i. Porozumění problému:Noise in Astrophotography
* Proč existuje hluk? Digitální šum vychází z několika zdrojů:
* tepelný šum (tmavý proud): Teplo uvnitř fotoaparátu generuje nežádoucí signály. To je zvláště problematické s dlouhými expozicemi běžnými v astrofotografii.
* číst šum: Elektronický šum generovaný během odečet senzoru po expozici.
* šum o výstřelu (Poisson Noise): Statistické fluktuace v počtu fotonů zasahujících každý pixel. To je vlastní povaze světla a ovlivňuje všechny obrazy, ale stává se znatelnější se slabými signály.
* zesilovač Glow: Některé senzory vykazují nežádoucí záři v rozích nebo okrajích obrazu.
* Znečištění světla: Nežádoucí okolní světlo přispívá k hluku.
* poměr signál-šum (SNR): Klíčový koncept. SNR je poměr požadovaného astronomického signálu (světlo z hvězd, mlhovin, galaxií) k nežádoucímu šumu. Zvýšení SNR je primárním cílem stohování.
ii. Řešení:Stohování expozice
* Princip: Přijetím více expozic stejného cíle a jejich průměrováním dohromady signál (astronomické objekty) přidává lineárně, zatímco šum se náhodně sčítají (v ideálním případě jako druhá odmocnina počtu obrázků). To dramaticky zlepšuje SNR.
* výhody:
* snížený šum: Jak je vysvětleno výše.
* Zvýšený dynamický rozsah: Zachycuje širší škálu úrovní jasu.
* odhaleno FAInter Details: Hluk zakrývá slabé předměty; Stohování je odhaluje.
* zmírnily účinky špatných pixelů: Stohování pomáhá vyhladit účinky jednotlivých špatných nebo „horkých“ pixelů.
iii. Pracovní postup:Od zachycení k konečnému obrazu
a. Akvizice obrázků (střelba)
1. Nastavení fotoaparátu:
* iso (zisk): Experimentujte, abyste našli optimální ISO pro váš fotoaparát. Příliš nízká a můžete při zpracování ještě podexponovat a zesílit šum. Příliš vysoká a můžete nasytit hvězdy nebo generovat nadměrný tepelný šum. * Zisk jednoty* (kde 1 Elektron =1 ADU) je často dobrým výchozím bodem. Mnoho moderních fotoaparátů má nastavení ISO „s nízkým čtením“.
* clona: Použijte objektiv nebo dalekohled na jeho nejširší možnou clonu (nejnižší F-číslo) ke shromáždění nejvíce světla.
* Focus: Dosáhnout přesného zaměření pomocí bahtinovské masky, masky Hartmann nebo elektronických zaostřovacích pomůcek. Mírné chyby zaostření zničí vaše úsilí o stohování.
* doba expozice: Experimentujte k nalezení optimální doby expozice, která zachycuje detaily bez nadměrného sledování hvězd (pokud používáte neřízenou držák) nebo nadměrně přeexponování jasných hvězd. „Pravidlo 500“ (500 / ohnisková vzdálenost =doba expozice maximální expozice) je výchozím bodem, ale použijte přesnější vzorec s ohledem na velikost pixelu senzoru vašeho fotoaparátu. Pro řízenou horu jsou často žádoucí delší expozice (např. 3-10 minut).
* Formát obrázku: Stojte v surovém formátu (např. .Cr2, .nef, .arw). To zachovává nejvíce obrazových dat a umožňuje při zpracování větší flexibilitu.
* Vyvarujte se zvýraznění oříznutí: Ujistěte se, že nepředstavujete nejjasnější části obrázku (hvězdy). Pomocí histogramu fotoaparátu to monitorujte. Udržujte nejjasnější píky těsně pod nasycení.
2. Počet expozic:
* Více je obecně lepší, ale dochází k klesajícím výnosům. Dobrým výchozím bodem je minimálně 10-20 světelných snímků. Pokud je to možné, zaměřte se na 30-50 nebo ještě více.
3.
* Rovníkový montér: Zásadní pro sledování zjevného pohybu hvězd způsobených rotací Země. Běžný typ je německý rovníkový držák (GEM).
* vedení (volitelné, ale vysoce doporučeno): Automatické guiding používá samostatnou kameru a dalekohled k přesnému sledování vodicí hvězdy a opravu pro jakékoli chyby sledování v hoře. To umožňuje mnohem delší expozice.
4. Kalibrační rámce (zásadní pro vysoce kvalitní výsledky): Jedná se o speciální obrazy pořízené k kalibraci světelných snímků a odstranění běžných vzorů šumu.
* Darks: Přijato se stejnou dobou expozice, ISO a teplotou * jako vaše světelné snímky, ale s uzávěrem čočky (nebo pokrytým dalekohledem). Tyto zachycují tepelný šum, horké pixely a záře zesilovače. Vezměte alespoň 20-30 tmavých snímků. Některé kamery mohou automaticky odečíst tmavé rámy (snižování hluku s dlouhým expozicí), ale je lepší zvládnout tmavé odčítání při následném zpracování.
* zkreslení (nebo offset): Přijato s nejkratší možnou dobou expozice a stejným ISO * jako vaše světelné snímky, s čepicí objektivu. Tyto zachycení číst šum a jakýkoli další konstantní posun přidaný elektronikou fotoaparátu. Vezměte nejméně 50-100 rámců zkreslení.
* byty: Pořízeno s * rovnoměrně osvětleným povrchem * (např. Obrazovka tabletu, tričko natažené přes dalekohled) umístěné před čočkou nebo dalekohledem. Účelem bytů je korigovat motivy prachu na senzoru, vinětu (ztmavnutí směrem k okrajům) a nerovnoměrné osvětlení v optickém systému. Vezměte 20-30 plochých snímků. Doba expozice by měla být dostatečně dlouhá na to, aby získala dobrý signál, ale ne tak dlouho, aby se přeexponoval. Zaměřte se na hodnotu ADU přibližně 1/3 až 1/2 dynamického rozsahu kamery. Pokud otočíte fotoaparát nebo změníte jakékoli optické prvky.
* tmavé byty (volitelné, ale doporučené pro nejlepší výsledky): Přijato se stejnou dobou expozice a ISO * jako vaše ploché rámy, ale se vypnutým zdrojem světla. Kompenzují tepelný šum přítomného ve vašich plochých snímcích. Vezměte 20-30 tmavých plochých rámů.
b. Předběžné zpracování (kalibrace, zarovnání a stohování)
1. Software: K dispozici je několik možností softwaru. Některé oblíbené volby zahrnují:
* DeepskyStacker (DSS): Zdarma, široce používané a vynikající pro začátečníky.
* pixinsight: Silný, ale složitější (a dražší). Zvažoval průmyslový standard pro pokročilé zpracování astrofotografie.
* Siril: Zdarma a open source, získávání popularity.
* Astro Pixel Processor (App): Další komerční možnost s dobrou pověstí.
2. kalibrace: Toto je první krok v předběžném zpracování. Software použije vaše kalibrační rámce k odstranění šumu a artefaktů z vašich světelných snímků.
* Tmavé odčítání: Odeččí hlavní tmavý rám z každého světelného rámu, aby odstranil tepelný šum a horké pixely.
* Odčítání zkreslení: Odečká rám hlavního zkreslení z světelných snímků, tmavých snímků a plochých rámů, aby se odstranily šum čtení a další elektronické posuny.
* plochá korekce: Rozděluje světelné rámy hlavním plochým rámečkem (po odečtení hlavního tmavého nebo zkresleného rámu nebo zkreslení), aby se korigovaly pro viněty a moty prachu.
3. zarovnání (registrace): Software analyzuje každý kalibrovaný světelný rámec a zarovná je na běžný referenční rámec. To kompenzuje jakékoli mírné pohyby dalekohledu nebo atmosférických zkreslení. Software vyhledává hvězdy v každém obrázku a používá je jako referenční body.
4. stohování (integrace): Software má v průměru zarovnané světelné rámy dohromady, pixel od Pixel. To snižuje šum a zvyšuje poměr signál-šum. Software nabízí různé metody stohování:
* průměrné stohování: Jednoduché průměrování hodnot pixelů. Dobré pro počáteční výsledky.
* medián stohování: Vezme střední hodnotu pixelu pro každý pixel napříč všemi snímky. Efektivní při odstraňování odlehlých hodnot (např. Satelitní stezky, kosmické paprsky).
* oříznutí Sigma: Statistická metoda, která před průměrem identifikuje a odmítá odlehlé pixely. Dobré pro odstranění hluku a artefaktů, aniž byste ztratili slabé detaily. DSS používá oříznutí Kappa-Sigma a Pixinsight nabízí pokročilejší možnosti.
5. výstup: Proces stohování generuje jediný, kalibrovaný, zarovnaný a naskládaný obrázek. Tento obrázek je obvykle v 32bitovém formátu s pohyblivou řádovou čárkou (např. .Tif nebo .Fit) pro zachování maximálního dynamického rozsahu.
c. Post zpracování (vylepšení obrazu)
1. Software: Následující zpracování je nezbytné pro uvedení podrobností ve vašem naskládaném obrázku.
* Adobe Photoshop: Všestranný nástroj pro úpravu obrázků, ale vyžaduje pluginy speciálně navržené pro astrofotografii (např. Astronomické nástroje, akce Noel Carboni).
* pixinsight: Nabízí komplexní sadu nástrojů pro astrofotografické zpracování, včetně redukce šumu, protahování, kalibrace barev a vylepšení detailů.
* gimp: Zdarma a open-source alternativa k Photoshopu.
2. běžné kroky následného zpracování:
* protahování (transformace histogramu): Skládaný obrázek je obvykle velmi tmavý. Protahování rozšiřuje dynamický rozsah, aby zviditelnily slabé detaily. Existují různé metody, včetně:
* lineární protahování: Jednoduché nastavení černobílých bodů.
* nelineární natahování: Sofistikovanější metody, jako jsou úpravy křivek, vyrovnávání histogramu a maskovaný úsek (Pixinsight), aby byly uvedeny podrobnosti bez nadměrného přeexponování jasnějších oblastí.
* Extrakce/redukce pozadí: Odstraňuje gradienty znečištění světla a zbývající nerovnoměrné osvětlení. Dynamická extrakce na pozadí Pixinsight (DBE) a automatický extraktor na pozadí (ABE) jsou velmi silné.
* redukce šumu: Dále snižuje hluk pomocí technik jako:
* Gaussian Blur: Jednoduché, ale mohou rozostřit detaily.
* multiscale lineární transformace (MLT) (pixinsight): Sofistikovanější technika, která aplikuje redukci šumu v různých měřítcích pro zachování detailů.
* tgvdenoise (pixinsight): Algoritmus snižování pokročilého redukce šumu.
* topaz denoise Ai: Software pro redukci komerčního šumu, velmi efektivní, ale vyžaduje předplatné.
* ostření: Vylepšuje jemné detaily pomocí technik jako:
* Unsharp Mask: Klasická technika ostření.
* deconvolution: Obnovuje podrobnosti ztracené kvůli atmosférickému vidění a optických nedokonalostí. (Vyžaduje funkci rozpětí bodu nebo PSF)
* místní vyrovnání histogramu (lhe): Zlepšuje kontrast v místních oblastech obrazu.
* kalibrace barev: Zajišťuje přesné a příjemné barvy. Metody zahrnují:
* Neutralizace pozadí: Nastaví oblohu pozadí na neutrální šedou.
* barevná kalibrace (pixinsight): K kalibraci celkové barvy obrazu používá barvy hvězd.
* fotometrická barevná kalibrace (pixinsight): K provádění kalibrace barev používá databázi jasu hvězdy.
* redukce hvězdy (volitelné): Snižuje velikost a jas hvězd a zdůrazňuje okolní mlhovinu nebo galaxii. Starask a morfologická transformace Pixinsight jsou užitečné.
* vylepšení barvy: Zvyšuje barvy mlhovin a dalších objektů pomocí úprav křivek, úpravy nasycení a specializovaných technik, jako je HDR Multiscale Transform.
* konečné úpravy: Vylaďte obrázek s úpravou jasu, kontrastu, nasycení a ostrosti.
iv. Tipy a osvědčené postupy
* tmavé snímky na konci: Nejlepší je vzít si tmavé snímky ihned po vašich světelných snímcích, zatímco fotoaparát je stále na stejné teplotě.
* Řízení teploty: Pokud je to možné, použijte chlazenou kameru CCD k minimalizaci tepelného šumu. Pokud používáte DSLR nebo zrcadlovou kameru, zkuste střílet na chladnější noci. Pokud nemůžete střílet na chladnou noc, nechte kameru aklimatizovat na okolní teplotu alespoň hodinu před provedením tmavých rámů.
* Experimentujte s ISO: Najděte optimální nastavení ISO pro váš fotoaparát, které vyvažuje sílu signálu pomocí čtecího šumu.
* přesné zaostření: Kriticky důležité! Použijte bahtinovskou masku nebo jinou zaostřovací pomoc.
* přesné sledování: Dobré sledování je nezbytné pro ostré obrázky, zejména s dlouhými expozicemi.
* filtry znečištění světla: Pomocí filtrů znečištění světla zablokujte nežádoucí světlo z umělých zdrojů.
* dithering: Mírně posuňte polohu dalekohledu mezi každou expozicí (o několik pixelů). To pomáhá průměrně průměrně hluk z pevného vzoru a zlepšení celkové kvality obrazu. Většina moderního zachycovacího softwaru má možnost ditheringu.
* Udržujte čisté zařízení: Ve vašich obrázcích se zobrazí prach na vašem senzoru nebo optice. Pravidelně čištění vybavení.
* praxe, praxe, praxe: Astrofotografie je náročný, ale odměňující koníček. Nenechte se odradit počátečními výsledky. Pokračujte v učení a experimentování!
* Připojte se k online komunitám: Spojte se s dalšími astrofotografy o radu, tipy a inspiraci.
v. Příklad pracovního postupu pomocí DeepSkyStacker (DSS)
1. snímky otevřeného světla: Načtěte světelné rámy do DSS.
2. Otevřené tmavé snímky: Načtěte své tmavé snímky.
3. Otevřené ploché rámečky: Načtěte své ploché rámy.
4. Otevřené rámce zkreslení/offsetu: Načtěte své rámce zkreslení/offsetu.
5. Zkontrolujte „Stack po registraci obrázků“
6. Zkontrolujte „Vytvořit maskovaný obrázek“ To pomáhá chránit vaše údaje během zpracování.
7. klikněte na "Zkontrolovat všechny." DSS poté vypočítá, co dělat s každým snímkem.
8. klikněte na "OK" zahájit proces registrace.
9. klikněte na "Stack Pictures."
10. vyberte nastavení: Pro většinu účelů je výchozí nastavení stohování v pořádku. „Průměrné“ stohování je dobré místo pro začátek. Oříznutí Kappa-Sigma v DSS je přiměřené pro odstranění odlehlého.
11. kliknutím na „OK“ začnete stohování.
12. Po stohování se automaticky objeví naskládaný obrázek. Odtud můžete upravit úrovně a křivky podle chuti. Uložte obrázek jako 16bitový soubor TIFF pro další zpracování ve Photoshopu nebo jiném editoru obrázků.
Pečlivě po těchto krocích můžete výrazně snížit digitální šum ve svých astrofotografických obrázcích a odhalit skrytou krásu noční oblohy. Hodně štěstí a jasné nebe!