i. Zrozumienie problemu:hałas w astrofotografii
* Dlaczego jest hałas? Hałas cyfrowy powstaje z kilku źródeł:
* szum termiczny (prąd ciemny): Ciepło w czujniku aparatu generuje niechciane sygnały. Jest to szczególnie problematyczne w przypadku długich ekspozycji powszechnych w astrofotografii.
* odczyt szalony: Szum elektroniczny generowany podczas odczytu czujnika po ekspozycji.
* hałas strzał (hałas Poissona): Fluktuacje statystyczne liczby fotonów uderzających w każdy piksel. Jest to nieodłącznie związane z naturą światła i wpływa na wszystkie obrazy, ale staje się bardziej zauważalne ze słabymi sygnałami.
* Wzmacniacz Glow: Niektóre czujniki wykazują niechciany blask w zakątkach lub krawędziach obrazu.
* Zanieczyszczenie światła: Niepożądane światło otoczenia przyczynia się do hałasu.
* stosunek sygnału do szumu (SNR): Kluczowa koncepcja. SNR jest stosunkiem pożądanego sygnału astronomicznego (światło od gwiazd, mgławicy, galaktyki) do niechcianego szumu. Zwiększenie SNR jest głównym celem układania.
ii. Rozwiązanie:układanie ekspozycji
* Zasada: Biorąc wiele ekspozycji tego samego celu i uśredniając je razem, sygnał (obiekty astronomiczne) sumuje się liniowo, podczas gdy szum losowo sumuje się (najlepiej, jako pierwiastek kwadratowy liczby obrazów). To dramatycznie poprawia SNR.
* Korzyści:
* Zmniejszony szum: Jak wyjaśniono powyżej.
* Zwiększony zakres dynamiczny: Oddaje szerszy zakres poziomów jasności.
* ujawnił słabsze szczegóły: Hałas przesłania słabe przedmioty; Ustaw je ujawnia.
* łagodzone efekty złych pikseli: Stosowanie pomaga wygładzić skutki poszczególnych złych lub „gorących” pikseli.
iii. Przepływ pracy:od przechwytywania do ostatecznego obrazu
a. Akwizycja obrazu (fotografowanie)
1. Ustawienia aparatu:
* ISO (Gain): Eksperymentuj, aby znaleźć optymalne ISO dla aparatu. Zbyt niski, a możesz niedostatecznie przesyłać i wzmacniać szum odczytu podczas przetwarzania. Zbyt wysoko i możesz nasycić gwiazdy lub generować nadmierny szum termiczny. * Zwiększenie jedności* (gdzie 1 elektron =1 ADU) jest często dobrym punktem wyjścia. Wiele nowoczesnych kamer ma ustawienia ISO „niskiego odczytu”.
* apertura: Użyj obiektywu lub teleskopu w najszerszym możliwym otworze (najniższym numerze F), aby zebrać najwięcej światła.
* Focus: Osiągnij precyzyjne skupienie przy użyciu maski Bahtinova, maski Hartmann lub elektronicznej pomocy skupienia. Niewielkie błędy ostrości zrujnują twoje wysiłki w stos.
* Czas ekspozycji: Eksperyment, aby znaleźć optymalny czas ekspozycji, który rejestruje szczegóły bez nadmiernego spływu gwiazdy (przy użyciu niewykształconego mocowania) lub nadmiernej eksploatacji jasnych gwiazd. „Reguła 500” (500 / ogniskowa =maksymalny czas ekspozycji) jest punktem wyjścia, ale użyj bardziej precyzyjnej formuły, biorąc pod uwagę rozmiar piksela czujnika kamery. W przypadku mocowania z przewodnikiem często pożądane są dłuższe ekspozycje (np. 3-10 minut).
* Format obrazu: Strzelaj w surowym formacie (np. .Cr2, .nef, .arw). To zachowuje najwięcej danych obrazu i pozwala na większą elastyczność podczas przetwarzania.
* Unikaj przycinania podświetleń: Upewnij się, że nie prześwietlasz najjaśniejszych części obrazu (gwiazdy). Aby to monitorować, użyj histogramu aparatu. Zachowaj najjaśniejsze szczyty tuż poniżej nasycenia.
2. Liczba ekspozycji:
* Więcej jest ogólnie lepsze, ale są malejące zwroty. Dobrym punktem wyjścia jest co najmniej 10-20 klatek lekkich. Celować w 30-50 lub jeszcze więcej, jeśli to możliwe.
3. montaż i śledzenie (niezbędne dla obiektów głębokich):
* Mount równikowy: Kluczowe dla śledzenia pozornego ruchu gwiazd spowodowanych rotacją Ziemi. Niemiecki górę równikową (klejnot) jest typem powszechnym.
* przewodnictwo (opcjonalnie, ale wysoce zalecane): Automatyczne prowadzenie używa osobnego aparatu i teleskopu do precyzyjnego monitorowania gwiazdy przewodnika i poprawności pod kątem wszelkich błędów śledzenia w uchwycie. Pozwala to na znacznie dłuższe ekspozycje.
4. Ramy kalibracji (kluczowe dla wyników wysokiej jakości): Są to specjalne obrazy wykonane w celu skalibrowania świateł i usunięcia wspólnych wzorów szumów.
* darks: Zrobione z * samym czasem ekspozycji, ISO i temperaturą * jak twoje lekkie ramki, ale z ograniczeniem obiektywu (lub teleskopem pokrytym). Te wychwytują szum termiczny, gorące piksele i blask wzmacniacza. Weź co najmniej 20-30 ciemnych ramek. Niektóre kamery mogą automatycznie odejmować ciemne ramki (długa redukcja szumu ekspozycji), ale lepiej jest obsłużyć ciemne odejmowanie w przetwarzaniu po przetwarzaniu.
* stronniczość (lub przesunięcie): Zrobione z * najkrótszym możliwym czasem ekspozycji i tym samym ISO * co lekkie ramki, z włączoną czapką obiektywu. Te przechwytywanie szumu odczytu i wszelkie inne stałe przesunięcie dodane przez elektronikę kamery. Weź co najmniej 50-100 ramy uprzedzeń.
* Flats: Zrobione z * równomiernie oświetlonej powierzchnią * (np. Ekran tabletu, koszulka rozciągnięta nad teleskopem) umieszczonym przed obiektywem lub teleskopem. Celem Flats jest skorygowanie motków pyłu na czujniku, winietowanie (przyciemnienie w kierunku krawędzi) i nierównomierne oświetlenie w układzie optycznym. Weź 20-30 płaskich ramek. Czas ekspozycji powinien być wystarczająco długi, aby uzyskać dobry sygnał, ale nie tak długo, jak nadmiernie ekspozycja. Cel wartość ADU około 1/3 do 1/2 zakresu dynamicznego aparatu. Przyjmij ponownie mieszkania, jeśli obrócisz aparat lub zmienisz elementy optyczne.
* ciemne mieszkania (opcjonalnie, ale zalecane dla najlepszych wyników): Zrobione z * samym czasem ekspozycji i ISO * jak twoje płaskie ramki, ale z wyłączonym źródłem światła. Kompensują szum termiczny obecny w twoich płaskich ramach. Weź 20-30 ciemnych płaskich ramek.
b. Przetwarzanie wstępne (kalibracja, wyrównanie i układanie)
1. Oprogramowanie: Dostępnych jest kilka opcji oprogramowania. Niektóre popularne opcje obejmują:
* DeepSkyStacker (DSS): Bezpłatny, szeroko stosowany i doskonały dla początkujących.
* PixInsight: Potężny, ale bardziej złożony (i drogi). Uważany za standard branżowy do zaawansowanego przetwarzania astrofotografii.
* Siril: Bezpłatne i open source, zyskując popularność.
* Astro Pixel Processor (App): Kolejna opcja komercyjna o dobrej reputacji.
2. Kalibracja: To pierwszy krok w przetwarzaniu wstępnym. Oprogramowanie będzie wykorzystywać ramy kalibracyjne do usuwania szumu i artefaktów z lekkich ram.
* Dark odejmowanie: Odejmuje ciemną ramkę główną od każdej ramy światła, aby usunąć szum termiczny i gorące piksele.
* Odejmowanie odchylenia: Odejmuje ramkę odchylenia głównego od lekkich ram, ciemnych ramek i płaskich ramek, aby usunąć odczyt szumu i inne przesunięcia elektroniczne.
* płaska korekta: Dzieli klatki światła przez główną płaską ramkę (po odjęciu głównej ramy ciemnej płaski lub uprzedzeń, jeśli dotyczy), aby skorygować motki winietowe i kurzu.
3. wyrównanie (rejestracja): Oprogramowanie analizuje każdą skalibrowaną ramkę światła i wyrównuje je do wspólnej ramki odniesienia. To kompensuje wszelkie niewielkie ruchy teleskopu lub zniekształceń atmosferycznych. Oprogramowanie wyszukuje gwiazdy na każdym obrazie i wykorzystuje je jako punkty odniesienia.
4. Układanie (integracja): Oprogramowanie uśrednia wyrównane klatki światła razem, piksel według piksela. Zmniejsza to szum i zwiększa stosunek sygnału do szumu. Oprogramowanie oferuje różne metody układania:
* Średnie stosowanie: Proste uśrednianie wartości pikseli. Dobry do początkowych wyników.
* Mediana Stacking: Przyjmuje medianę wartości pikseli dla każdego piksela we wszystkich ramkach. Skuteczne w usuwaniu wartości odstających (np. Szlaki satelitarne, promienie kosmiczne).
* Sigma Culpping: Metoda statystyczna, która identyfikuje i odrzuca piksele odstające przed uśrednieniem. Dobry do usuwania hałasu i artefaktów bez utraty słabych szczegółów. DSS korzysta z przycinania Kappa-Sigma, a PixInsight oferuje bardziej zaawansowane opcje.
5. wyjście: Proces układania generuje pojedynczy, skalibowany, wyrównany i układany obraz. Ten obraz jest zwykle w 32-bitowym formacie zmiennoprzecinkowym (np. Tif lub .fit), aby zachować maksymalny zakres dynamiczny.
c. Processing (Enhancement Image)
1. Oprogramowanie: Przetwarzanie po przetwarzaniu jest niezbędne do wydobycia szczegółów na swoim zdjęciu.
* Adobe Photoshop: Wszechstronne narzędzie do edytowania obrazów, ale wymaga wtyczek specjalnie zaprojektowanych do astrofotografii (np. Narzędzia astronomii, akcji Noela Carboni).
* PixInsight: Oferuje kompleksowy pakiet narzędzi do przetwarzania astrofotografii, w tym redukcję szumów, rozciąganie, kalibracja kolorów i ulepszenie szczegółów.
* gimp: Bezpłatna i open source alternatywa dla Photoshopa.
2. Wspólne etapy przetwarzania końcowego:
* rozciąganie (transformacja histogramu): Ułoczony obraz jest zwykle bardzo ciemny. Rozciąganie rozszerza zakres dynamiczny, aby słabe szczegóły były widoczne. Istnieją różne metody, w tym:
* rozciąganie liniowe: Prosta regulacja czarno -białych punktów.
* nieliniowe rozciąganie: Bardziej wyrafinowane metody, takie jak korekty krzywych, wyrównanie histogramu i zamaskowane rozciąganie (PixInsight), aby wydać szczegóły bez nadmiernego przeglądu jaśniejszych obszarów.
* ekstrakcja tła/redukcja: Usuwa gradienty zanieczyszczenia światła i pozostałe nierównomierne oświetlenie. Dynamiczna ekstrakcja tła PixInsight (DBE) i automatyczny ekstraktor tła (ABE) są bardzo mocne.
* Redukcja szumu: Dalsze zmniejsza hałas za pomocą technik takich jak:
* Gaussian Blur: Proste, ale mogą rozmyć szczegóły.
* Multisale Linear Transform (MLT) (PixInsight): Bardziej wyrafinowana technika, która stosuje redukcję szumów w różnych skalach, aby zachować szczegóły.
* tgvdenoise (PixInsight): Zaawansowany algorytm redukcji szumu.
* topaz denoise ai: Komercyjne oprogramowanie do redukcji szumów, bardzo skuteczne, ale wymaga subskrypcji.
* wyostrzenie: Zwiększa drobne szczegóły przy użyciu technik takich jak:
* Maska Unsharp: Klasyczna technika wyostrzenia.
* dekonvolution: Przywraca szczegóły utracone z powodu widzenia atmosferycznego i niedoskonałości optycznych. (Wymaga funkcji rozprzestrzeniania punktów lub PSF)
* Lokalne wyrównanie histogramu (Lhe): Poprawia kontrast w lokalnych regionach obrazu.
* Kalibracja kolorów: Zapewnia dokładne i przyjemne kolory. Metody obejmują:
* Neutralizacja tła: Ustawia niebo tła na neutralny szarość.
* Kalibracja kolorów (PixInsight): Używa kolorów gwiazd do kalibracji ogólnego koloru obrazu.
* Fotometryczna kalibracja kolorów (PixInsight): Używa bazy danych jasności gwiazdy do wykonywania kalibracji kolorów.
* Redukcja gwiazdy (opcjonalnie): Zmniejsza rozmiar i jasność gwiazd, aby podkreślić otaczającą mgławicę lub galaktykę. Przydatne są Starmask Pixinsight i transformacja morfologiczna.
* Ulepszenie kolorów: Zwiększa kolory mgławicy i innych obiektów za pomocą regulacji krzywych, regulacji nasycenia i specjalistycznych technik, takich jak HDR Multiscale Transform.
* końcowe korekty: Dostosuj obraz regulacji jasności, kontrastu, nasycenia i ostrości.
iv. Wskazówki i najlepsze praktyki
* ciemne ramki na końcu: Najlepiej wziąć ciemne ramki natychmiast po klatkach jasnych, podczas gdy aparat jest nadal w tej samej temperaturze.
* Kontrola temperatury: Jeśli to możliwe, użyj schłodzonej kamery CCD, aby zminimalizować szum termiczny. Jeśli korzystasz z DSLR lub aparatu bezlusterkowego, spróbuj strzelać w chłodniejsze noce. Jeśli nie możesz strzelać w chłodną noc, pozwól aparatowi zaaklimatyzować się do temperatury otoczenia przez co najmniej godzinę przed zażywaniem ciemnych ram.
* Eksperyment z ISO: Znajdź optymalne ustawienie ISO dla aparatu, które równoważy siłę sygnału z odczytem szumu.
* precyzyjne skupienie: Niezwykle ważne! Użyj maski Bahtinova lub innej pomocy skupienia.
* Dokładne śledzenie: Dobre śledzenie jest niezbędne do ostrych obrazów, szczególnie w przypadku długich ekspozycji.
* Filtry zanieczyszczenia światłem: Użyj filtrów zanieczyszczenia światła, aby zablokować niechciane światło ze sztucznych źródeł.
* dithering: Nieco przesuń pozycję teleskopu między każdą ekspozycją (o kilka pikseli). Pomaga to wycenić stały szum wzoru i poprawić ogólną jakość obrazu. Większość nowoczesnego oprogramowania do przechwytywania ma opcję dithering.
* Utrzymuj sprzęt w czystości: Na twoich zdjęciach pojawi się kurz czujnik lub optyka. Regularnie czyścić swój sprzęt.
* Ćwicz, ćwicz, ćwicz: Astrofotografia jest trudnym, ale satysfakcjonującym hobby. Nie zniechęcaj się początkowymi wynikami. Ucz się i eksperymentuj!
* Dołącz do społeczności online: Połącz się z innymi astrofotografami, aby uzyskać porady, wskazówki i inspirację.
v. Przykładowy przepływ pracy za pomocą DeepSkyStacker (DSS)
1. Open Light Rames: Załaduj światła ramek do DSS.
2. Otwórz ciemne ramki: Załaduj ciemne ramki.
3. Otwórz płaskie ramki: Załaduj płaskie ramki.
4. Otwórz ramy odchylenia/przesunięcia: Załaduj swoje odchylenie/ramki przesunięcia.
5. Sprawdź „stos po rejestracji zdjęć”
6. Sprawdź „Utwórz maskowane obraz” Pomaga to chronić Twoje dane podczas przetwarzania.
7. kliknij „Sprawdź wszystko.” DSS obliczy następnie, co zrobić z każdą ramą.
8. kliknij „OK” Aby rozpocząć proces rejestracji.
9. kliknij „Zdjęcia stosu.”
10. Wybierz swoje ustawienia: Dla większości celów domyślne ustawienia układania są w porządku. Układanie „przeciętnego” to dobre miejsce na rozpoczęcie. Przycinanie Kappa-Sigma w DSS jest odpowiednie do usuwania odstającego.
11. kliknij „OK”, aby rozpocząć układanie.
12. Po ułożeniu automatycznie pojawi się obraz. Stąd możesz dostosować poziomy i krzywe do smaku. Zapisz obraz jako 16-bitowy plik TIFF w celu dalszego przetwarzania w Photoshopie lub innego edytora obrazu.
Starannie postępując zgodnie z tymi krokami, możesz znacznie zmniejszyć hałas cyfrowy w swoich obrazach astrofotografii i ujawnić ukryte piękno nocnego nieba. Powodzenia i czyste niebo!