i. Comprensione del problema:rumore nell'astrofotografia
* Perché c'è rumore? Il rumore digitale deriva da diverse fonti:
* rumore termico (corrente scura): Il calore all'interno del sensore della fotocamera genera segnali indesiderati. Ciò è particolarmente problematico con lunghe esposizioni comuni nell'astrofotografia.
* Leggi il rumore: Il rumore elettronico generato durante la lettura del sensore dopo un'esposizione.
* rumore di tiro (rumore di Poisson): Fluttuazioni statistiche nel numero di fotoni che colpiscono ogni pixel. Ciò è inerente alla natura della luce e influisce su tutte le immagini, ma diventa più evidente con segnali deboli.
* Glow amplificatore: Alcuni sensori mostrano un bagliore indesiderato negli angoli o nei bordi dell'immagine.
* Inquinamento luminoso: La luce ambientale indesiderata contribuisce al rumore.
* Il rapporto segnale-rumore (SNR): Un concetto cruciale. SNR è il rapporto tra il segnale astronomico desiderato (luce da stelle, nebulose, galassie) al rumore indesiderato. L'aumento della SNR è l'obiettivo principale di impilamento.
ii. La soluzione:impilamento di esposizione
* Il principio: Prendendo più esposizioni dello stesso bersaglio e mettendole insieme, il segnale (oggetti astronomici) si aggiunge linearmente, mentre il rumore si aggiunge in modo casuale (idealmente, come la radice quadrata del numero di immagini). Questo migliora drasticamente il SNR.
* Vantaggi:
* Rumore ridotto: Come spiegato sopra.
* Aumento della gamma dinamica: Cattura una gamma più ampia di livelli di luminosità.
* Dettagli più deboli: Il rumore oscura gli oggetti deboli; Lo stacking li rivela.
* Effetti mitigati di pixel cattivi: Lo stacking aiuta a levigare gli effetti dei singoli pixel cattivi o "caldi".
iii. Il flusso di lavoro:dalla cattura all'immagine finale
a. Acquisizione di immagini (Shooting)
1. Impostazioni della fotocamera:
* ISO (guadagno): Sperimenta per trovare l'ISO ottimale per la fotocamera. Troppo basso e potresti sottoesporre e amplificare il rumore di lettura nell'elaborazione. Troppo alto e potresti saturare le stelle o generare rumore termico eccessivo. * Guadagno di unità* (dove 1 elettrone =1 ADU) è spesso un buon punto di partenza. Molte telecamere moderne hanno impostazioni ISO "a basso rumore".
* Apertura: Usa l'obiettivo o il telescopio nella sua apertura più ampia possibile (numero F più basso) per raccogliere più luce.
* Focus: Ottenere un focus preciso usando una maschera Bahtinov, la maschera di Hartmann o gli aiuti di messa a fuoco elettronici. Leggeri errori di messa a fuoco rovinano i tuoi sforzi di impilamento.
* Tempo di esposizione: Sperimenta per trovare il tempo di esposizione ottimale che cattura i dettagli senza un eccessivo trailing a stelle (se si utilizza un supporto non guidato) o sovraesponendo stelle luminose. La "regola 500" (500 / lunghezza focale =tempo di esposizione massima) è un punto di partenza, ma usa una formula più precisa considerando la dimensione del pixel del sensore della fotocamera. Per un supporto guidato, sono spesso auspicabili esposizioni più lunghe (ad es. 3-10 minuti).
* Formato immagine: Scatta in formato grezzo (ad es., .Cr2, .nef, .arw). Ciò conserva il maggior numero di dati di immagine e consente una maggiore flessibilità durante l'elaborazione.
* Evita le luci del ritaglio: Assicurati di non sovraesporre le parti più luminose dell'immagine (stelle). Usa l'istogramma della fotocamera per monitorare questo. Mantieni i picchi più luminosi appena sotto la saturazione.
2. Numero di esposizioni:
* Più è generalmente migliore, ma ci sono rendimenti decrescenti. Un minimo di 10-20 cornici di luce è un buon punto di partenza. Punta a 30-50 o anche di più se possibile.
3. Monte e tracciamento (essenziale per oggetti a cielo profondo):
* Monte equatoriale: Fondamentale per rintracciare il movimento apparente delle stelle causato dalla rotazione terrestre. Un supporto equatoriale tedesco (GEM) è un tipo comune.
* guida (opzionale, ma altamente consigliato): La guida automatica utilizza una fotocamera e un telescopio separati per monitorare con precisione una star di guida e correggere eventuali errori di tracciamento nel supporto. Ciò consente esposizioni molto più lunghe.
4. Frame di calibrazione (cruciali per risultati di alta qualità): Queste sono immagini speciali scattate per calibrare i telai della luce e rimuovere i modelli di rumore comuni.
* Darks: Preso con il * stesso tempo di esposizione, ISO e temperatura * delle cornici della luce, ma con il tappo dell'obiettivo su (o il telescopio coperto). Questi catturano il rumore termico, i pixel caldi e il bagliore dell'amplificatore. Prendi almeno 20-30 cornici scure. Alcune telecamere possono sottrarre automaticamente i frame scuri (lunga riduzione del rumore dell'esposizione), ma è meglio gestire la sottrazione scura nel post-elaborazione.
* bias (o offset): Preso con il tempo di esposizione * più breve possibile e lo stesso ISO * delle cornici della luce, con il tappo dell'obiettivo acceso. Questi catturano il rumore di lettura e qualsiasi altro offset costante aggiunto dall'elettronica della fotocamera. Prendi almeno 50-100 frame di pregiudizio.
* Flats: Preso con una superficie * uniformemente illuminata * (ad esempio, uno schermo di tablet, una maglietta allungata sul telescopio) posizionata davanti all'obiettivo o al telescopio. Lo scopo degli appartamenti è di correggere i movimenti della polvere sul sensore, la vignettatura (oscurarsi verso i bordi) e l'illuminazione irregolare nel sistema ottico. Prendi 20-30 frame piatti. Il tempo di esposizione dovrebbe essere abbastanza lungo per ottenere un buon segnale ma non molto da sovraesposizione. Punta a un valore ADU di circa 1/3 a 1/2 della gamma dinamica della fotocamera. Riattifica ripiani se ruoti la fotocamera o si modificano gli elementi ottici.
* Flat scuri (opzionali, ma consigliati per i migliori risultati): Preso con il * stesso tempo di esposizione e ISO * dei tuoi telai piatti, ma con la fonte di luce disattivata. Comprennano il rumore termico presente nei telai piatti. Prendi 20-30 cornici scure.
b. Pre-elaborazione (calibrazione, allineamento e impilamento)
1. Software: Sono disponibili diverse opzioni software. Alcune scelte popolari includono:
* Deepskystacker (DSS): Libero, ampiamente usato ed eccellente per i principianti.
* Pixinsight: Potente ma più complesso (e costoso). Considerato lo standard del settore per l'elaborazione avanzata dell'astrofotografia.
* Siril: Libero e open source, guadagnando popolarità.
* ASTRO PIXEL PROCESSOR (APP): Un'altra opzione commerciale con una buona reputazione.
2. Calibrazione: Questo è il primo passo nella pre-elaborazione. Il software utilizzerà i telai di calibrazione per rimuovere rumore e artefatti dai telai della luce.
* Sottrazione scura: Sottrae la cornice scura principale da ciascun telaio di luce per rimuovere il rumore termico e i pixel caldi.
* Sottrazione di polarizzazione: Sottrae la cornice di bias principale dai telai della luce, frame scuri e cornici piane per rimuovere il rumore di lettura e altri offset elettronici.
* Correzione piatta: Divide i telai della luce per la cornice piatta principale (dopo aver sottratto il telaio scuro o bias del padrone, se applicabile) per correggere per la vignettatura e i motivi di polvere.
3. Allineamento (registrazione): Il software analizza ogni frame di luce calibrata e li allinea a un frame di riferimento comune. Ciò compensa eventuali movimenti lievi del telescopio o delle distorsioni atmosferiche. Il software cerca stelle in ogni immagine e le utilizza come punti di riferimento.
4. Impilamento (integrazione): Il software fa una media dei frame di luce allineati insieme, Pixel di Pixel. Ciò riduce il rumore e aumenta il rapporto segnale-rumore. Il software offre vari metodi di impilamento:
* Impilamento medio: Media semplice dei valori dei pixel. Buono per i risultati iniziali.
* Impilamento mediano: Prende il valore di pixel mediano per ogni pixel su tutti i frame. Efficace nella rimozione di outlier (ad es. Percorsi satellitari, raggi cosmici).
* Sigma Clipping: Un metodo statistico che identifica e rifiuta i pixel anomali prima della media. Buono per rimuovere rumore e artefatti senza perdere dettagli deboli. DSS utilizza il clipping Kappa-Sigma e Pixinsight offre opzioni più avanzate.
5. Output: Il processo di impilamento genera un'immagine singola, calibrata, allineata e impilata. Questa immagine si trova in genere in un formato a virgola mobile a 32 bit (ad esempio, .tif o .fit) per preservare l'intervallo dinamico massimo.
c. Post-elaborazione (miglioramento delle immagini)
1. Software: La post-elaborazione è essenziale per far emergere i dettagli nell'immagine impilata.
* Adobe Photoshop: Uno strumento versatile per l'editing delle immagini, ma richiede plugin specificamente progettati per l'astrofotografia (ad esempio, strumenti di astronomia, azioni di Noel Carboni).
* Pixinsight: Offre una suite completa di strumenti per l'elaborazione dell'astrofotografia, tra cui riduzione del rumore, stretching, calibrazione del colore e miglioramento dei dettagli.
* gimp: Alternativa gratuita e open source a Photoshop.
2. Passaggi di post-elaborazione comuni:
* allungamento (trasformazione dell'istogramma): L'immagine impilata è di solito molto scura. Lo stretching espande la gamma dinamica per rendere visibili i deboli dettagli. Esistono vari metodi, tra cui:
* Allungamento lineare: Semplice regolazione dei punti in bianco e nero.
* Allungamento non lineare: Metodi più sofisticati come regolazioni delle curve, equalizzazione dell'istogramma e allungamento mascherato (Pixinsight) per far emergere i dettagli senza sovraccumare aree più luminose.
* Estrazione di sfondo/Riduzione: Rimuove i gradienti di inquinamento luminoso e qualsiasi illuminazione irregolare. L'estrazione dinamica di sfondo di Pixinsight (DBE) e l'estrattore di sfondo automatico (ABE) sono molto potenti.
* Riduzione del rumore: Riduce ulteriormente il rumore usando tecniche come:
* sfocatura gaussiana: Semplici ma possono sfocare i dettagli.
* Transform lineare multiscala (MLT) (PixInsight): Una tecnica più sofisticata che applica una riduzione del rumore su scale diverse per preservare i dettagli.
* TgvdenOise (Pixinsight): Algoritmo di riduzione del rumore avanzato.
* topaz denoise ai: Software di riduzione del rumore commerciale, molto efficace ma richiede un abbonamento.
* Affilatura: Migliora i dettagli ottimi utilizzando tecniche come:
* Maschera Unsharp: Una tecnica di affiliazione classica.
* Deconvolution: Ripristina i dettagli persi a causa della visione atmosferica e delle imperfezioni ottiche. (Richiede una funzione di diffusione di punti o PSF)
* Equalizzazione dell'istogramma locale (LHE): Migliora il contrasto nelle regioni locali dell'immagine.
* Calibrazione del colore: Garantisce colori accurati e piacevoli. I metodi includono:
* Neutralizzazione dello sfondo: Imposta il cielo di fondo su un grigio neutro.
* Calibrazione del colore (PixInsight): Utilizza i colori delle stelle per calibrare il colore dell'immagine generale.
* Calibrazione del colore fotometrico (PixinSight): Utilizza un database di luminosità a stella per eseguire la calibrazione del colore.
* Riduzione delle stelle (opzionale): Riduce le dimensioni e la luminosità delle stelle per enfatizzare la nebulosa o la galassia circostante. La trasformazione di Starmask e morfologica di Pixinsight sono utili.
* Miglioramento del colore: Migliora i colori delle nebulose e di altri oggetti utilizzando regolazioni delle curve, regolazioni di saturazione e tecniche specializzate come la trasformazione multiscala HDR.
* Regolazioni finali: Attivare l'immagine con regolazioni a luminosità, contrasto, saturazione e nitidezza.
IV. Suggerimenti e migliori pratiche
* Frame scuri alla fine: È meglio prendere i tuoi telai scuri immediatamente dopo i telai della luce, mentre la fotocamera è ancora alla stessa temperatura.
* Controllo della temperatura: Se possibile, utilizzare una fotocamera CCD raffreddata per ridurre al minimo il rumore termico. Se si utilizza una DSLR o una fotocamera mirrorless, prova a scattare nelle notti più fresche. Se non riesci a girare in una notte fresca, lascia che la telecamera si acclini a temperatura ambiente per almeno un'ora prima di prendere i telai scuri.
* esperimento con ISO: Trova l'impostazione ISO ottimale per la fotocamera che bilancia la potenza del segnale con il rumore di lettura.
* Focus preciso: Criticamente importante! Usa una maschera Bahtinov o altri aiuti di messa a fuoco.
* Tracciamento accurato: Il buon monitoraggio è essenziale per immagini nitide, specialmente con lunghe esposizioni.
* Filtri dell'inquinamento luminoso: Usa filtri di inquinamento luminoso per bloccare la luce indesiderata da fonti artificiali.
* Dithering: Spostare leggermente la posizione del telescopio tra ogni esposizione (di alcuni pixel). Questo aiuta a eliminare il rumore del pattern fisso e migliorare la qualità complessiva dell'immagine. La maggior parte dei software di acquisizione moderna ha un'opzione dittaring.
* Mantieni la pulizia dell'attrezzatura: La polvere sul tuo sensore o ottica verrà visualizzata nelle tue immagini. Pulire regolarmente l'attrezzatura.
* Pratica, pratica, pratica: L'astrofotografia è un hobby stimolante ma gratificante. Non scoraggiarti dai risultati iniziali. Continua a imparare e sperimentare!
* Unisciti alle comunità online: Connettiti con altri astrofotografi per consigli, suggerimenti e ispirazione.
v. Esempio di flusso di lavoro con DeepSkyStacker (DSS)
1. Frame a luce aperta: Carica i telai della luce in DSS.
2. Frame scuri aperti: Carica i tuoi telai scuri.
3. Frame piatto aperti: Carica i tuoi telai piatti.
4. Frame di distorsione/offset aperti: Carica i frame bias/offset.
5. Controlla "Stack dopo aver registrato le foto"
6. Controlla "Crea immagine mascherata" Questo aiuta a proteggere i tuoi dettagli durante l'elaborazione.
7. Fare clic su "Controlla tutto." DSS calcolerà quindi cosa fare con ogni frame.
8. Fare clic su "OK" Per avviare il processo di registrazione.
9. Fare clic su "Stack Immagini."
10. Scegli le tue impostazioni: Per la maggior parte degli scopi, le impostazioni di impilamento predefinite vanno bene. Lo stacking "medio" è un buon punto di partenza. Il clipping Kappa-Sigma in DSS è adeguato per la rimozione del valore anomalo.
11. Fare clic su "OK" per iniziare lo stacking.
12. Dopo lo stacking, l'immagine impilata apparirà automaticamente. Da qui, puoi regolare i livelli e le curve a piacere. Salva l'immagine come file Tiff a 16 bit per ulteriori elaborazioni in Photoshop o in un altro editor di immagini.
Seguendo attentamente questi passaggi, puoi ridurre significativamente il rumore digitale nelle immagini dell'astrofotografia e rivelare la bellezza nascosta del cielo notturno. Buona fortuna e cieli limpidi!