Instalace meteorických FHD kamer v síti CEMeNt

Na počátku roku 2024 vstoupila síť CEMeNt (Central European Meteor Network) do šestnáctého roku své existence. Od roku 2009 bylo v síti CEMeNt zaznamenáno 422 026 jednostaničních meteorů (stav k 31.12.2023), z nichž bylo vypočítáno 70 717 vícestaničních drah meteorů. Od svého založení je architektura sítě založena na CCTV (Closed-Circuit TeleVision) kamerách, které pracují v 0,4 MPx rozlišení a přenos obrazu v PAL (Phase Alternating Line) systému je zajištěn analogovou cestou přes digitální převodník signálu. Překotný vývoj záznamové techniky v průběhu posledních let, stejně jako stále vyšší požadavky na přesnost vypočtených vícestaničních drah meteorů vedly k tomu, že v průběhu července 2024 začala výměna těchto stávajících kamerových systémů na jednotlivých stanicích sítě CEMeNt za moderní CMOS (Complementary Meta-Oxide-Semiconductor) kamery s výrazně vyšší citlivostí a také s vyšším FHD (Full High-Definition) 2.1 MPx rozlišením.

Na stanicích sítě CEMeNt byly používány systémy založené na analogových kamerách s CCD (Charge-Coupled Device) čipy Sony (1/2" ExView HAD, 1/3" Super HAD II), tj. na CCTV kamerách Watec 902 H2 Ultimate, KPF 131 HR nebo VE 6047 EF s objektivy Goyo, Tokina nebo Tamron (varifokální provedení, případně s fixovaným ohniskem). Signál v systému PAL disponoval rozlišením 720 × 576 px (0,4 MPx) a snímkovací frekvencí 25 fps. Převod analogového signálu na digitální byl realizován převodníky (Dazzle, Aver Media, atd.) určenými pro USB 2.0 rozhraní. Všechny kroky záznamu a zpracování jednotlivých záznamů meteorů byly realizovány pomocí balíku programů UFO Tools, který zahrnuje program UFO Capture pro záznam meteorů, UFO Analyzer pro astrometrii a fotometrii meteorů a UFO Orbit, který slouží pro výpočet vícestaničních drah meteorů.

Obr. 1: Funkční schéma FHD systému instalovaného na stanicích sítě CEMeNt. Autor: Jakub Koukal	Obr. 2: 2D znázornění zorných polí (FOV) kamer zařazených v síti CEMeNt ve výšce 100 km nad povrchem Země. Zahrnuty jsou pouze stanice v provozu (stav k 15.8.2024), zelenou jsou vyznačena zorná pole nových FHD kamer, modrou pak zorná pole stávajících PAL kamer. Autor: Jakub Koukal

Obr. 3: Komponenty FHD systému před kompletací. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p.o.

Nově navržený systém vychází ze stávajících kabelových tras a je plně unifikovaný, na všech stanicích se používá identická skladba prvků systému. Dalším požadavkem byla možnost použití OSD (On-Screen Display) menu, které umožňuje přímé fixní nastavení snímacích parametrů kamery bez nutnosti jejich volby přímo v ovladači kamery nebo v DS (DirectShow) operačního systému. Po dvouměsíčním testování byla jako snímací prvek zvolena desková kamera s CMOS čipem Sony Starvis IMX 327 LQR, jejíž ovládání je realizováno přes OSD menu. Kamera poskytuje analogový FHD signál s rozlišením 1920 × 1080 px (2.1 MPx), velikost čipu je 1/2,8", kvantová efektivita 75 % a pro potřeby sítě CEMeNt byla zvolena varianta s výstupním analogovým signálem NTSC (National Television System Committee) se snímkovací frekvencí 30 fps. Použitý objektiv s vysokou světelností Starlight (f/0,95) s aperturou M16 a s fixním ohniskem (4 mm) je schopen vykreslit čipy o velikosti až 1/2,7" a v dané konfiguraci poskytuje zorné pole FOV (Field Of View) 89 (± 1) × 50°. Převod analogového signálu na digitální je realizován ve dvou stupních. Stávající kabelový rozvod realizovaný koaxiálním kabelem s měděným nosičem signálu (75 Ohm) je pomocí BNC konektoru připojen do AHD/HDMI převodníku. Druhý převodník (HDMI/USB 3.2) převádí signál do USB (až 3.2) rozhraní staničního počítače s pomocí převodního čipu MS 2130 a zajišťuje dostatečnou kapacitu pro přenos FHD signálu v požadované snímkovací frekvenci. Všechny kroky záznamu a zpracování jednotlivých záznamů meteorů jsou opět realizovány pomocí balíku programů UFO Tools, který zahrnuje program UFO Capture HD (pro rozlišení HD a vyšší) pro záznam meteorů, UFO Analyzer pro astrometrii a fotometrii meteorů a UFO Orbit, který slouží pro výpočet vícestaničních drah meteorů.

Obr. 4: Stanice Valašské Meziříčí (CZ) – osazení FHD kamery Valašské Meziříčí NW. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí, p.o.	Obr. 5: Stanice Maruška (CZ) – pohled na instalované kamery Maruška SE a SW. Autor: Jakub Koukal

Obr. 6: Stanice Ždánice (CZ) – osazení FHD kamery Ždánice N. Autor: Jakub Koukal	Obr. 7: Stanice Štípa (CZ) – osazení FHD kamery Štípa S. Autor: Jakub Koukal

V současné době je síť CEMeNt v Česku tvořena stanicemi Valašské Meziříčí (4 kamery), Vsetín (1), Maruška (2), Ždánice (2), Karlovy Vary (3, jedna kamera momentálně mimo provoz), Štípa (1), Plzeň (1) a Rokycany (1). Na Slovensku jsou pak v provozu stanice Partizánske (2), Blahová (3), Jablonec (1), Kysucké Nové Mesto (1) a Zvolenská Slatina (1). V rámci první etapy byly osazeny nové FHD kamery na moravských stanicích, tedy na hvězdárnách Valašské Meziříčí, Vsetín, Ždánice a na soukromých stanicích Štípa a Maruška v počtech shodných s původními PAL kamerami. Zároveň byly na hvězdárně Partizánske vyměněny obě kamery KPF 131 HR za citlivější kamery Watec 902 H2 Ultimate. Data ze sítě CEMeNt jsou i nadále nedílnou součástí databáze EDMOND (European viDeoMeteOr Network Database), která sdružuje video data z pozorování meteorů pocházející z 15 nezávislých národních sítí a 2 nadnárodních databází, které používají rozdílné metody a systémy pro detekci meteorů a rovněž pro výpočet jejich drah. Zvýšení přesnosti a citlivosti záznamových zařízení díky vyššímu rozlišení FHD kamer přispěje ke zkvalitnění dat uložených v databázi EDMOND.

Poděkování

Poděkování patří společnostem DEZA, a. s. a CS CABOT, spol. s r. o., které přispěly na pořízení vybavení pro FHD stanice umístěné na Hvězdárně Valašské Meziříčí, p. o. a také v rámci sítě CEMeNt. Poděkování patří všem partnerským hvězdárnám (Ždánice, Vsetín, Rokycany, Plzeň, Karlovy Vary, Partizánske, Kysucké Nové Mesto) a také soukromým majitelům stanic (Milan Čermák, Richard Kačerek, Jakub Kapuš, Tibor Csorgei, Vladimír Bahýl) za podporu aktivit a růstu sítě. Poděkování dále patří všem zainteresovaným institucím za podporu aktivit a růstu sítě. Projekt RPOS (Rozvoj přeshraniční observační sítě) byl spolufinancován z programu Fond malých projektů programu Interreg V-A Slovenská republika – Česká republika 2014 – 2020, kód výzvy 5/FMP/11b, reg. č. CZ/FMP/11b/05/058. Projekty KOSOAP (Kooperující síť v oblasti astronomických odborně-pozorovatelských programů) a RPKS (Rozvoj přeshraniční kooperující sítě pro odbornou práci a vzdělávání) byly realizovány hvězdárnami Valašské Meziříčí (ČR) a Kysucké Nové Mesto (SR) v kooperaci se SMPH (Společnost pro MeziPlanetární Hmotu). Projekty byly spolufinancovány z Fondu mikroprojektů Operačního programu příhraniční spolupráce Slovenská republika – Česká republika 2007-2013. Projekt nákupu a provozu spektroskopických kamer s vysokým rozlišením je částečně dotován Programem pro regionální spolupráci AV ČR, reg. č. R200402101 a grantem APVV-0517-12 (FMFI UK).