Интернет-наблюдения на телескопах - миф? реальность! : НПК ВИДЕОСКАН

Интернет-наблюдения на телескопах - миф? реальность!

У нас в гостях - Комаров Владимир Владимирович, зав.сектором компьютерных технологий и телекоммуникаций Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии Наук (САО РАН).

Майоров: Владимир Владимирович! Наш директор был у вас в конце 2000 года. Что на грани веков представляет собой САО РАН?

Комаров: САО РАН - уникальное учреждение в России. Получить информацию о САО можно на ее сайте: www.sao.ru. Но, там вы не найдете, что телескопы САО - РАТАН-600 и БТА - крупнейшие в России и, по сути, единственные из действующих, оставшихся на территории России. Что люди, работающие там, приехали из разных концов бывшего союза и продолжают заниматься наукой, не смотря на постоянные потрясения, происходящие в нашей стране. Что природа Карачаево-Черкессии, где была построена наша Обсерватория - это особый, поэтический мир. Один из немногих сохранившихся заповедных уголков России. Я привез с собой работы наших фотографов-любителей/профессионалов: В.П.Романенко, С.Ю.Сухарева., С.С.Кайсина Думаю, назвать их любителями можно только в смысле того, как они к этим местам относятся. Судите сами.

Майоров: Да, пейзажи чудесные. А снимки кометы просто ..... "нет слов". Выкинуть что-либо или сильно "сжать" рука не поднимается. Наверное, мы будем эти снимки помещать последовательно. Надо бы только сделать ссылки на авторов и, там где интересно, добавить комментарии.

6м оптический телескоп БТА САО РАН на высоте 2070м .
Автор - Сухарев Юрий
горное озеро на высоте около 2500м.
Автор - Романенко Владимир
1м оптический телескоп Цейсс 1000 рядом с БТА.
Автор - Романенко Владимир
академический поселок Нижний Архыз (САО РАН). Высота 1300м, наверху фотографии виден комплекс БТА.
Автор - Сухарев Юрий
астрономы готовятся к наблюдениям.
Автор - Романенко Владимир

Комаров: Хорошо, давайте это делать по мере публикации снимков.

Майоров: А как Вам в теперешней жизни удается сохраниться - ведь столько гигантов рухнуло.

Комаров: Считаю, что в относительно благополучной работе Обсерватории - большая заслуга нашего директора, чл.-кор.РАН Юрия Юрьевича Балеги.

Майоров: Да, похоже многое держится на конкретной личности причем в гораздо большей степени, чем это предписывалось ей марксистко-ленинской философией. А что делаете Вы в этом, редком сейчас, заповеднике чистой науки ?

Комаров: Помимо административного руководства сектором, обслуживающего множество компьютерных рабочих мест в САО, занимаюсь проблемой оцифровки и передачи телевизионных изображений.

Майоров: Изображения - это по нашей части, мы в них съели значительное количество различных животных (собак, свиней и т.д.)

Комаров: Нами, за последние два года, создан цифровой телевизионный комплекс БТА на базе граберов VS-56 и VS-60 вашей фирмы.

Майоров: Приятно слышать. Как это все работает?

Комаров: Сначала немного истории.

1998 год - приобретение грабера VS-56. Определение его возможностей для оцифровки и обработки ТВ сигналов для очень слабых (на уровне фона) источников света, каковыми обычно и выглядят на экране видео-контрольных устройств (ВКУ) астрономические объекты.

1999 год -все телевизионные средства БТА объединены в единый ТВ комплекс с использованием цифровой обработки телеизображений. Реализован видеосервер на базе VS-56 с возможностями цифровой обработки до 4-х ТВ сигналов в ОС .

22 октября 1999г. первые удаленные наблюдения на БТА. С ПК в локальной сети САО (с расстояния 5км от БТА) провели наблюдение, контроль и управление 6-ти метровым оптическим телескопом.

2000г. - видеосервер оснащен более быстродействующим PCI грабером VS-60, что позволило обрабатывать на порядок большую видеоинформацию и, как следствие, создать и внедрить мультимедийные средства маршрутизации в основные информационные каналы сети SAONET.

2001 - оснащение ТВ комплекса БТА web-камерами. Прямо сейчас в режиме прямой трансляции работает веб-камера подкупольного пространства БТА, которую можно посмотреть на http://www.sao.ru/hq/komarov/webcam/webcam.htm.

Майоров: И это значит можно в любое время посмотреть, что там на БТА и как он выглядит через интернет?

Комаров: Да, можно.

Майоров: А каково сейчас участие телевизионной техники при работе БТА?

Комаров: Еще совсем недавно астроному-наблюдателю приходилось получать изображения на фотопластинках, работая непосредственно в фокусе телескопа. Первичный же фокус оптического Большого Телескопа Азимутального (БТА) с диаметром зеркала 6м - это тесная кабинка, которая при наблюдениях поднимается на высоту более 20м. И наблюдатель работает там всю ночь при температуре окружающей среды, а зимой может быть и -20С. Конечно, не каждый выдержит... И если одни ломают головы, как построить еще большие телескопы, то другие - как передать без искажений изображения звезд из фокуса телескопа как можно подальше от него туда, где тепло и уютно.

С появлением телевизионных приемников изображений оказалось возможным перевести контроль за наведением на объект, отождествлением и гидированием в режим телевизионного мониторинга. Это позволило увести астрономов-наблюдателей непосредственно от приемников изображений в фокусе телескопа и создать рабочие места дистанционного наблюдения (аппаратная), где стали концентрироваться средства контроля и управления наблюдательной астрономической аппаратурой.

Майоров: Ушла, значит, романтика. Кроме как в дисплей и смотреть-то некуда.

Комаров: Да, но постоянно бегать открывать окна, чтобы увидеть не надвигается ли грозовая туча, тоже, согласитесь, не романтика. Поэтому телевизионные камеры стали составной частью наблюдательных программ. Но данный контроль продолжал оставаться визуальным на видео-контрольных устройствах (ВКУ).

Большие же возможности открываются при оцифровке телевизионных сигналов:

одновременный контроль за работой телеустройств на одном компьютере;
компьютерная обработка сигналов;
сложение кадров;
запись в архив;
гидирование объектов;
вывод текущих изображений в компьютерную сеть и Интернет.

Это удалось реализовать, создав единую видеосеть на 6-м оптическом телескопе БТА, на котором имеется 3 фокуса, в которых устанавливается наблюдательная астрономическая аппаратура:

первичный фокус с F=24m;
два вторичных фокуса Нэсмит: Н1 и Н2 с F=182m.

От аппаратной БТА, с учетом длины линий связи, эти фокуса удалены, в среднем, на расстояния (160 - 200)м. Эти характеристики телескопа и определили структуру и технические параметры видеосети БТА (см.рис). Видеосеть БТА представляет собой телевизионный комплекс, в котором сигналы от всех телекамер поступают в единый видеосервер для дальнейшей оцифровки, компьютерного контроля и обработки телеизображений на рабочем месте астронома-наблюдателя.

Видеосервер БТА создан на базе ПК Pentium MMX 200, в котором установлен фрейм-грабер VS-56/VS60 и имеет входы для 4-х независимых телевизионных аналоговых сигналов с программно управляемым выбором одного из них для последующей оцифровки видеоизображения.

Майоров: Пентиум - это круто!

Комаров: Да, техника сейчас устаревает очень быстро, но для данного класса задач нас такие мощности вполне удовлетворяют. Судите сами,

I. Сейчас в составе комплекса:

Грабер телевизионных сигналов - контроллеры VS-56 и VS60. Предназначен для ввода телевизионных изображений в ЭВМ. Вместо телевизионного сигнала возможна обработка любого другого аналогового сигнала (включая сигналы с медленных сканирующих устройств).
Телевизионные камеры поля и щелей диафрагм спектрографов в трех фокусах БТА.
Телевизионные камеры наружного наблюдения за облачной обстановкой неба над БТА.
Устройства управления телевизионными камерами и ВКУ.
Коммуникационные линии связи.
Необходимое программное обеспечение.

Функциональная схема видеосети БТА САО РАН

1 - ТВ камеры в первичном фокусе PF (ISIT,ICCD)
2,3 - ТВ подсмотры поля в фокусах N1 и N2 (IICCD,ISIT)
4,5 - ТВ подсмотры щели в фокусах N1 и N2 ISIT,ICCD)
6 - ТВ камера телегида Gid (IICCD)
7 - 100град.обзор околозенитной области неба над БТА (CCD)
8 - 30град.панорамный обзор неба над БТА (SIT)

II. Возможности комплекса:

получение доступа к телевизионным каналам БТА с любого рабочего места в компьютерной сети САО РАН
одновременная работа с 4-мя телевизионными сигналами
дистанционное управление работой широкоугольного обзора неба над БТА
накопление сигнала на чипе ПЗС камеры широкоугольного обзора неба
обработка одиночных кадров
сложение любого количества кадров
периодическое обновление обрабатываемых изображений с визуализацией процесса на мониторе компьютера или на ВКУ
запись в архив одиночных кадров или результата покадрового накопления с целью сохранения информации в стандартных форматах (IPG,GIF,FITS)
дистанционное управление процессом работы комплекса.

III. Матобеспечение комплекса:
Цифровая видеосеть требует адекватного программного обеспечения в части:

управления режимами работы ТВ камер;
внедрение в изображение необходимых маркерных сигналов;
отождествления объекта;
накопления изображения и покадрового усреднения;
автогидирования объекта;
записи изображений в архив.

В современных телевизионных кодерах многие эти функции заложены аппаратно и программно. При использовании грабера большинство таких программ необходимо создавать с нуля.

Программы управления видеосервером, обработкой телевизионной информации написаны в OC LINUX и позволяют подключаться к видеосерверу с любого компьютера в локальной сети САО с независимой обработкой наблюдаемых изображений на локальных компьютерах. Для ускорения процесса считывания сервер может обрабатывать не полный кадр, а только его часть (фрейм).

И для этого всего нам вполне достаточно Pentium-200.

Майоров: Видно, что работа проведена большая и все это совсем не просто. Одно слово - комплекс.
Следующий шаг - увеличить кабели на несколько километров и сидеть дома, а потом прицепить все это на совсем удаленный доступ и жить в Москве, Урюпинске или на Сейшельских островах.

Комаров: Именно это я и хочу сказать. Установив, кроме основных телекамер контроля за объектами наблюдений, погодные камеры обзора ночного неба над БТА, мы, в настоящее время, получаем возможность передачи изображений в Интернет через web-страницу САО. Кроме этого, также планируется дополнить рабочее место астронома-наблюдателя средствами аудио-видео связи, что позволит астрономам полноценно участвовать в процессе наблюдений, не поднимаясь на БТА.

На этой базе появляется возможность организации через Интернет видеоконференц-связи с непосредственным участием в процессе наблюдений, что позволит в дальнейшем не только видеть через Интернет процесс астрономических наблюдений, но и проводить наблюдения.

А так как БТА - это целый комплекс, в который, помимо 6-ти метрового оптического телескопа, входят и телескопы поменьше, расположенные рядом: это 1м и 60см телескопы Цейсс-1000 и Цейсс-600, то есть перспективы управлять целым комплексом оптических телескопов.

(К разговору присоединился М. Семин.)

Семин: Владимир! А как дела у Сергея Маркелова? Когда я был в САО РАН он показал мне разработку его группы - многоэлементный CCD приемник с возможностью накопления часами и шумом считывания меньше одного электрона. Интересно, когда БТА будет смотреть в глубины мироздания этим глазом?

Комаров: Могу сказать, только одно: дольше всех светятся окна лаборатории Маркелова.

Семин: Может быть мы здесь не столь поэтичны и более того прагматичны, но не дает покоя мысль о том, что как нет предела совершенствованию (в смысле неисчерпаемости того же электрона) так и, извиняясь за излишнюю прагматичность, не пора ли перенести этот уникальный прибор в главный фокус главного телескопа страны, а там, гляди, и (совсем уж сильно извиняюсь за прагматичность) и очень дорого продать его.

Комаров: Нас не учили продавать:

Семин: А...., это как в мультике: -"Тили-тили, трали-вали...". Довольно современным мультик оказался. А как на это смотрит Юрий Юрьевич, такой прибор и только в лаборатории?! И потом, туриста в космос уже запускали, а у вас: и природа и гостиничный комплекс (вполне на уровне) и история техники и древние памятники и глубины мироздания, а, если по Интернету?

Комаров: Михаил Сергеевич! .Я конечно, Владимир Владимирович, но, ....

Семин: Так-то оно так. Но ведь когда-то "надо нАчать, чтобы процесс пошел".