOS多用液氮冷冻，业余的相机则用单级或多级热电冷冻（半导体制冷）装置，再配合空冷或水冷将热量移出相机。这种供业余天文用的冷冻相机，生产厂家有不少：比如中国的QHY（图1）、ZWO（图2），美国的SBIG、Apogee、QSI、FLI，英国的Starlight Xpress、Atik，日本的Bitran等。现行（2019年）业余级的冷冻相机，其总像素数少则百万上下，多则达千万像素，芯片的感光面积从指甲般大小到等于135片幅或略大的皆有，其价格分布范围亦极广。它们所用的感光芯片有不少仍是性能落后的柯达CCD，但也有厂家开始用更出色的CCD或CMOS。

图1 QHY牌某型号冷冻相机

图2 ZWO（振旺）牌某型号冷冻相机

关于冷冻相机的选择和购买，我的建议是，在衡量我们的钱包后，要选像素数最高与量子效率最高者。简单地说，假如对拍摄大型天体感兴趣，应优先选像素数最高者，由于若以17至19节所述的取样条件来搭配光学系统与相机，会得出高像素相机视线最广的结论。其次，假如打定主意要拍小型天体（如行星、行星状星云），视线广不广较无关紧要，那可能可以找到像素数较低，但量子效率非常高的的机型，这可以帮助大家节省揭秘时间。

有时候大家并非很确定大家肯定只拍同一类照片，假如什么目的都想试（新手非常可能就是这样），那我建议以像素数优先于量子效率。而若是天文摄影老手，特别是有能力做马赛克（图片拼接）者，则应选择量子效率与像素数的乘积最大者。这是由于灵敏度（量子效率）与视线（像素数）这两个因子是可以互换的。譬如，小视线的相机假如灵敏度够高，可以用马赛克法拍摄多张短期揭秘，拼接出一张广视线照片。所以，一部相机拍摄内容丰富照片的能力，其实是取决于量子效率与像素数的乘积。

前述量子效率与像素数，我觉得是冷冻相机非常重要的基础性能因子（注1）。先从这两个因子锁定想要选择和购买的几种机型后，我认为接着要选择出噪声最低者，由于这决定了相机是不是允许较短的单张揭秘时间，与用窄带滤镜拍摄时的信噪比。其他较次要但并不是完全无关紧要的考量，包含CCD是不是有抗电子溢出（anti-blooming）、影像读取速度、冷冻与保持恒温的能力等等。除此之外，制造冷冻相机的厂家规模都远小于尼康与佳能等数码相机大厂。跟小厂家购物前要好好打听各厂商品的稳定性，与售后服务，这是非常重要的，其重要程度甚至超越了商品表面的性能数字。

冷冻相机有时会看到同一个感光芯片有单色与彩色两种版本。彩色机型像数码相机，在芯片上内建了拜耳滤镜阵列，仅需一次揭秘就能得到彩色影像。单色机型占冷冻相机界的大多数，这种相机要得到彩色影像就得分别对R、G、B三色各揭秘一次，处置时比较麻烦，但其实这是单色相机很强大的一个特征，特别是当单色相机配合LRGB合成，其对暗天体的拍摄效率远胜彩色相机。假如无明显的原因，我推荐使用者买单色机型。用冷冻相机本来就有各种麻烦的地方（后续章节会详述），假如种种不便都同意了，却为了一次就能获得彩色影像，而舍弃冷冻相机最强大的优点，那也未免太不值得了。

滤镜

既然单色相机要做R、G、B三次揭秘才能得到彩色影像，滤镜与滤镜轮（用来切换滤镜）就成了冷冻相机非常重要的配件之一（图3、图4）。不少滤镜厂与相机制造厂会推出BVRI滤镜，这类是天文观测专用的滤镜，但用于天文摄影也没问题。而如果是以天文摄影为主要目的，则可选择和购买天文摄影专用的LRGB滤镜组，也就是一片可滤除红外光与紫外光的白色滤镜（L，luminance），及红、绿、蓝三色滤镜。

图3 QHY冷冻相机与滤镜、滤镜轮（包括Hα、OⅢ、SⅡ、L、R、G、B，七种滤镜）

图4 QHY600冷冻相机与滤镜轮宣传页

现在市场上供冷冻相机用的RGB三色滤镜都很相似，都是干预式滤镜，从而有非常高的透光率。在滤镜的色彩特质方面，现在显然有两个流派：视RGB滤镜透过带间的重叠量，拍出的色彩有偏向饱和与自然之分，要使用哪一种LRGB滤镜，看个人爱好，没标准答案。只不过要真的在照片中呈现这两种派别的差异，影像处置的修为也要高到一定量才能。在一般天文摄影者的手上，这两种系统的滤镜表现十分接近。

除去滤镜的色彩特质，也应该注意使用滤镜的光学表现，特别是各滤镜是不是共焦点（parfocal），也就是厚度要一致。现在几乎所有厂家都号称其滤镜组为共焦点，也就是更换滤镜之后无需重新对焦，事实上却不乏换了滤镜之后还要重新对焦的例子，这当然会对摄影带来额外的麻烦。所以，选择滤镜时，也可以打听何者厚度一致性较高。

注1：索尼的CCD编号以ICX开头，CMOS则以IMX开头。索尼在2015年宣布将于2017年停止制造CCD商品，预计2020年停止供货。

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