Calibrazione Immagini Astronomiche

Calibrazione Immagini con Maxim DL 5 PRO

 

 

Le immagini astronomiche realizzate con sensori CCD o con DSLR (Reflex Digitali), per natura dei sensori stessi, hanno al loro interno informazioni dannose per un corretto risultato, sia dal punto di vista scientifico che da quello puramente estetico. In ogni immagine realizzata su un oggetto astronomico (Posa Oggetto), oltre all’informazione che compone l’immagine, sono contenute anche informazioni relative al rumore elettronico, al rumore termico e ai pixel caldi o bad pixel. In oltre, per natura dell’ottica utilizzata, l’immagine può risultare vignettata (calo di luminosità radiale verso i bordi) oppure, costellata da macchie oscure dovute alla polvere depositata accidentalmente sul sensore. Tutti questi difetti vanno assolutamente tolti per ottenere un risultato corretto e, questa operazione viene definita Calibrazione dell’Immagine e, si ottiene applicando il seguente algoritmo.

 

 
 
                                                     Posa Oggetto – Posa Dark
Posa Oggetto CALIBRATA =   _________________________
 
                                                    (Posa Flat – Posa Dark Flat)
 
 
Per fotografare quindi una nebulosa, una galassia o qualunque oggetto astronomico che richiede più pose di parecchi secondi o minuti, è necessario realizzare, oltre alle Pose Oggetto, anche le Pose Dark, le Pose Flat e le Pose Dark-Flat. Ricordo che è fondamentale realizzare tutte le pose in formato FITS o RAW (CR2 per Canon), ed è sbagliatissimo lavorare con file JPEG. Ecco di seguito come realizzare ed applicare a tutte le Pose Oggetto l’algoritmo di calibrazione con Maxim DL 5 PRO. Innanzi tutto vediamo cosa sono nel dettaglio e come si realizzano le varie pose.
  
 
Pose Oggetto. Sono le pose scattate all’oggetto astronomico che si vuole riprendere. Queste pose devono essere fatte in modo da ottenere un istogramma con il livello massimo intorno a 1200 / 2000, facendo attenzione a non saturare troppo con le stelle luminose (estrema destra dell’istogramma) e, a non far risultare il cielo troppo chiaro (curva troppo lontana dall’estrema sinistra dell’istogramma).
Di seguito un esempio di esposizione corretta.
 
 
 
Questo istogramma è riferito ad una posa realizzata sulla nebulosa planetaria M57 nella Lyra, quindi abbastanza piccola per una focale di 1480mm sul sensore di una Canon EOS 350D. Per oggetti più grandi e diffusi, l’istogramma potrebbe avere una forma più a “campana” oppure, se nel campo inquadrato ci fossero stelle molto luminose, potrebbero apparire picchi sulla perte destra dell’istogramma.
 
Pose Dark. Sono pose identiche alle Pose Oggetto ma con l’obiettivo coperto con tappo totalmente nero, che non lasci passare anche un solo fotone. Identiche significa che le Pose Dark devono necessariamente essere eseguite con lo stesso tempo di scatto, con la stessa sensibilità e con la stessa temperatura delle Pose Oggetto. Si consiglia di eseguire almeno 9 Pose Dark, o comunque sempre in numero dispari (11,13…) Questo perché in fase di elaborazione delle Pose Dark, il risultato della mediana si rivela più corretto. Queste pose servono a sottrarre dalle Pose Oggetto sia i “pixel caldi”, che il rumore elettronico e termico, dovuti agli elettroni che si generano autonomamente, nelle celle fotosensibili del sensore in fase di scatto, e di scaricamento del buffer. (Qui occorrerebbe parlare di Pose Bias ma, ai fini pratici per le reflex digitali è trascurabile e comunque contenuto nel dark stesso).
 
Pose Flat. Sono pose realizzate puntando l’obiettivo su una superficie bianca ed illuminata in modo assolutamente omogeneo. Queste pose vanno fatte mantenendo invariato il treno ottico utilizzato nella fase di ripresa dell’Oggetto. Non deve essere quindi variato il fuoco e la rotazione del sensore attorno all’asse ottico. Reperire una superficie bianca ed illuminata omogeneamente non è impresa facile, anche se all’occhio umano appare perfetta, in realtà poi ci si ritrova con vistosi gradienti che compromettono irreparabilmente il risultato finale. C’è chi utilizza il cielo al crepuscolo, chi punta una maglietta bianca e chi il monitor del notebook. I risultati migliori si ottengono solo con una Flat Box. Procurarsene una già fatta è piuttosto costoso ma, costruirsela è molto più economico e divertente. Cliccare qui per vedere come autocostruirsi una Flat Box. Le Pose Flat devono essere fatte in modo da ottenere un istogramma con il livello medio intorno a 2/3 della dinamica del sensore di ripresa (nel caso di una Canon EOS 350D la dinamica va da 0 a 4096 quindi, un valore di 3000 è l’ideale). La sensibilità non è fondamentale ma, si consiglia di mantenere la stessa sensibilità utilizzata per le Pose Oggetto e Dark. Il tempo si scatto è da scegliere in modo da rispettare i 2/3 di dinamica come sopra indicato. Attenzione a non saturare l’immagine. Di seguito un istogramma esempio di una Posa Flat.
 
 
 
Le Pose Flat servono a “spianare” il livello di luminosità del campo inquadrato, togliendo il difetto della vignettatura, della disomogeneità del sensore e dello sporco depositato sul sensore stesso.
 
Pose Dark-Flat. Poiché anche le Pose Flat sono soggette a rumore elettronico, termico e ai pixel caldi, è necessario realizzare Pose Dark anche per le Pose Flat, con la medesima procedura utilizzata per realizzare le Pose Dark per le Pose Oggetto quindi, basta coprire l’obiettivo con tappo nero e fare 9 o più pose (sempre dispari) con lo stesso tempo, sensibilità e temperatura delle Pose Flat.
 
 
A questo punto, avendo a disposizione tutti gli scatti necessari (Oggetto, Dark, Flat e Dark-Flat) è possibile procedere con la calibrazione. Questa operazione si può realizzare utilizzando diversi software astronomici, anche gratuiti ma, in questo tutorial ho preferito utilizzare Maxim DL 5 PRO, un software a pagamento ma, sicuramente il migliore attualmente disponibile. Di seguito i 6 punti fondamentali.
 
 
1-     Aprire una Posa Flat (file RAW o FITS comunque non “debayerizzate”) e impostare Convert Color azzerando tutti i parametri, poi convertire e chiudere il file senza salvare.
 
 
 
2-     Preparare il comando Set Calibration per calibrare le Pose Flat, importando nel comando le Pose Dark-Flat. E’ fondamentale impostare la funzione Dark Frame Scaling nella modalità None e, la funzione Combine Type nella modalità Median.
 
 
 
3-     Preparare il MASTER-FLAT importando le Pose Flat nel comando Stak e, impostando i parametri come indicato nelle seguenti cinque figure.
 
 
 
Selezionare Auto Calibrate e Auto Color Convert.
 
 
 
Non selezionare alcuna opzione.
 
 
 
Impostare la funzione Mode nella modalità None.
 
 
 
Comando disabilitato.
 
 
 
Impostare la funzione Combine Method nella modalità Average.
 
Si ottiene così un MASTER-FLAT a colori che, dovrà essere convertito in B/N col comando Convert to mono e salvato come MASTER-FLAT-BN in formato FITS.
 
4-     Aprire una Posa Oggetto e impostare il comando Convert Color con i parametri corretti per il bianco bilanciato, e impostare la funzione Background Level nella modalità Auto. Convertire e poi chiudere il file senza salvare. Ricordo che occorre sapere in precedenza i parametri Scaling % RGB per il corretto bilanciamento del bianco e, per poterli ricavare consultare il Tutorial dedicato.
 
 
 
5-     Preparare il comando Set Calibration per calibrare le Pose Oggetto, caricando nel comando il MASTER-FLAT-BN e le Pose Dark.
 
 
 
Impostare la funzione Combine Type nella modalità Average mentre, la funzione Dark Frame Scaling in questa fase rimane disabilitata.
 
 
 
Impostare la funzione Combine Type nella modalità Median e la funzione Dark Frame Scaling nella modalità Auto-Optimize.
 
6-      Ora tramite il comando Stak si possono “sommare” le Pose Oggetto, calibrandole automaticamente una alla volta prima di essere processate. Impostare i parametri come indicato nelle seguenti cinque figure.
 
 
 
Selezionare Auto Calibrate e Auto Color Convert.
 
 
 
Se non si desidera calcolare i quattro parametri per il criterio di scelta, è possibile saltare direttamente alla fase di allineamento Align senza selezionare alcuna casella.
 
 
 
Scegliere la modalità di allineamento Mode come si preferisce.
 
 
 
Comando disabilitato.
 
 
 
Impostare la funzione Combine Method nella modalità SD Mask.
 
Se il risultato di tale operazione dovesse dare un istogramma con i neri “tagliati” o, una correzione del Flat eccessiva, tornare al passo 5 ed impostare la funzione Dark Frame Scaling relativa ai Dark nella modalità Auto Scale.
 

Con questa operazione viene terminata la fase di calibrazione e somma delle immagini scattate all’oggetto astronomico. Ora occorre salvare il file in formato FITS per poterlo poi elaborare ulteriormente. In questo caso il file ottenuto prende il nome di M57-10x30s-200iso-SD.FITS e, l’immagine è la seguente.

Ringrazio l'Amico Lorenzo Comolli per i preziosi consigli.