Ciao a tutti e ben ritrovati dalla pausa estiva.

Penso sia arrivato il momento di incominciare a scrivere qualcosa relativamente all’astrofotografia piu “spiccia”; nella mia testa gira l’idea di spiegare un pò per sommi capi qual è il work flow che può po aiutarci ad effettuare corrette immagini della volta celeste. Questa specie di tutorial (che tutorial non è…)  è quindi rivolto principalmente a chi si vuole cimentare in fotografia astronomica. Bene o male, da quel poco che vedo, a tutti interessa almeno capire come funziona una foto astronomica e quali sono i passaggi chiave per ottenere una immagine astronomica. In questa serie di articoli vorrei riuscire a trasmettere alcuni concetti chiave, partendo però come base dalla calibrazione delle immagini. Questa scelta è stata dettata dal fatto che molti astrofotografi neofiti già hanno effettuato alcuni scatti e si trovano con immagini difficilmente gestibili. PEr questo motivo, inizio da qua il percorso, in modo che già da stanotte si possa sapere cosa è bene fare sul campo. Tutto quanto concerne strumenti, autoguida, campionamenti, elaborazione etc. lo vorrei spiegare in futuro mano a mano che crescerà anche la mia esperienza. Bene, vediamo di essere chiari e di fare un lavoro apprezzabile

Le fasi che portano l’astrofotografia ad essere un lavoro ben fatto sono sostanzialmente 3

  1. acquisizione e calibrazione
  2. Sviluppo
  3. Elaborazione estetica.

Scegliere il tipo di fotografia di interesse

In prima analisi penso sia opportuno capire cosa vogliamo fotografare perchè in base a questa scelta dipenderà poi il tipo di lavoro che si andrà a fare. Le fotografie piu comuni sono le seguenti

a) Scientifica Amatoriale

b) Planetaria / Lunare

c) Profondo Cielo o Deep Sky

Scientifica: Inutile dire che la fotografia scientifica amatoriale sia la piu complessa, in quanto si devono sostanzialmente estrapolare dati dalle immagini che abbiano un valore prossimo alla realtà e che quindi richiedono non solo una calibrazione perfetta ma anche una stima statistica dell’errore, l’anteposizione di filtri fotometrici in alcuni casi, calcoli sull’estinzione galattica etc.etc. Non che questo sia impossibile, ma a patto di studiare stelle doppie con rilevazioni astrometriche relativamente semplici, non penso sia il caso di cimentarsi da neofiti se prima non si effettuano studi appropriati (lo dico perchè ci ho provato e ancora non ci sono riuscito! 😀 )

Planetario / Lunare: In questo caso, le difficoltà dipendono principalmente dalla quantità di dettagli che si vogliono raccogliere. Sicuramente è opportuna una lunga focale per i pianeti, mentre per la luna si passa dai comunissimi cellulari smartphone appoggiati sull’oculare (che seppur tecnicamente rappresenta un’obrobrietà, debbo riconoscere che qualcuno è riuscito ad ottenere risultati oltre le aspettative) alle comuni reflex per andare ai CCD astronomici in grado di riprendere Video. In buona sostanza, per la fotografia planetaria, la tecnica base vede piu l’aquisizione di video che di singoli scatti. La tecnica di base consiste nel riprendere per alcuni secondi il pianeta, poi scomporre il video con un software apposito (ad esempio Autostakkert che va benissimo ed è free) che avrò il compito di scegliere i migliori frame e sommarli tra loro. Poi vedremo perchè vanno sommati…l’importante è sapere in questa fase che se ci si vuole cimentare in fotografia planetaria, si hanno migliori risultati con un video effettuato tramite webcam piuttosto che con scatti singoli di una Reflex

Profondo Cielo: è ciò a cui si ambisce il piu delle volte. Galassie, ammassi globulari, nebulose a riflessione, nebulose a emissione, nebulose oscure, alla boscaiola con panna prosciutto e piselli, alle cozze, all’amatriciana con il guanciale (mi raccomando,. non la pancetta, ma il guanciale!) e chi piu ne ha piu ne metta. Questo è il tipo di fotografia piu impegnativa in fase di ripresa, e forse anche la piu noiosa perchè l’ottenimento di una foto ha tempi biblici e richiede un setup di un certo costo e con un funzionamento garantito per tutta una notte. Per dare un’idea, mentre per un pianeta come Giove possono essere sufficienti video da 30/40 secondi, per una foto astronomica possono essere necessarie anche diverse notti. In linea generale, per fare una immagine deep sky con una reflex, si ottiene una quantità sufficiente di dati dai 30 scatti in su sullo stesso oggetto, con una durata per ogni scatto che va dai 30 secondi fino ai 10 minuti e piu (dipende poi dall’oggetto, non è una regola ma una indicazione). Se si vuole invece approcciare alla banda stretta (quindi apposizione di filtri selettivi su un sensore mono) possono volerci notti intere e sicuramente piu di una. Anche in questo caso, come nel planetario, le immagini singole andranno poi calibrate e sommate o mediate tra di loro.

In questa fase ho volutamente tralasciato la fotografia di comete ed asteroidi, un pò per inesperienza (ho fatto due comete ma non sono un fotografo cometario abituale) e un pò per evitare di allargare troppo il discorso.

PERCHE’ BISOGNA SOMMARE I FRAME?

Quando apriamo un otturatore di una reflex o quando decidiamo di acquisire digitalmente una immagine, il primo step che avviene è la generazione di rumore. Questo aspetto è valido sia per la fotografia diurna che per quella notturna, con la differenza che mentre nella fotografia diurna nella maggior parte dei casi il segnale è talmente “forte” da far passare il rumore in secondo piano, nella fotografia astronomica la questione si inverte e quindi il rumore diventa un pò una minaccia da tenere a bada.  Gli aspetti principali su cui porre attenzione sono

a) il rapporto tra il segnale e il rumore

b) il rumore termico generato dal sensore che nelle condizioni di acquisizione scalda e genera disturbo nell’immagine.

Il rapporto tra il segnale rumore è praticamente il rapporto che sussiste tra il segnale “buono” (che è quello che ci servirà per ottenere l’immagine) e il rumore generato durante lo scatto. Il rumore, cosi come il segnale, aumenta con l’aumentare della durata delle pose: una immagine di 30 secondi avrà un rumore e un segnale piu basso rispetto ad una immagine da 5 minuti, o 10 minuti, 0 15 minuti e via discorrendo. Ecco quindi che si fa strada la necessità di dare piu “forza” al segnale, soprattutto nelle parti deboli dell’oggetto ripreso che rischiano di venire soffocate e confuse dal rumore diventando quindi non facilmente elaborabili nella singola posa. Ecco spiegato il motivo per cui è necessario avere un numero sufficiente di immagini dello stesso soggetto: la gestione del segnale cosiddetto “buono”.

Work Flow Astrofotografia: I Files di Calibrazione

ovvero

BIAS, DARK, FLAT

Qualsiasi immagine ottenuta da un dispositivo di imaging accoppiata a un telescopio presenta tre tipi di aberrazione: rumore elettronico, rumore di acquisizione ed infine aberrazioni varie introdotte da polvere e vignettatura.

Vediamo nel dettaglio

a) rumore dell’elettronica: è quel rumore generato dall’elettronica di gestione del sensore. Questo tipo di rumore viene gestito tramite dei frame appositi che vanno scattati con il proprio dispositivo. Il rumore è di tipo casuale, cioè non sempre i pixel su cui si registra il rumore in una immagine singola, riporteranno un rumore costante nelle successive immagini.

b) Rumore di autoirraggiamento, o rumore “del sensore” (per capirci): è quel rumore che si genera durante l’esposizione ed è il rumore “proprio” del sensore. Essendo che il rumore aumenta all’aumentare della temperatura del sensore e quindi dell’esposizione dello stesso alla luce, è opportuno considerare la temperatura a cui lavora (se abbiamo un ccd raffreddato con cella di peltier a temperatura gestibile) oppure la temperatura esterna (se abbiamo una reflex con temperatura del sensore non gestibile). Questo tipo di rumore è casuale come per i bias.

c) Aberrazioni varie: sono generate dalla configurazione ottica e dalla polvere. Estremizziamo un esempio: se io scattassi una immagine con un telescopio che possiede un focheggiatore piccolo (esempio da 31,8 mm) utilizzando un sensore grande come un campo da calcio (cit.Astrobond)  su cui ho banchettato la sera prima con salsiccie ciambella e vino, nelle mie immagini si vedrà sia una vignettatura spaventosa ai bordi a causa della caduta di luce dovuta all’occlusione del focheggiatore sui bordi del sensore, che  ovviamente alcune zone piu scure all’interno dell’immagine date dai bagordi della nottata precedente. Prima regola: mai mangiare salsiccie sul sensore perchè è molto delicato e va tenuto con tutti i carismi…eventualmente se non siete astrofili neofiti ma astrofili ciccioni, è bene pulire il sensore prima utilizzarlo.

Vediamo quindi come correggere o meglio “gestire” questi tre tipi di disturbi nella fotografia astronomica

a) BIAS: i bias sono immagini ottenute con il minor valore di esposizione possibile, perchè servono per identificare e “isolare” il rumore generato dall’elettronica quindi il sensore non deve lavorare o deve lavorare alla minor esposizione possibile. Per eseguire questo tipo di immagine, è obbligatorio mettere il tappo al telescopio perchè non ci serve informazione di luce, ma solo informazione di rumore. Quindi molto semplicemente, si prende il tappo del telescopio, si chiude l0 strumento e si scattano immagini scure. Questo tipo di immagine è possibile scattarla anche con il dispositivo non collegato al telescopio, l’importante è che il sensore sia “tappato” perfettamente in quanto nessun tipo di luce deve colpire il sensore. Nelle reflex, il valore di esposizione minimo passa da 1/4000 a 1/8000. Gli iso utilizzati devono essere gli stessi di quelli della ripresa

bias

b) DARK: i dark Frame sono invece immagini della componente di rumore generata nelle stesse condizioni delle esposizioni, in termini sia di temperatura che di durata. La procedura è analoga ai bias, l’unica cosa che cambia è la durata dello scatto che deve essere identico. Se scatti quindi una immagine di un oggetto di 3 minuti, il dark deve essere di 3 minuti. Come per i bias valgono le stesse impostazioni di iso.

dark

c) FLAT: Veniamo quindi all’ultimo tipo di file di calibrazione, il piu delicato. Come dicevamo prima, il Flat è l’immagine che registra tutto ciò che concerne aberrazioni di vignettatura e polvere sul sensore. E’ la piu delicata perchè si deve fare sul momento, a fine esposizioni, e non bisogna nè staccare la macchina, nè ruotarla, nè muovere il fuoco. Attenzione, perchè toccare il setup in questa fase significa perdere il reale utilizzo del Flat. Questo si ottiene quindi scattando su una superficie illuminata (quindi niente tappi davanti al telescopio) che sia uniforme. La durata dello scatto dipende da molti fattori, non ho trovato ancora una metodologia universale e ci sono diverse scuole di pensiero. Solitamente io mi tengo tra 1/3  e metà della dinamica, cioè se ho un software di ripresa che mi fornisce sull’immagine un valore in ADU, cerco un valore prossimo a questo valore. Esempio: una reflex lavora solitamente a 14 bit. Tradotti in ADU significa che ci sono circa 16000 livelli di grigi. Scattando un flat, io ritengo un buon compromesso arrivare ad un massimo di 6/7000 ADU, cioè poco sotto la meta e poco oltre a 1/3. SE utilizzo un CCD a 16 bit i livelli di grigi sono 65.000 circa. Quindi il mio flat avrà un range di ADU che va da 20.000 a 30.000. Il valore corretto in realtà dipenderebbe dal fondocielo, ma non posso complicare troppo. Di sicuro è bene stare attenti perchè un flat sovraesposto convertirà le macchie scure della polvere in macchie chiare nell’immagine finale. Mentre un flat sottoesposto potrebbe non essere sufficiente a correggere tutte le aberrazioni. Volendo possiamo anche osservare l’istogramma nelle impostazioni della reflex e osservare se con  l’esposizione scelta, la parte sinistra della curva si trova a metà o 1/3.

Ecco un esempio di flat, guardate quante aberrazioni..qua c’è tutto, vignettura, polvere e salsiccie.

flat

Le superfici uniformi possono essere diverse: o si riprende il cielo all’alba (mai fatto) oppure se il diametro lo consente si antepone un I-pad et simila con un jpg bianco in visualizzazione, diminuendo la luminosità dello schermo. O molto piu semplicemente si può acquistare a un costo non proprio irrisorio una flat box, oppure se sapete fare con elettronica, se ne può costruire uno e ci sono molti tutorial in giro.

La cosa fondamentale è quindi ottenere degli scatti di FLAT riprendendo superfici illuminate uniformemente e osservare che il risultato del nostro scatto si ponga a 1/3 o metà dell’istogramma.

Un esempio di operatività e Numero di scatti di calibrazione

Andiamo adesso a vedere come sono solito io procedere. Non è garantito sia una procedura corretta al massimo, sicuramente ci possono essere altre strade. Ma io conosco questa e quindi mi limito a spiegare il mio modo.

a) inizio serata: a inizio serata comincio le riprese. In genere cerco sempre di mantenere una durata degli scatti standard (a  ISO 800 se lavoro con Canon). Le mie durate classiche sono 2 minuti, 3 minuti, 5 minuti, 7 minuti,  10 minuti. Opero in questo modo perchè mi facilità poi la creazione dei DARK. Considerando che io scatto un solo oggetto a sera (raccomandato!) se la mia sequenza vede la genereazione di 30 scatti dell’oggetto di 5 minuti, a fine serata mi basterà effettuare i DARK di 5 minuti e sono a posto. Diversamente se dovessi cambiare tempi di esposizione, dovrò scattare (n)serie di dark per (n)tempi di esposizione

Il numero dei dark da scattare variano da 5 a 10. Questo perchè essendo il rumore una componente casuale, si entra nel campo della statistica. Quindi effettuando in trattamento immagini una calibrazione con 5 dark composti tramite una mediana statistica (poi vedremo come) otterremo una rilevazione del rumore quanto piu veritiera possibile.

b) A fine serata: scatto i flat. Metto il telescopio verso l’azimut, la flat box (o il pad) lo metto sull’apertura del telescopio e inizio a scattare.

c) Infine inizio a smontare l’attrezzatura: bene è il momento buono per scattare i miei tanto amati dark.

Manca qualcosa? Si..i bias giusto? bene, allora..i bias io li applico qualora non abbia a disposizione i dark, dal momento che il dark già contiene di per se l’informazione di rumore elettronico. Oppure, li applico nel momento in cui ho scatti dell’oggetto di 5 minuti, e dark di 3 minuti scattati in altre serate. In questo caso applico anche i bias in modo da poter “insegnare” al software qual è il rumore elettronico di fondo di cui tener conto.

Quante immagini di calibrazione effettuo? Presto detto..in generale: n.5 scatti dark (o 10 se ho tempo), n.15 scatti flat. Bias, se necessario, ne scatto 20.

L’APPLICAZIONE DEI FILE DI CALIBRAZIONE

Una volta terminata la fase di acquisizione (di cui è bene ricordare che le calibrazioni fanno parte!) si passa all’editing. Anche qua ci sono diversi software che permettono di applicare immagini di calibrazione ai propri scatti e ci sono diverse scuole di pensiero: c’è chi preferisce creare dei master già mediati (quindi, si prendono i bias si mediano tra loro e si crea il master bias, si prendono i dark si mediano tra loro e si crea il master dark etc) e chi invece si limita a fornire al software tutti i file identificandoli come dark, flat e bias e far ragionare i processori sulle medie etc. Io personalmente adotto una procedura singola, definita “in batch” che prevede la calibrazione di ogni singola immagine con i master, ma questo lo vedremo in altri tutorial.

Se siete neofiti come me ed avete a disposizione tutto il materiale che ho appena descritto derivante dall’ultima serata di astrofotografia, allora è il momento di parlare di come far sposare i file di calibrazione alle nostre immagini. Uno dei software free che funziona meglio è sicuramente Deep Sky Stacker il cui funzionamento è molto semplice e consiglio la lettura dei tutorial in giro. Possiamo invece parlare di come è opportuno settare il software affinchè la calibrazione abbia successo, con le seguenti impostazioni

a) serie di bias: metodo di composizione MEDIAN. (dovuto al fatto che serve una mediana statistica essendo rumore casuale)

b) serie di dark: metodo di composizione MEDIAN (idem come sopra)

c) serie di Flat: metodo di composizione AVERAGE (quindi una media pura, dal momento che questa non è una immagine che si basa su statistica ma è ben definita)

INFINE UN ESEMPIO

Ecco infine un esempio dell’intervento che viene effettuato sui file immagine ben calibrati, con questa gif che ho creato appositamente. Vedrete come l’applicazione delle calibrazioni correggeranno l’immagine, sia per la vignettatura che per la componente rumore.

questa

A presto con altri articoli su questo bellissimo argomento.

 

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