Space Scoops

	Esquema simplificado de uma câmara CCD. 1- Câmara CCD, 2- Sensor CCD, 3- Leitura e amplificação (sinal analógico), 4- Amplificador, 5- Conversor analógico/digital, 6- Digitalização (sinal digital), 7- Download para computador. Pedro Ré (2002).

A utilização de câmaras CCD refrigeradas por parte de astrónomos amadores tem vindo a revolucionar, nos últimos anos, as técnicas e os campos de observação. A astronomia CCD encontra-se actualmente em fase de verdadeira expansão.

As enormes vantagens que as câmaras CCD têm relativamente às emulsões fotográficas podem ser resumidas em dois pontos:

• as câmaras CCD conseguem registar até 90% dos fotões incidentes (elevada eficiência quântica) enquanto que uma película fotográfica apenas regista 2 a 5%;
• as câmaras CCD não apresentam falha de reciprocidade, isto é, o seu sinal de saída, output, é quase directamente proporcional aos fotões incidentes, ou seja, aos tempos de exposição (linearidade quase perfeita).

Estas duas vantagens permitem obter imagens astronómicas com poucos minutos de exposição ao contrário do que sucede se utilizarmos emulsões fotográficas, que requerem dezenas de minutos ou mesmo horas (objectos do céu profundo). Além disso, as imagens obtidas com câmaras CCD podem ser posteriormente optimizadas por meio de sofware apropriado de modo a realçar aspectos relevantes ou eliminar defeitos inerentes à própria imagem (câmara escura digital).

No entanto as câmaras CCD também apresentam alguns inconvenientes:

• necessidade de utilizar um computador para obter as imagens (câmaras CCD refrigeradas):
• dimensão reduzida da superfície sensível à luz;
• número de elementos de imagem (pixels) relativamente pequeno.

Os sensores ou detectores CCD são constituídos por uma superfície sólida sensível à luz, dotada de circuitos que permitem ler e armazenar electronicamente imagens digitais. O conjunto formado pelo detector CCD, circuitos electrónicos, sistema de refrigeração e suporte mecânico constituem uma câmara CCD.

O modo como um sensor CCD transforma uma imagem num ficheiro de computador é relativamente simples. A luz que incide num conjunto de centenas de milhares de detectores (“pixels”), produz cargas eléctricas, que são por sua vez lidas, medidas, convertidas em números e gravadas num ficheiro de computador. As câmaras deste tipo, necessitam portanto, de um computador (PC ou Mac) para poderem ser operadas.

Na fotografia convencional, chama-se tempo de exposição ao tempo durante o qual a película recebe luz do objecto que se quer registar. Na captação de imagens CCD, a este tempo chama-se tempo de integração. As integrações de longa duração obtidas com o auxílio de um sensor CCD enfermam fundamentalmente de três tipos de defeitos que se descrevem seguidamente.

Durante o tempo de integração, é acumulada uma interferência térmica em cada pixel ou elemento de imagem. O sensor CCD necessita de ser refrigerado a uma temperatura muito baixa (da ordem dos -173ºC = 100 K) para que este sinal seja reduzido a um nível negligenciável¹. A maioria das câmaras CCD é afectada por esta interferência, uma vez que habitualmente os sensores CCD não são refrigerados a temperaturas inferiores a –50 ºC. A imagem é deste modo afectada por uma corrente negra ou dark current (cujo nome é derivado do facto desta interferência estar presente mesmo quando o sensor se encontre no escuro).

Adicionalmente existe ainda um enviesamento também desigando offset ou bias que é independente do tempo de integração e da temperatura do sensor. Este offset é induzido pelas características do output do sensor CCD e dos circuitos electrónicos do processador do sinal de vídeo.

A sensibilidade à luz não é idêntica para todos os elementos que constituem um sensor CCD. Se este for iluminado por uma fonte luminosa uniforme (por exemplo o céu crepuscular ou um ecrã branco) o resultado não é necessariamente uma imagem uniforme.

Todos estes defeitos podem ser corrigidos com relativa facilidade. O pré-processamento de uma imagem obtida com um sensor CCD envolve uma série de procedimentos no computador utilizando software apropriado, nos quais se inclui a subtracção do mapa de corrente escura ou dark frame e mapa de offset, e a divisão pelo mapa de iluminação uniforme ou flat field.

A maioria das câmaras CCD refrigeradas produz imagens a preto e branco. Se se pretender obter imagens coloridas é necessário recorrer à utilização de filtros coloridos e de software e hardware adequados. As imagens CCD coloridas são produzidas obtendo integrações através de diversos filtros (RGB e CMY²) que são posteriormente (soma, média ou mediana). A maioria dos sensores CCD não responde de um modo equivalente a todos os comprimentos de onda do espectro visível. Por este motivo as integrações efectuadas através de cada filtro não são necessariamente idênticas. Habitualmente recorre-se a uma roda ou a um selector de filtros.

As diversas técnicas e instrumentos utilizadas em astrofotografia são abordadas de um modo pormenorizado na obra Fotografar o Céu de Pedro Ré, Plátano Edições Técnicas, Lisboa, 2002.