CCD-meteorivideohavaintojärjestelmä

 CCD-videovalvontakameroiden herkkyysominaisuuksien kehittyminen  nykyiselle tasolleen mahdollistaa  valonvahvisti-kameraa edullisemman vaihtoehdon meteorivideohavaintojärjestelmäksi, mutta mikään pelkkä kamera ei voi poistaa  videoanalyysilaitteiston tarvetta! 

Esiteltävien kahden järjestelmän ydin on  kameralta tulevaa analogista videokuvaa sieppaava PC-tietokone ja DOS-pohjainen MetRec-tunnistus- ja analysointiohjelmiston versio 4.1, tai Windows-alustalle tehty tulipallokuvaukseen soveltuva UFOCapture.  Kaikki tarvittava 'rauta ja lasi' on Suomesta kaupan hyllyltä ostettavissa olevaa tavaraa.

Ursan Tulipallotyöryhmä on siirtymässä Esko Lyytisen vetämänä Windowsin alla toimivaan VideoAnalyzer-ohjelmistoon, johon on kehitetty meteorin ilmaisu-ominaisuus. Työryhmässä Esko Lyytinen on  selvittänyt jonkin verran myös useammalla kameralla kuvattujen yhteisten meteorien rataelementtejä ja aurinkokuntaratoja, sekä tutkinut videohavainnoista mahdolisia ennentuntemattomia tai epävarmoja meteoriparvia.
 

Videokuvatako meteoreja, vai tulipalloja ja miten?

 Havaittujen meteoreiden lukumäärä kasvaa kymmenkertaiseksi jokaista 2.5 magnitudikirkkausluokkaa kohti mentäessä tällä logaritmisella asteikolla himmeämpään suuntaan, tai sama kääntäen: lukumäärä vähenee kymmenenteen osaan mentäessä 2.5 magnitudia kirkkaiden meteorien suuntaan.

 Meteorisateissa tämä ero pienenee ja kirkkaita meteoreja havaitaan keskimäärin runsaammin ja vastaavasti erittäin himmeillä meteoreilla ei esiinny suhteellisesti yhtä suurta kasvua lukumäärissä.

 Tulipallo (engl. fireball) ei ole sen kummempi olio, kuin kirkas meteori (vähintään magnitudi -3...-5, tai kirkkaampi), jonka aiheuttava kappale on kooltaan useita kertaluokkia suurempi ja painavampi, kuin tavallisimmin silmin havaittavan mag. +3:n meteorin aiheuttama partikkeli, joka on vain pienen hiekanjyvän kokoinen. Mielenkiinto tulipalloja kohtaan syntyy lähinnä siitä, että niistä kirkkaimmat saattavat joskus pudottaa maahan meteoriitin, tai meteoriitteja.

Kahden sekunnin summakuva tulipallosta, jolla on vana ja bolidinkaltainen välähdys lennon loppuosalla
 

Kuvan tulipallon kirkkauskäyrä MetRecin mittaamana, jossa lopussa on kestoltaan alle 40 ms  välähdys
 

 Bolidi ei ole tulipallon, tai kirkkaan meteorin synonyymi, vaan (yleensä kirkas) meteori, joka lentonsa lopussa räjähtää välähtäen, tai fragmentoituu (roihahtaen). 

 Meteorin kirkkausluokan heiketessä lukumäärä kasvaa dramaattisesti ja havainnossa jokainen meteori-tapahtuma aiheuttaa toimenpiteitä. Perseidien maksimiyönä hyvä all-sky CCD-videokamera tallentaa n. 5 kpl tulipalloja. Tuo määrähän ei kuulosta valtavalle, mutta jos kamera kykenisi erottamaan meteorit magnitudiin +1 asti, meteoreja kuvautuisi yhdessä yössä noin 100...200 kappaletta. 

 Kun mikään intensiivisempi meteoriparvi ei ole aktiivinen, nuo lukumäärät laskevat noin kymmenesosaan, ja tulipallojen osuus vieläkin vähemmäksi - luokkaan 2 kpl viikossa.

 Jos kuvataan ilman mitään automaattista ilmaisu- ja mittausjärjestelmää ja kolmen tunnin kuvatallenteesta etsitään meteorit silmin katsomalla, siihen kuluisi reilut kolme tuntia ja viiden tulipallon astrometristen koordinaattien käsintehtyyn mittaukseen helposti toinen mokoma. Yhteensä siis lähes päivän työpanos. Sellaista määrää aikaa ei voi, eikä kannata montaa kertaa vuodessa uhrata. Vielä kauhistuttavampi olisi tilanne, jossa kolmen tunnin tallenteesta etsitään silmin esim. kaikki mag. 0 kirkkaammat meteorit, joita voisi löytyä useita kymmeniä, tai jopa mag. +2.5 kirkkaammat  - videolla katseltuina lähes kohinan sekaan jäävät himmeähkötkin meteorit. Niitä tulisi meteorisateen aikana yössä muutama sata. Parvien ulkopuolella tuo määrä vähenisi radikaalisti, mutta kameran ollessa päällä jokaisena kirkkaana yönä kuvatallenteiden määrä vain kasvaisi, eikä niitä kukaan kohta jaksaisi, tai ehtisi katsella, siepata kuvat ja mitata meteoreiden koordinaatit ja kirjata ne ylös.

 Vastaan tulee siis hyvin äkkiä se raja, joka vaatii jonkilaisen konenäköjärjestelmän käyttöönoton. Jos kuvatallenteiden analysoinnista maksettaisiin palkkaa, noin viidenkymmenen tunnin katsomiseen ja kirkkaimpien meteorien mittaukseen kuluneen ajan palkalla saisi Matrox Meteor II kuvansieppauskortin tai muun vastavan laitteiston osan ja tallenteiden "tuijottelu" jäisi PC:n murheeksi. Valtavalla innostuksella voi yhden meteoriparven tuottamat muutamat tulipallot toki kaivaa esiin käsityönä (kerran) ja analysoida, mutta siinä aletaan pian olla ylärajoilla työmäärän suhteen.

  Jakaisin videometeorihavaintojen tekomahdollisuudet kolmeen kategoriaan:
 

• tulipallojen kuvaus "jollakin" videokameralla - videotallenne katsotaan jälkeenpäin

- haitat: rajoitettu kuvausaika, all-sky kuvaus ei mahdollinen ilman lisävarusteita, ei mitään tapahtumailmaisua -  tulipallojen etsintä nauhoja katsoen (erittäin rasittavaa!), kuvakenttien analysointi  vaatii kuitenkin lopulta PC:n, jossa on kuvankaappausmahdollisuus, että tähtikoordinaatit voidaan mitata, paljon puuhastelua - heikko hyöty/vaiva-suhde, talvella kamera jäätyy ulkona, tilapäisratkaisu, tai yhden yön kokeilu, videon siirto/analysointi PC:lle vie vähintään yhtä paljon aikaa, kun niiden kuvaamiseen kului, kuvien resoluutio ei missään kotivideokamerajärjestelmässä ole valokuvalaatua
 

• tulipallojen kuvaus (all-sky optiikalla) -  valvontakameran videosignaalin tosiaikainen tallennus ja jälkikäsittely Windows/PC:llä ja UFOCapture ohjelmistolla

- haitat: tiedostot ja niiden formaatit eivät ole IMO-yhteensopivia, ei orientoitu erityisesti  meteorihavaintoihin, kirkkausarvojen epätarkkuus, tiedostokoot suuria, säätöjen optimointi ja käytön oppiminen

Esimerkkilokia havainnon alusta UFOAnalyzerin tuottaman:
 

UFOCapture Report Date_Time 20051112_215702 ... 20051113_051701 

Observation ID Saitama1s1 

Direction Dirc=180.4 Alt=45.2 FovH=42.5 FovV=30.9 Rot=19.3 

Program UFOCapture V200 / UFOAnalyzer V068 

Last Parameters DSize=3 Delta=0 Ratio=0 Min=0 Max=0 X=640 Y=480 FPS=29.969999 

[Class : Time]

Class / Time 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Total 

Meteor . . . . . . . . . 1 3 6 9 10 7 . 4 6 . . . . . . 46 

..unclassified . . . . . . . . . . 2 2 4 3 6 . 1 3 . . . . . . 21 

..M_nTa . . . . . . . . . . 1 1 2 . . . . . . . . . . . 4 

..M_sTa . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . 1 

..M_zPu . . . . . . . . . . . . . 1 . . . 1 . . . . . . 2 

..M_dEr . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . 1 

..M_Leo . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . 1 

..m_bEr . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . 1 

..m_bAr . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . 1 

..m_bTn . . . . . . . . . . . . 1 1 . . . . . . . . . . 2 

..m_cPS . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . 1 

..m_aCe . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . 1 

..m_cCe . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . 1 

..m_aOs . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . 1 

..m_eAr . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . 1 

..m_bLM . . . . . . . . . . . . . 1 . . . 1 . . . . . . 2 

..m_tMo . . . . . . . . . . . . 1 1 1 . . . . . . . . . 3 

..m_Mon . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . 1 

..m_eHy . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . 1 

Total 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 6 9 10 7 0 4 6 0 0 0 0 0 0 46 

Cloud coverage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

[Mag--Meteor]

SubClass/Mag gRA gDEC 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 Total 

..unclassified -- -- . . . . . . 12 3 1 1 3 1 . . . . . . . . . . . . 21 

M_nTa 58.9 22.2 . . . . . . . 1 1 . . 1 1 . . . . . . . . . . . 4 

M_sTa 58.4 14.6 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

M_zPu 123.0 -43.0 . . . . . . . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 2 

M_dEr 55.0 -8.0 . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1 

M_Leo 148.8 24.2 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_bEr 59.6 -4.8 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_bAr 45.2 24.2 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_bTn 57.5 23.5 . . . . . . 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 2 

m_cPS 39.5 4.6 . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_aCe 44.2 8.3 . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_cCe 51.2 14.5 . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_aOs 64.5 16.7 . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_eAr 79.1 44.2 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_bLM 131.4 43.0 . . . . . . 1 . 1 . . . . . . . . . . . . . . . 2 

m_tMo 123.1 -3.2 . . . . . . 2 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 3 

m_Mon 104.4 5.7 . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

m_eHy 121.4 11.4 . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 

Total -- -- 0 0 0 0 0 0 22 10 7 1 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 46 

[Clip list--Meteor]

no subclass date_time M mag dur size av v dir1 alt1 dir2 alt2 ra1 dec1 ra2 dec2 dd dr dv 

          frm pix/f deg/s km/s deg deg deg deg deg deg deg deg deg deg % 

1 m_cCe 051112_215702 . 1.6 21 30.6 7.5 22.4 182.1 44.8 179.4 40.2 34.8 80.9 19.2 85.7 1.8 1.7 +7 

2 (m_eHy) 051112_221131 . 3.6 6 11.2 9.9 18.8 157.3 62.6 153.9 62.1 8.3 59.8 5.3 59.2 1.3 1.3 -73 

3 M_nTa 051112_221224 . -0.7 29 79.3 12.4 29.5 166.9 49.2 160.3 38.7 357.6 73.6 315.2 74.1 0.3 0.3 +1 

4 (M_Qua) 051112_223243 . 1.0 0 0.0 0.0 -- 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -- -- -- 

5 m_bEr 051112_230202 . 3.5 5 10.2 11.1 27.9 179.7 41.0 179.1 39.6 39.2 84.9 31.2 86.2 1.4 1.4 -0 

6 m_aCe 051112_231839 . 2.9 6 9.5 4.2 15.5 195.4 25.0 195.3 24.3 171.2 72.8 173.1 72.4 0.7 0.7 -14 

7 M_nTa 051112_232405 . 3.5 14 15.6 11.0 38.7 171.7 52.4 170.1 47.8 30.1 72.5 18.5 76.1 3.0 2.5 +33 

8 m_Mon 051112_233728 . 3.2 6 21.2 10.0 39.9 196.0 27.4 194.4 26.5 168.2 73.9 174.0 74.5 0.8 0.7 -32 

9 () 051112_234109 . -0.7 55 32.3 3.2 6.2 163.7 34.3 168.4 38.6 319.7 76.6 341.3 80.4 78.6 75.4 -- 

10 (M_Leo) 051112_235712 . 0.1 21 31.6 4.8 14.2 185.4 30.9 181.6 30.7 191.8 83.3 220.3 84.6 5.2 4.6 -80 

11 M_nTa 051113_000544 . -2.1 24 171.1 11.2 25.2 158.6 63.7 159.9 55.1 39.2 59.3 28.4 66.3 0.8 0.6 -14 

12 m_tMo 051113_001900 . 3.1 8 35.6 16.5 67.0 169.9 34.9 166.0 32.7 326.8 81.7 319.7 78.0 2.2 2.1 +5 

• meteorien ja tulipallojen kuvaus all-sky, tai suppeammalla optiikalla valvonta- tai valonvahvistin-videokameralla - videokuvan tosiaikainen tapahtumatunnistus/tallennus ja koordinaattien mittaus DOS(WIN98)/PC:llä ja MetRec ohjelmistolla

- haitat: ohjelmisto-, ajuri-, käyttöjärjestelmätuki vain Matrox Meteor II kuvankaappauskortille, ko. kortin hinta (550€), "DOS-fobia", joskin ohjelma toimii myös WIN-98:n DOS-tilassa ja saattaa tulevaisuudessa tulla saataville Windows-yhteensopivanakin, softapohjaisen pilvisyys-ilmaisun  ja havaintotilastotyökalujen puute
 

Esimerkkilokia havainnon alusta MetRecin tuottamana:
...
Initializing PosDat files '0811data.dbf' and '0811head.dbf'... ok!
Creating recognition threshold history file 'metrec.thr' ... ok!
Creating auto-subdirectory '20040811' ... ok!
20:06:01 Initialize flatfield
20:06:13 Start recognition
20:08:00 Meteor #1 at (0.573,0.453)->(0.468,0.293) frames=10 dur=0.38s pixel=10 dir=237ø vel=25.8ø/s å=4.4
         shower=PER bright=-0.2mag raddist=0.2ø exp vel=26.9ø/s (15.624h,64.19ø) -> (15.517h,54.92ø) acc=3.1' 
20:08:01 Saving meteor data of #1 ... ok!
20:08:01 Saving image band of 16 frames of meteor #1 ... ok!
20:08:01 Saving sum image of meteor #1 made of 16 frames ... ok!
20:08:01 Restart recognition
20:08:55 Meteor #2 at (0.509,0.985)->(0.419,0.904) frames=7 dur=0.26s pixel=11 dir=222ø vel=25.6ø/s å=2.7
         shower=PER bright=0.2mag raddist=0.0ø exp vel=25.4ø/s (19.586h,67.55ø) -> (18.963h,62.81ø) acc=2.6' 
20:08:55 Saving meteor data of #2 ... ok!
20:08:55 Saving image band of 13 frames of meteor #2 ... ok!
20:08:55 Saving sum image of meteor #2 made of 13 frames ... ok!
20:08:56 Restart recognition
...
ja lopusta:

Observing Statistics
====================
start of observation     : 2004/08/11 20:06:14
end of observation       : 2004/08/12 00:08:59
effective observing time : 3 h 57 m 22 s

# active meteor showers  : 7
# observed meteor showers: 2
# observed meteors       : 150

Perseids (PER)           : ä=134, í=0.3 mag
Sporadics (SPO)          : ä=15, í=0.8 mag
kappa-Cygnids (KCY)      : ä=0
S-delta-Aquarids (SDA)   : ä=1, í=-2.5 mag
alpha-Capricornids (CAP) : ä=0
N-delta-Aquarids (NDA)   : ä=0
N-iota-Aquarids (NIA)    : ä=0
S-iota-Aquarids (SIA)    : ä=0

 Lisäksi voisi ajatella meteorispektrien kuvausta tarkoitukseen tehdyllä hila-optiikalla, mutta se on jo hieman erikoisempi ala, joskin sitäkin tehdään rutiiniluonteisesti ainakin USA:ssa toimivassa Sandia-havaintoverkossa ainakin Ed Majdenin toimesta.
 

 Ilman meteorin ilmaisu ja analysointi-ohjemistoja toiminta rajoittuu käytännössä vain tulipallojahtiin. Vaikka videokuvan avulla mahdollisesti joskus löytyvän uuden meteoriitin tieteellinen arvo olisikin melkoinen,  asia kannattaa suhteuttaa todennäköisyyteen, jolla pudonnut meteoriitti voitaisiin löytää kamerakuvien avulla. Suomen maasto ei ole asiaa helpottava tekijä, eikä kappaleen pimeän loppulennon aikaista tuulen aiheuttamaa poikkeamaa puotamispaikan suhteen ole helppoa ennustaa. Putoamisellipsin paikkaa ei useinkaan voi luotettavasti määritellä edes kilometrienkään tarkkuudella. Netistä löytynee materiaalia pohjois-Amerikan kameraverkon tuloksista.

 Euroopan kameraverkon (European Fireball Network), joka on yhä, tai on aiemmin ollut laitteistoltaan filmi/aikavalotuspohjainen, on yli 30 toimintavuotensa aikana n. 25 kameran voimalla kuvannut satoja tulipalloja, joiden perusteella vasta vuonna 2002 löydettiin ensimmäinen meteoriitti (Neuschwanstein). Lienee syytä mainita, että EN-verkon kameroita on operoitu ammattilaispohjalta ja kuvat on analysoitu amattitaidolla Ondrejovin observatoriossa, joten mistään satunnaisesta, tai suppeasta puuhastelusta ei toki ole kysymys.

 Jokainen voi harkita kuvaako tulipalloja ja miksi. Jos pelkkä yötaivaan kuvailu videokameralla tuottaisi tuotapikaa erikoisen hyviä tuloksia esim. tieteellisesti, tai muuten, tietäen, että liki joka taloudesta nykyään löytyy jonkinlaista videokamera & nauhoituskalustoa, pitäisi syysiltojen tullen takapihojen kuhista tulipallo-meteorikuvailijoista - näin vaan ei ole.

 Jos kuviin tarttuisi kirkas tulipallo, jonka voisi arvella saattaneen pudottaa maahan asti jotakin, sen kirkkaus pitäisi olla vähintään mag. -10, mieluimmin mag. -20. Näitä tulee melko harvakseltaan - Suomeen arviolta korkeintaan kymmeniä / vuosi ja kaikkia ei sääolosuhteiden vuoksi havaita. Tavanomaisista magnitudi -5:n tulipalloista ei tule mitään alas asti, vaan ne palavat loppuun jo korkealla stratosfäärissä. Tulipallokuvauksessa kriittisin lennon osa tapahtuu yleensä aivan horisontin lähellä lennon lopussa, ja siellä lähiesteet ovat usein näkyvyydelle haittana, eikä muu, kuin laajakulmaoptiikka, tai pallopeili anna horisontista kuvaa leveältä sektorilta. Rannikolla supeamman kuva-alan käyttö ei haittaa, sillä merestä meteoritteja on vaikea hakea.
 

Tulipallojen kuvaus (all-sky- tai laajakulmaoptiikalla) - valvontakameran videosignaalin tosiaikainen tallennus ja jälkikäsittely Windows/PC:llä ja UFOCapture ohjelmistolla. 

UFOCapture -ohjelma

Meteoritunnistukseen kykenevät Windows- ohjelmat ovat harvassa. Ehkä monipuolisin on japanilainen SonotaCo:n (www.sonotaco.com) UFOCapture ohjelmisto. Ohjelmisto koostuu itse asiassa kolmesta erillisestä ohjelmasta joista yleensä tarvitsee lähinnä UFOCapturen ja UFOAnalyzerin. UFOOrbits on taas UFOAnalyzeria monipuolisempi ohjelma, jolla voi määrittää esimerkiksi kahden UFOCapture-aseman kuvaaman meteorin lentorata ilmakehässä ja avaruudessa. UFOOrbits-ohjelmaa ei tässä käsitellä. 

Tulipallojen ja meteorien kuvaus onnistuu ohjelmistolla hyvin ja UFOAnalyzer osaa tehdä lokitiedoston kuvassa näkyvän kappaleen kuva- ja taivaskoordinaateista. UFOCapture itse ei tunnista mihin parveen meteori kuuluu, mutta UFOAnalyzer osaa senkin kertoa melko luotettavasti.

UFOCapture -ohjelma vaatii lisenssiavaimen oston jos haluaa ohjelmaa käyttää 30 päivän koeajan jälkeen. Lisenssimaksu on aika korkea, noin 115 euroa. Yksi käyttäjä tarvitsee yhden lisenssin käyttääkseen kaikkia mainittuja ohjelmia ja ohjelmaa saa käyttää useammassa koneessa samalla lisenssillä tai useampi ihminen yhdellä koneella. Saatavilla on myös ilmainen karsittu versio nimeltä UFOCapture Free. UFOCapture Free on aika köykäinen ohjelma, mutta se vaatii vähemmän vääntöä tietokoneelta ja sillä pääsee kokeilemaan.

Edut

UFOCapture-ohjelmasta on jakelussa 2.18- versio. Se toimii Windows 2000 ja XP -käyttöjärjestelmissä. Ohjelmaa varten tietokoneelta tulee löytyä DirectX 9 tai uudempi.

UFOCapture tukee sekä analogisia PAL, NTSC että SECAM -videojärjestelmiä, että USB-, ja FireWire- kameroita. Ohjelma toimii useimmilla videokaappauskortteilla, TV-kortteilla joissa "video-in" -liitäntä, USB/USB2- tai IEEE1394 (Firewire/DV) -liitäntää käyttävillä videokortteilla tai videokameroilla. Ohjelma kykenee käyttämään täyden resoluution PAL-videokuvaa (25 fps, 720x576 px) jos videokortti ja tietokone vain kykenee siihen.

Koska UFOCapturen kanssa toimivan täyden PAL-resoluution kortin löytäminen osoittautui yllättävän hankalaksi, kerrotaan että ainakin eräs Suomen markkinoilta löytyvä kortti on esim. Pinnaclen Studio 9 AV/DV paketissa oleva videoeditointikortti. Sen hyvä puoli on siinä, että siinä on myös videosignaalin ulostulo, jolloin kortin perään liitettyä videotalleninta voi käyttää lisävarmistuksena. 

Ohjelma tallentaa tunnistuskriteerit täyttävistä kohteista videopätkän joko avi- tai wmv-formaatissa. Avi-videon kuvanlaadussa ei ole moittimista. Ohjelma ei nauhoita vain tunnistushetkeä, vaan sille voi määrittää kuinka monta ruutua ennen (head) ja jälkeen (tail) havaitun kohteen aiheuttamaa tunnistusta tapahtumaa tallennetaan. Esimerkiksi täydellä 25 fps nopeudella 25 ruutua vastaa sekunnin ennakkoa, joten meteorin himmeän tunnistusrajan alle jääneen alunkin yleensä saa kuvaan. Ennakkoon ja jälkeen ajoituksen voi säätää pitemmäksikin.

Ohjelma tekee haluttaessa tallennetusta videosta myös ns. peakhold-kuvan eli tavallaan aikavalotuksen tunnistetusta videosta, mikä on erittäin suositeltavaa. Ohjelma tallentaa myös eräitä apukuvia jälkikäsittelyä varten. Peakhold-kuvan voi tehdä videosta myös UFOAnalyzerissa.

Ohjelman säädöt ovat monipuoliset, mutta vaativat jonkin verran kokeilua. Itse tunnistukseen on käytettävissä kohtalainen valikoima säätöjä ja ohjelma osaa säätää tunnistustason videosignaalin kohinatason mukaan. Ohjelmassa on vapaasti määritettävä maski jos on syytä peittää osia kuvasta virhetunnistusten vuoksi (esim. maantie, jos sillä liikkuvat autot aiheuttavat turhia tunnistuksia). Ohjelman voi myös säätää reagoimaan myös ääniin, jos laitteistoon liittää vielä mikrofonin.

Tunnistusaikataulun voi ajastaa erikseen päivä- ja yötunnistukseen ja kummallekin voi antaa omat tunnistussääntönsä. Yötunnistuksen voi määrittää myös auringon nousun ja laskun suhteen.

Ohjelman käyttötarkoitus ei ole rajattu pelkästään meteoreihin ja sitä voi käyttää mm. salamoiden, lintujen, varkaiden tai minkä tahansa kameran kuvakenttään ilmestyvän liikkuvan kohteen tallentamiseen. Ohjelmalla voi toki tutkia myös videonauhalta tulevaa kuvaa. Tällöin on mahdollista ajoittaa videonauhan tapahtumat kertomalla nauhan alkukohdan kellonajan ohjelmalle. 

UFOCapture-ohjelmaa täydentää UFOAnalyzer. UFOAnalyzerissa pitää ensin määrittää kuvassa näkyvä taivaan alue ja linssin ominaisuudet kuvan päälle tulevaa tähtikarttaa apuna käyttäen. Tämän tarvitsee tehdä kerran kunnolla, mutta yleensä esim. tuulen liikutettua kameraa joutuu säädöistä yleensä kameran suuntausta hiukan hienosäätää. Kun kameran kuvassa näkyvät tähdet ovat tähtikartan kanssa samoissa paikoissa, voidaan kaapatut videot analysoida. 

UFOAnalyzer kykenee meteorien parvimäärityksiin, jotka se lisää UFOCapturen tekemään csv-muotoiseen lokiin. UFOAnalyzerilla saa myös lokitiedoston kustakin meteorista sekä pikseli- että suuntakoordinaatteineen lentoratalaskuja varten. Lisäksi UFOAnalyzerista saa meteoriraportin html-muodossa ja ohjelma tekee myös havainnollisia jälkikarttoja havaituista meteoreista. Juuri Trail mapin avulla hahmottui myös 5-6.10.2005 yönä näkynyt tuntematon meteoriparvi heti seuraavana aamuna.

UFOCapturen ohjeista ja kotisivuista on myös englanninkielinen versio, sekä keskustelupalsta, jolla ohjelman tekijä vastailee kysymyksiin ja ottaa vastaan ehdotuksia.  Sivuilla on myös galleria UFOCapturella napatuista ilmiöistä ja kohteista.

Ongelmat

UFOCapture on raskas ohjelma ja vaatii tietokoneelta aikalailla vääntöä toimiakseen täyden resoluution kanssa. Minimisuositus on 256 Mb RAM ja 2.4 GHz prosessori. Pienemmällä resoluutiolla (25fps, 350x288 px) esimerkiksi 2 GHz AMD Athlon -prosessorin kuormitus on alle 30%, mutta täydellä PAL-resoluutiolla (25 fps, 720x576 px) prosessorin kuormitus on luokkaa 75% ja nousee lähes 100% kun jotain tapahtuu. 

Ohjelman tallentamat videoleikkeet, varsinkin avi-formaatissa vievät paljon kiintolevytilaa. Sekunnin pätkä täyden PAL-resoluution avi-video vie noin 20 Mt tilaa. Tämä johtuu siitä, että avi-video on pakkaamaton. Kiintolevytilaa onkin syytä olla runsaasti käytettävissä kovimpien meteoriparvien aikaan.

Tunnistuksen säädöistä ei heti tiedä miten ne vaikuttavat tunnistusherkkyyteen. Tästä johtuu että tunnistuksen luotettavuus varsinkin heikolla resoluutiolla (350x288 pix) on hiukan epäselvä. Ohjelma ei erehdy juurikaan tunnistamaan satelliitteja, joten jääkö hidas tulipallokin tunnistamatta? Täydellä resoluutiolla ohjelman herkkyys vaikuttaa huomattavasti paremmalta ja ohjelman kykyyn havaita hidaskin tulipallo voi luottaa.

Eräät videokortit jotka pakkaavat videosignaalin laitteistopohjaisesti suoraan MPEG-formaattiin ei toimi UFOCapturen kanssa (esim. Hauppaugen PVR-sarja). Ohjelma käyttää ns. video for Windows -rajapintaa.

Ohjelman (oikeastaan UFOAnalyzerin) lokitiedostot ovat monipuolisia, mutta samalla vähän vaikeaselkoisia ja ne eivät ole MetRecin lokien kanssa yhteneviä, joten raporttien lähettäminen eteenpäin esim. IMO:lle ei onnistu ihan noin vain. Onneksi lokitiedostoon tallennettavia tietoja voi karsia mieleisekseen.

UFOAnalyzerin parvitunnistuksen luotettavuus vaikuttaa hyvältä. Parvitietoja voi itsekin säätää tiedostoista. Ohjelma merkitsee sporadiset oudolla unclassified -merkinnällä raporttiin. Lokiin se kirjaa sporadisen kohdalle M___ -merkinnän. Ohjelman antamat kirkkausarviot meteoreille on aika epävarmoja ja aikansa säätämällä ne saa sinne päin, mutta ei täysin kohdalleen. Kirkkausarvojen epävarmuuden ohjelman tekijäkin on myöntänyt suoraan, sillä eri laitteistojen (kamerat ja videokortit) ominaisuudet poikkeavat toisistaan sen verran, että yleispätevää varmaa kirkkauden arviointia on vaikea toteuttaa.

MV-CCD-meteorivideokamerat

 Mainitaan nyt heti, että kyseessä on CCIR-TV-järjestelmän mukaisesti toimiva 625-vaakajuovaa tuottava analogisella videolähdöllä varustettu mustavalko-videokamera, joissa tyypillinen erottelukyky on noin 450 juovaa vaakasuunnassa ja 1/2" CCD-kennossa on n. 440 k-pixeliä. Siis värikuvia tällä ei saa (ilman suotimia) ja kaukoputken okulaarin tilalle sitä on turha kiinnittää ja yrittää tehdä aikavalotusta jostakin DS-kohteesta - siihen on olemassa aivan erilaiset kamerat. 

 Kuvaame siis meteoreja, eikä pelkästään visuaalisen nautinnon vuoksi, vaan videokamera toimii osana konenäköjärjestelmää, joka mittaa ja analysoi kuvia ja tuottaa niistä meteoreita ja meteoriparvia koskevaa numeerista dataa. Asia voi kuulostaa tähtiharrastajasta tylsälle, mutta tämä kuitenkin on tapa, jolla asioita tutkitaan - kvantitatiivisesti. Köytetystä optiikasta ja kameran suuntauskesta riippuen hyvällä tuurilla kuvaan osuu joskus myös hyvin kirkas tulipallo, jonka lentorataa Ursan Tulipallotyöryhmä katoittaa ja spekuloi siihen mahdollisesti liittyvää meteoriitin putoamista ja mahdolisuuksia sen löytymiseen.

 Reilun viiden vuoden aikana on ajetu loppuun pari valonvahvistimella varustettua kameraa ja muutama CCD-kamera, joissa ei ole enää vuosiin tapahtunut herkkyyden suhteen jurri mitään kehitystä, jos jättää mainosten luxilukemat omaan arvoonsa. Ilmeisesti Sony on katsonut tarpeettomaksi kehittää uusia mustavalkoisia CCD-kennoja supistuville M/V -valvontakameramarkinoille ja toisaalta EMCCD-kennojen ja niillä toteutettujen kameroiden hinnat ovat vielä aivan liian korkeita.

 MetRec-ohjelmistoa on pyöritetty eri tehoisissa PC:ssä alkaen 233 MHz:stä  ja päätyen 1100 MHz:een  Matrox Meteor 2;n toimiessa videonsieppauskorttina PCI-väylässä.

 Kamerapuolella soveltuvin malli on ollut Watec 902-sarja (viimeisin WAT-902H2Ultimate), jonka kanssa ovat kilpailleet Mintron 12V1-EX kamerat - molemmissa on kuitenkin sama infrapunallakin herkkä Sonyn EXview CCD-kenno.

 Meteorihavainnoissa ei ole ns. aikavalotusmadollisuudesta videokamerassa mitään hyötyä, joten rahan haaskaus esim. Watec WAT-120N-mallin ei anna mitään etua.

 Myöskään kameran jäähdyttämisestä ei ole iloa, sillä kohina on ns. "read-noise"-tyyppistä, joka on lähtöisin CCD-kennolla olevasta esivahvistinasteesta, eikä se vähene jäähdyttämällä.

 Ulkomailta on saatavilla WAT-902H:n rinnakkaismalleja toiselta valmistajalta (Watec America Corp.) tyypimerkinnöillä LCL-902HS tai LCL-902K, sekä LCL-902Q (WAT-902DM2S), joissa on DSP. DSP kykenee rajallisesti poistamaan kennoon mahdollisesti ilmaantuvia hot-spotteja. Watec America:n kameroiden herkkyys ei ilmeisesti kuitenkaan poikkea Japanin Watecin kameroista, vaan teknisissä tiedoissa ilmenevät erot johtuvat valmistajien erilaisista markkinointihakuisista mittausmenetelmistä. 
Uusimmat WAT-902-sarjan videokamerat tukevat objektiivin DC-autoiristä, joskin monessa on valittavissa vielä video-autoris-ohjauskin.

Kamera vaatii valovoimaisen objektiivin, joka saattaa hyvinkin maksaa lähes kameran hinnan. Objektiivissa kun on syytä olla autoiris, mikäli aurinko osuu johonkin vuodenaikaan suoraan kuvakenttään. Auto-iris suojaa CCD-kennoa auringon polttavalta vaikutukselta - muuta virkaa sillä ei tässä sovelluksessa ole, koska se on yöllä kuvatessa kokoajan täysin auki.

 Sopivat objektiivin polttovälit ovat 4...12 mm väliltä. Lyhypolttovälisemmillä laajakulmilla voi haravoida lähinnä tulipalloja ja pitkäpolttoväliset sopivat himmeämmille meteoreille ja suppeammalle vapaan taivaan alalle. Hyvin lyhytpolttovälisellä objektiivilla voi ongelmaksi tulla meteorin alku- ja loppupisteiden mittausresoluution heikkeneminen, jolloin parvi-analyysi jää epävarmaksi.

 Itse valitsin vapaan taivaanalan perusteella (n. 40 * 60 astetta) 6 mm polttovälisen valovoimaisimman saatavilla olevan Asfäärisen F0.8 Computar/Eneo-objektiivin DC-iris version.

 Valitettavasti Computar/Eneo on lopettanut 2007 puolivälissä asfääristen nopeiden videokameraoptiikoiden valmistuksen, joten myyjä joutunee tarjoamaan tilalle hitaampaa optiikkaa, jonka F-luku on 1.1 tai 1.2 paikkeilla.

  Objektiivin pitää myös olla valmistettu (vähintään) 1/2" kuvasensorikoolle, ettei kuvan nurkkiin jää mustia alueita. Sanottakoon, että myös 1/2" kennoille tehtyjen objektiivien saatavuus ja valikoima on heikkenemässä, joten tässäkin voi joutua tinkimään niistä kuvan nurkista 1/3"- tuumaiselle kennolle tehdyn optiikan kanssa.

Varsinaisen kameran ja objektiivin lisäksi tarvitaan siis lämmitysvastus, ulkokäyttöön tehty kamerakotelo- tai muu sääsuojaus, kaapelointi, kameran ja lämmitysvastuksen teholähteet, PC ja siihen ao. Matroxin kuvansieppauskortti, sekä MetRec-ohjelmisto.

6 mm F0.8 autoiris-objektiivin hinta on muutamia satoja euroja ja WAT-902H2ULTIMATE  CCD-M/V-videokameran hinta on n. 320€ (Aseko) ja Matrox Meteor 2 kuvansieppauskortti (jonka senkin tuotanto on viimein lopetettu - on kuitenkin vielä saatavissa käytettyinä pitkään E-Bayssä) PCI-väylään on ollut Matroxin maahantuojalla 550€ (Cheos). Riittävän nopean, yli 500 MHz PC:n hinta on "melkoisessa laskussa". MetRec-ohjelmisto on harrastekäytössä ilmainen. Paketin kokonaishinta on  1000...1500€ tienoilla.
 
 

CCD kamera kestää?

 CCD-kameran kuluminen on hyvin vähäistä ja kuvanlaatu säilyy lähes uudenveroisena koko käyttöiän, joskin em. hot-spotteja CCD-kennoon ikävä kyllä ilmaantuu ja usein niitä näyttää olevan jo uudessakin kamerassa melkoisen monta. CCD-kamera sietää päivän- ja kuunvaloa - onpa meteoreja saatu ilmaistua jopa täyden kuun paistaessa suoraan sensorille. Valmistajan ilmoittamia käyttöjännitearvoja ja ympäristö-olosuhteita on syytä noudattaa.
 
 

Videokuvien analysointi

 MetRec:in operointiin liittyisi myös melkoisesti ikävän pitkiä komentojonoja, ellen olisi tehnyt avuksi eräajo-ohjelmaa. Parametritietoja sisältävien pitkien DOS-komentojen sijaan havainnon alustus suoritetaan ajamalla ohjelma nimeltä "0" ja tekemällä käynnistyneellä RefStars-ohjelmalla referenssitähtitiedosto, johon mitataan n. 50 tähteä. Sen jälkeen kyseisen kuukauden iltoina havainnot käynnistetään komennoilla "1" ja "2" ja kuvien jälkiprosessointi ja pakkaus "\upload"-hakemistoon hoituu komennoilla "3" ja "4", sekä "5", jolla käynnistetään hieman aikaa vievämpi RadFind radiantinetsintäohjelmiston ajo. RadFind uudelleenanalysoi lokista meteorit ja listaa löydetyt radiantit todennäköisyysluvulla järjestettyinä. StreamFind ohjelma hakee pidemmistä havaintosarjoista meteoriparvia, muttä sen käyttö ei pelkästään yhden kamera-aseman tietokannalla tuota mitään uutta. 

 Kamera kannattaa asentaa kiinteästi, sillä jos sitä liikutetaan havaintojen välillä, eikä saada muutaman kulmaminuutin tarkkuudella samaan suuntaukseen, kuin edellisellä kerralla, on referenssitähdet mitattava taas uudelleen ja se onnistuessaankin vie viitisen minuuttia, mutta osaa olla joskus hankalaakin. Tämähän on siis tehtävä ennen havainnon aloittamista, joten havainnon alku siirtyy ja jos referenssikuva kaapataan ennen kuin on tullut kunnolla pimeä, tulos ei ole paras mahdollinen ja harmaalta taustataivaalta on hankalampi saada tähtiä mitattua.

 PC:n kello on syytä asettaa ennen havainnon alkua tarkasti UTC-aikaan. Jos PC:ssä on kiinteä nettiyhteys, mielellään NIST:n palvelimelta siihen tarkoitukseen tehdyn ohjelman avulla.

 MetRecissä on neljä näyttöikkunaa, joihin voi valita lukuisa erilaisia näyttöjä. Niistä voi seurata ohjelman toimintaa ja havainnon edistymistä, mutta yleensä se ei ole edes tarpeellista. MetRec pystyy assosioimaan meteorit tunnettuihin meteoriparviin vertaamalla vanaa suhteessa radiantin sijaintiin ja mittaamalla meteorin radianttietäisyyden ja kulmanopeuden. 

  Jälkiprosessointiohjelmalla (PostProc) katsotaan summakuvat ja animaatio jokaisesta meteorista ja poistetaan muista, kun meteoreista syntyneet tallenteet. MetRec ilmaisee satunnaisesti matalalla kiertoradalla kulkevia satelliitteja, vaikka se laskeekin kohteen kulmanopeuden ja pääsääntöisesti hylkää liian hidasliikkeiset valoilmiöt. Joskus kuviin tarttuu myös lintuja, hyönteisiä, tai lumihiutaleita, jotka käyttäjä tunnistaa ja poistaa mutkittelun, räpyttelyn, tai muun epämeteorimaisen käyttäytymisen vuoksi. Viimeisimmässä PostProc- versiossa voi käyttäjä asettaa automaattisia poistotoimintoja, jotka helpottavat käyttöä melkoisesti.

 Havaintoloki, meteorikuvatiedostot ja parametritiedostot siirretään kuukausittain IMO:n meteoritietokantoihin harrastajien ja tutkijoiden hyödynnettäviksi. IMO:n visuaalihavaitsijoiden parvilistaa onkin päivitetty ajantasalle viimeksi v. 2007 vuosikymenen kuluessa kertyneiden videohavaintojen perusteella. Jokaisesta meteorista kertyy 500 kilotavun verran dataa. Havaintoyhteenvedot julkaistaan kuukausittain Metorobs-postituslistalla nykyisin IMO:n videoverkon (IMO Video Meteor Network) nimissä ja kameroita onkin mm. useissa Euroopan maissa, sekä jokunen muilla mantereilla.

Tuloksia

  Kotinurkkiin kasatulla havaintolaitteistolla siis syntyy mukavasti tuloksia ihan kohtuullisella ajankäytöllä ilman liki jokaöistä pimeään havaintopaikkaan matkustamista ja kameran vieressä seisoskelua. Kiinteä kamera-asennus ja valokytkinohjattu kamera tekevät operoinnin huomattavasti helpommaksi!

 Kuvausjärjestelmän voi jättää väijymään taivaan kirkastumista vaikka joka yöksi. MetRec tukee havainnon automaatista uudelleenkäynnistymistä, joten periaatteessa havaintoja voisi tehdä automaattisesti, mutta päivittäinen tallentuneiden "meteoreiden" tarkastelu ja lopullinen seulonta on kuitenkin ainakin vielä käyttäjän tehtävä.