Jacek Bobowik „Od laika do astrofotografika”

2 października 2012

17 |

S t r o n a

Część VII „Darki” i inne strony mocy
zbieranego materiału

W astrofotografii główny sygnał, którym jesteśmy
zainteresowani

pochodzi

od

fotonów

światła

wyzwolonych z obiektów astronomicznych, jednak
pozyskanie go w czystej postaci jest bardzo trudne,
można się pokusić o stwierdzenie, że nawet wręcz
niemożliwe.

Światłoczułe elementy naszej matrycy cyfrowej zwane pikselami, ze względu na pewne
niedoskonałości ich budowy, zasilania, jak i samego rejestrowanego sygnału, generują niepożądane
dla czystości wynikowego obrazu zakłócenia. Powstają różne szumy, które w większości wraz z
wydłużającym się czasem naświetlania i rosnącą temperaturą mocniej się nasilają. Gdy ilość nośników
wygenerowanych przez światło znacznie przeważa, szum nie dominuje. Gdy światła jest mało, tak jak
w naszym przypadku, wzmacnia się sygnał związany z szumem, zwiększając jego udział w finalnym
zdjęciu.

Obiekty głębokiego nieba jak wcześniej wspominaliśmy będą wymagały naświetlania liczonego w
minutach ekspozycji. Szumy na pojedynczej klatce będą zwykle mocno zauważalne. Do tych zakłóceń
dołączą czasami jeszcze nierównomiernie czułe piksele matrycy (hot pixels), przelatujące satelity lub
samoloty, zabrudzenia i przesłonięcia w torze optycznym, wpływ promieniowania kosmicznego.

Z częścią szumów będziemy mogli skutecznie się zmierzyć z jednej strony obniżając temperaturę
pracy matrycy, na co powinny nam pozwolić specjalnie skonstruowane na te okoliczności
dedykowane do astrofotografii kamery, z drugiej zaś wykorzystując losowość ich występowania
wykonaniem w zależności od detektora odpowiednio dużej ilości klatek, co pozwoli przy
zastosowaniu dedykowanych do tego celu algorytmów w procesie uśredniania na ich znaczące
osłabienie.

Do usuwania części niechcianych zakłóceń, przeważnie pozbawionych losowości w występowaniu,
które można by wyeliminować uśrednianiem, posłużą nam tak zwane klatki kalibracyjne: Dark, Bias,
Flat.

Dark wyeliminuje nam część własnych zakłóceń matrycy, które powstają podczas długiego czasu
naświetlania. Bias pozwoli nam pozbyć się w wynikowej fotografii szumów odczytu matrycy i
zakłóceń, które wynikają z negatywnych wpływów pracy przetwornika i pozostałych podzespołów.
Flat będzie miał za zadanie zminimalizować efekty związane z niedoskonałością optyki oraz
ewentualnymi zabrudzeniami matrycy.

Istnieje także metoda nazywana Dithering, oferowana przez niektóre programy odpowiedzialne za
planowanie, automatyzację i wsparcie przy pozyskiwaniu materiału, która polega na przesuwaniu o
zadaną liczbę pikseli kolejnych ekspozycji względem siebie. Taki zabieg pozwala na zasymulowanie
losowości występowania zakłóceń, które naturalnie są stałe, co następnie pozwoli na ich osłabienie
lub całkowite wyeliminowanie przez algorytmy uśredniania.

Jacek Bobowik „Od laika do astrofotografika”

2 października 2012

18 |

S t r o n a

Często ograniczona pojemność studni potencjału przy nieoptymalnie dobranym czasie naświetlania
spowoduje wysycenie pikseli objawiające się prześwietlonymi obszarami w wynikowym obrazie lub
wpływ zaświetlenia fotografowanego nieba przeważy nad rejestrowanym sygnałem. Będzie to
wymagało od nas doświadczalnego dostosowania czasu
naświetlania

pojedynczej

klatki

do

możliwości

używanego

detektora

i

panujących

warunków

związanych z zanieczyszczeniem naszego nieba światłem.

Dobierając optymalny czas ekspozycji starajmy się, aby
nasze tło, czyli początek gwałtownego wzrostu wartości
histogramu nie przekraczało 10% skali jasności naszego
zdjęcia, a maksymalne wartości kształtowały się w
okolicach 20%

Fotografowanie planet i księżyca, znacznie jaśniejszych od obiektów głębokiego nieba, będzie
wymagało od nas zastosowania nieporównywalnie krótszych czasów. Część zakłóceń, które nasilają
się wprost proporcjonalnie do długości naświetlania nie będzie nam doskwierać, ale krótsze ujęcia
będą znacznie czulsze na niekorzystne wpływy oddziaływania atmosfery. Turbulencje te mają
charakter losowy, co powoduje, że przy odpowiednio dużej ilości klatek, wcześniej poddanych
kontroli jakości w celu wybrania najlepszych, przy zastosowaniu algorytmów uśredniania, jesteśmy w
stanie finalnie uzyskać obraz bliższy rzeczywistości.

Przy długoczasowej astrofotografii pozyskiwanie materiału w ramach sesji, który składa się z wielu
klatek, często naświetlanych przez różne filtry będzie dla podniesienia efektywności i wygody często
wspierane przez różne oprogramowania. W MaximDL opcja Autosave Setup pozwoli nam wcześniej
rozplanować pod kątem szczegółów ekspozycji całą sesję, co znacznie ułatwi nam późniejszą nocną
pracę.

Jacek Bobowik „Od laika do astrofotografika”

2 października 2012

19 |

S t r o n a

Kalibracyjne klatki możemy przygotować, przy możliwości zachowania pewnych zasad poza sesją,
która powinna zwykle maksymalizować wykorzystanie odpowiednich dla astrofotografii warunków
do pozyskiwania sygnału fotografowanego obiektu.

Dark i Bias są ekspozycjami, które muszą być wykonywane bez dostępu światła docierającego do
matrycy i w tej samej temperaturze i czułości detektora, co klatki z sygnałem głównym. Mając, więc
do dyspozycji dedykowaną kamerę do astrofotografii z regulowaną temperaturą komory matrycy,
możemy wcześniej przygotować sobie bibliotekę takich ekspozycji dla temperatur, w których później
będziemy utrzymywać matrycę przy fotografowaniu obiektów głębokiego nieba. Klatki Dark
naświetlamy z takim samym czasem co klatki główne, a Bias z najkrótszym możliwym czasem, jaki
udostępnia nam nasza kamera/aparat.

Flat powinien być wykonywany przy możliwie niskiej
czułości detektora dokładnie w tej samej konfiguracji
i orientacji mocowania kamery oraz pozycji ostrości
jak ekspozycje z fotografowanym obiektem. Celem
powinien być równomiernie oświetlony obiekt,
najlepiej w odległości niepowodującej na nim
wyostrzenia obrazu. Czas naświetlania należy dobrać
tak, aby maksymalne wartości histogramu znalazły się
w okolicach 50% skali jasności.

Wszystkie klatki kalibracyjne powinny być wykonane w zależności od detektora w odpowiednio dużej
ilości , co pozwoli wyeliminować w procesie uśredniania pojawiające się szumy od strony urządzenia.