在文章的开头，我先声明：本文包含非常多的专业知识，请选择性了解。其次原作者黄各，当时作为给我学习的文件来到我手上，原文已在其微信公众号发布，具体请见文末。在这里我已与其取得联系并得到了转载的权限，原文将会在之后的动态发布，对原文的改变也只是为了各位读者更方便的理解。

二、相机

1. 数码相机 

 很多人刚刚入坑天文摄影时，使用的都是市面上常见的数码单反、 微单甚至是手机（本人了），这些器材使用方便，范围广，只需要一个连接望远镜的接环就可以进行摄影了，如果使用长焦镜头甚至方便的更多。当然同样需要的还有星野赤道仪。

 对于市面上可以买到的单反，佳能的6D改机，尼康的D800破解版，宾得K52改机等是比较适合深空摄影的，那么为什么呢？接下来让我们深入了解一下其中的原因，和如何挑选更合适的装备。

关于CCD和CMOS

我已经不太记得自己有没有说过关于ccd和cmos的区别了，那么在这里我简单的进行一下介绍，相信网上一定是有比我更准确和易懂的例子的，我就简单的陈述一下区别。要知道其实现在的拍摄原理都是一样的，根据德布罗意的理论，光作具有粒子性质。当光子击打在金属板上时会产生电流，将每一个像素上产生的电流收集并转化为电信号就是现在的成像原理。首先是cmos，这东西广泛的应用于生活中常见的摄影器材，大到单反小到手机都是应用的cmos，得益于它对应每一列都有一个将电子转化为电压的接收器，电压就是每一个像素点的亮度。所以将照片读出的速度就很快，但是因为每一个读出元件都会有偏差，所以整张照片的每一列都会有亮度不统一的现象，对于天文摄影来说是很难受的，虽然可以用一定方法去除，但是我们还是更喜欢ccd。ccd直白的说与cmos的区别就是读出的方式不同，ccd只有一的读出的元件，这样速度会大幅降低，但是因为减小了误差，所以广泛的被天文界的大佬们认可。

CMOS 基本参数 

很显然，数码相机的连拍速度、测光精度等对于深空摄影来说没有任何作用，最值得我 们关心的是其 CMOS 的性能指标，也就是我之前提到的读出噪声、满井电荷数、量子效率、 ADC 位数、暗电流强度、辉光等。但是数码相机之间这些指标一般都差不了多少，我们基本 上只需要盯着辉光和 ADC 位数来看就行了，并且注意我之后提到的内容。 

 对于普通数码相机来说，相对便宜的价格就能买到很大的画幅（全画幅的佳能 6D 只需 要 7000 元，而一英寸画幅的 QHY695A 标价为 16800 元），低价、大画幅带来的广视野是数 码相机竞争力的来源，所以说小画幅（小于 4/3 英寸画幅）的数码相机是很鸡肋的。但是也 不要太纠结于全画幅，因为支持全画幅的望远镜一般都不便宜，过于纠结可能会给心理造成 负担。 

 真正纯净的 Raw 

 能否获得真正纯净的原始图片，是一台相机能否用于深空摄影的决定性因素。很多相机 即使是 Raw 文件，也经过了机内处理，导致我们无法进行准确的校准，最终影响我们图像 的质量。机内处理一般因相机公司而异。佳能和宾得的用户大可不必在意这个问题，因为佳 能与宾得的 Raw 文件是几乎 100%纯净的，只附带了一点影响不大的机内处理。 

 而尼康用户则处于比较尴尬的境地。几乎所有尼康相机的 Raw 文件都不是纯净的，其 机内处理让准确的暗场校准变成几乎不可能完成的事情。我们需要做一个叫做“固件破解”的 操作，才能绕开机内处理，获得纯净的 Raw 文件。但是，破解之后的尼康相机，只能用于天 文摄影而无法用于日常摄影，因为真正纯净的 Raw 文件会暴露 CMOS 的所有缺陷。另一方 面，破解后的尼康相机 Raw 文件纯净度要比佳能相机高很多，因此校准也会更准。不过令 人遗憾的是，这样的破解只针对某几个特定的机型。 

 还有一个不得不提的厂家是索尼。索尼近几年推出的α7 系列全画幅微单以其优秀的高 感性能著称，但高感性能和深空摄影没有任何关系。更讽刺的是，索尼相机存在“吃星”问题 ——其机内处理软件会滤除影像中的亮点（它认为这些是热像元），导致一些暗淡的星星被 “吃掉”。另外，不少索尼相机使用的是 12bit 的 ADC，这对于深空摄影而言是致命的缺陷。 

 其他厂商的相机用的人实在太少，传出来的经验不多，在此就不再讨论。 

注意，现在市面上的数码相机，几乎全是使用 CMOS 作为感光元件，CCD 相机基本灭绝。所以在以后 我直接把数码相机当做 CMOS 相机，数码相机具有 CMOS 的一切特性。另外，数码相机也都是彩色相机， 具有彩色相机的一切特性。 

 高感性能 

 专门开一个小栏目说高感性能，并不是想说明它有多重要，而是想说明它有多不重要。 虽然说提升 ISO 能有效降低读出噪声，但是大部分的相机在 ISO 超过 1600 以后读出噪声的 降低就可以忽略不计了（少部分的相机是超过 800）。而几乎所有的相机在 ISO800 左右，增 益就达到 1 ADU/e-，即 ISO 超过 800 以后，因增益过低产生的色阶断层（详见第三章）就 可以认为不复存在。另外，过高的感光度会产生很多副作用，不仅仅会带来古怪的噪声，甚 至可能破坏文件的线性度，影响校准。所以，高感性能是否优异和深空摄影的关系八竿子打 不着，深空摄影使用的 ISO 不会超过 1600。高感光度不是指高 QE，提高感光度并不能从根 本上提升信噪比。 

 数码相机的滤镜改造 

 大家可能听说过，“单反相机要改机之后才适合拍深空”。人眼对于 H-α波段并不敏感， 为了让数码相机拍摄的结果接近于人眼，相机厂商会在 CMOS 前加装一块 H-α（波长 6563 Å，近红外光）透过率很低的 IR Cut（过滤红外光）滤镜。但是宇宙中存在大量的 H-α信息， H-α信息的缺失会降低影像的信噪比、让图像颜色变得难看，我们肯定不希望如此，因此我 们就要对数码相机进行滤镜改造（改机）。 

[图 2-2-1.1]上方图片为佳能 6D 改机拍摄，焦比 F6.5，总曝光 20min；下方图片为佳能 5D3 拍 摄，焦比 F6.7，总曝光 45min。拍摄地环境相差不大。右边图片是左边图片局部亮度提升的结 果。可以看见对于 M8 这种发射星云，改造过的相机具有巨大的优势，能获得更高的信噪比、 更均衡的颜色与更多暗弱的天体细节。从另一个角度看，使用未改造的相机拍摄发射星云得到 的结果可能会很奇妙，不失为一种创新。

 滤镜改造分为三种，分别为 BCF 改机、“裸奔”改机与黑白改机。BCF 改机是将相机原有 的 IR Cut 滤镜换成 BCF 滤镜，这种滤镜在 H-α波段有极高的透过率，同时过滤掉红外光。 BCF 改机的优势在于能有效避免红外杂光的干扰、能保证改造之后焦点不变。但是廉价的 BCF 滤镜可能会产生光晕，导致星点呈现一圈一圈同心圆之类的形态，非常难看；而优质的 BCF 滤镜则十分昂贵，令人望而却步。 

 “裸奔”改机则是直接将原有的 IR Cut 滤镜摘除。这样的手段能让相机的量子效率达到最 大，并且不会受到光晕的困扰，也省去了购买 BCF 滤镜的花费，但是光路中少了一块玻璃会 造成焦点偏移，需要微调 CMOS 位置（一般改机商可以提供这个服务）或者在相机设置里 面设置焦点偏移（不一定能成功）。由于允许红外光入射，在红外光泛滥的区域，“裸奔”改机 拍摄的结果会非常差劲。不过在野外，一般不会有严重的红外光污染，笔者本人只在明安图 太阳观测站的射电望远镜旁检测到过明亮的红外光（可能是观测站的监控照明光），其它地 方则没有发现过。BCF 改机与“裸奔”改机都会影响白平衡，因此若要在日常摄影中使用，需 要使用自定义白平衡模式，在拍摄前用一张白纸或者白平衡卡校准白平衡。但即便如此，由 于大量额外红光的入射，改机的色彩与未改机仍可能产生较大的差别。如果是很昂贵的相机 并且希望兼顾日常使用，请慎重考虑改机。

佳能 40D 移除原装 IR Cut 滤镜之后量子效率的变化。蓝色与绿色通道的变化基本可以 认为是测量误差，而红色尤其是 H-α的量子效率有巨大的提升。数据来源于 astrosurf.com。

  黑白改机指将相机拜耳滤镜刮除同时换掉或摘掉原装 IR Cut 滤镜的改机方式。拜耳滤 镜会降低 CMOS 的量子效率与解析力，因此有发烧友就想办法把拜耳滤镜刮掉，把相机当 做黑白相机使用。这样能极大地提升相机的量子效率，但是现实意义不大。因为黑白改机成 本昂贵，对于某些机型成功率不高，可能损坏 CMOS（因此黑白改机被称为“刮刮乐”），还需 要另外搭配RGB或者窄带滤镜使用，很多情况下不如直接买一台天文专用CMOS相机合算。 鉴于黑白改机用户太少，后文中的改机统一指不刮除拜耳滤镜的改机。 

 目前佳能与尼康都推出了官方的“天文改机”，如佳能的 60Da 与尼康的 D810A，使用一 块优化过的 IR Cut 滤镜。需要注意的是，为了兼顾日常摄影的色彩，官方改机往往不如民间 手动改机纯粹，优化过的滤镜依然存在一些不尽如人意的毛病，在深空摄影领域是不敌民间 手动改机的。 

  2.天文相机 

 其实严格来说天文相机也是数码相机，只要输出数字图像的都是数码相机；而且数码相 机在很多人眼里似乎还是傻瓜式相机的代名词。这种概念问题不必太纠结，这里的天文相机 指专门为天文摄影设计的、带有温控功能的相机。 

 黑白与彩色 

 黑白相机还是彩色相机，这几乎是所有人买天文相机时面临的第一个选择。彩色相机的 量子效率和解析力都相对较差，但是拍摄较为方便；黑白相机具有无可匹敌的量子效率，但 其操作较为麻烦，需要通过滤镜拍摄多个通道之后合成出彩色图像。 

 这里我们做一个计算，定量分析黑白相机与彩色相机的拍摄效率（也就是相同曝光时间 下信噪比）。假设二者的区别只在于是否覆盖拜耳滤镜，且黑白相机不拍摄 L 通道。黑白相 机 RGB 三通道各拍摄一小时，彩色相机总共拍摄 3 小时。那么对于黑白相机而言，RGB 三 通道都是 100% × 1 小时，而彩色相机则是：R，25% × 3 小时，G，50% × 3 小时，B，25% × 3 小时，因为拜耳滤镜是 1 个 R、1 个 B 和两个 G 的组合。这样看来，彩色相机在 R 和 B 上的效率是黑白相机的 3/4，G 则是 3/2。深空摄影像箍桶，任何事情都取决于最差的那个， 况且宇宙中除行星状星云与超新星遗迹之外几乎不存在绿色天体，G 通道多出来的那 25%几 乎是浪费的。考虑到转色时使用的是插值运算，彩色相机的效率还要更低一些。另外对于某 些颜色单一的天体（比如发射星云），黑白相机可以依情况调整各通道的曝光时间，而彩色 相机则被锁死在 1:2:1，灵活性要差得多。并且，窄带摄影对于彩色相机而言效率太低，很不 现实，可以说是黑白相机的专利。 

 但是从操作性的角度看，又是另一种情况。设想一下（实际上这是我真实遇见过的情况）， 我计划使用黑白相机拍摄 M45，准备拍摄 12 张 L、6 张 R、6 张 G、6 张 B，单张曝光 5 分 钟，以 6L、3R、3G、3B 的顺序拍摄两次。但是天气不尽如人意，等我拍完 R 通道以后，M45 已经被云层遮蔽，而且似乎不会再放晴。这样我只能放弃拍摄计划，带着 6 张 L 和 3 张 R 回 家，无法合成出彩色图像。第二天的天气已经不理想，得等一段时间才能再次拍摄。而下一 个晴天的月相情况如何，我有没有时间，都是未知数。如果当时以 1L、1R、1G、1B 的形式 轮换拍摄，则可能造成严重的对焦问题，因为更换滤镜往往需要重新对焦。另外，如果拍摄 彗星这种移动的天体，使用黑白相机拍摄可能会无法对齐，而彩色相机则无需考虑这一点。 

 价格方面，即使是同款 CCD/CMOS，彩色版本也会比黑白版本便宜不少，还不需要额 外的滤镜花费。综上，我的建议是，如果建立远程固定天文台，则毫无疑问选择黑白相机， 这样才能充分发挥固定台的实力；而如果是新手并且以出摊式拍摄为主，或者预算紧张，则 多考虑一下彩色相机。 

 CCD 与 CMOS （高端大佬介绍）

 我们面临的第二个选择——选 CCD 还是 CMOS？CMOS 具有极高的读出速度（对于深 空摄影没有意义）、很低的读出噪声（现在新研发的 CCD 读出噪声也很低）、相对较弱的暗 电流（在制冷情况下与 CCD 没有多大区别）与较低的价格（这个就很重要了）。从参数上看， CMOS 的性价比要高得多——尤其是量子效率，我们能用很便宜的价格买到量子效率很高的 CMOS 相机。 

  但是 CMOS 的缺陷也很致命。首先是 CMOS 存在 FPN（固定模板噪声），严重污染影 像，因此几乎所有的 CMOS 相机都会在机内把 FPN 扣掉。但是这样会严重影响之后的偏置、 暗场与平场校准，因为每一次的机内 FPN 校准都可能存在差异。其次，CMOS 的噪声形态 和 CCD 有很大区别，最典型的是 CMOS 拍出来的图像中经常会出现奇怪的孔洞，这些孔洞 貌似是校准无法去除的。还有就是 CMOS 对于暗电流的响应和 CCD 有所不同，随着暗电流 亮度的增加暗电流噪声会变得诡异，虽然大体上还是符合泊松分布，但是会出现很多离群值， 看上去就是冷热像元非常多，而下一次开机之后这些冷热像元位置又可能发生改变，十分令 人头疼。另外，16bit 的 ADC 几乎只出现在 CCD 中，消费级 CMOS 几乎全部都是采用 14bit 的 ADC（除此之外是 12bit 和 10bit）。 

 很多人可能会觉得读出噪声是很重要的指标，认为 CMOS 读出噪声低是其优势，实则 不然。随着科技的发展，新研发的 CCD 读出噪声基本都很低，而能买到的读出噪声高的 CCD， 要么是因为性能稳定、画面干净而没有被淘汰（例如 KAF-8300），要么是其他性能指标极其 强悍（如 KAF-16803）。 

 CCD/CMOS 的基本参数 

 不像数码相机，不同的天文相机之间 CCD/CMOS 的基本参数差异非常显著，需要认真 对比各个参数，综合考量。我的建议是，先在黑白与彩色间做选择，然后确定是 CCD 还是 CMOS，在没有辉光的前提下选择量子效率和总像元数都比较高的那一款；如果依然纠结则 再考虑满井电荷数。 

 温度控制 

 尽管现在的 CCD/CMOS 普遍不存在温控问题，但是我觉得还是有必要再强调一次：真 正的天文相机是需要温控，而不只是制冷。能制冷到一个给定温度并控制温度不变的，才是 合格的天文相机。有一些老款相机的制冷系统只能全功率运作，其芯片温度仍然取决于环境 温度，这种相机在校准（尤其是暗场的校准）时很容易出现问题。另外还有一些相机控温系 统设计不当或是出现故障，导致芯片温度不稳定，上下漂移，遇见这种情况要尽快返厂修理。 

 3.整体的比较 

 如果抛开所有其他因素，只是粗暴地下一个结论的话，我会给出这样的排名：从好到差 依次是冷冻黑白 CCD、冷冻黑白 CMOS、冷冻彩色 CCD、冷冻彩色 CMOS、数码相机改机。 但器材永远不是最重要的那一部分，拍摄者的思想才是最终结果的决定性因素，所以大家不 要太纠结于器材的比较，用好手头的器材才是最重要的。 

 如果是要购买新器材用于深空摄影并且打算很认真地拍摄，我的建议是放弃数码相机， 除非你的预算实在是太低。专门买一台数码相机用于深空摄影非常不合算，你需要给一大堆 没用的功能交钱，还不能控制芯片温度——温度的漂移会给校准带来麻烦。而且，数码相机 的法兰距一般都比较大，主镜与相机之间无法安装 OAG（偏轴导星装置）。电脑软件控制数 码相机也可能会出现困难，如无法控制反光镜预升等。

本文大部分转载自黄各大佬（b站用户名：我可是汞）在圈内就用Hg替代了......可以说他和我师傅一直在发展的路上指导我，也省去了很多因为没有经验而走的弯路（就连此系列的封面图都是黄老板拍摄的），在此特别感谢帅气的李天和帅气的黄老板的支持，我也会一直在天文方面坚持下去。相信大部分看我文章的都是一些小白，在此我就不过多的介绍黄老板的微信公众号了，里面都是一些比较复杂的东西，如果有兴趣的可以去它的公众号看一下：HG的天文小屋。