Kalibrációs képek a gyakorlatban: a light, dark, flat és bias helyes használata
Az előfeldolgozás rendkívül fontos lépés, és rendszerint sok időt töltök vele. Magát a kalibrációs folyamatot leszámítva a legtöbb lépést kézzel végzem, hogy minden láncszem biztosan helyes legyen – így, ha valami elromlik, gyorsan megtalálom az okát. A kalibrációs képek (calibration frame) pedig éppen az előfeldolgozás alapját jelentik. Ebben a cikkben összegyűjtöttem azokat a buktatókat, amelyekbe az elmúlt évek során a kalibrációs képekkel kapcsolatban belefutottam, és a gyakorlati tudást, amelyet közben felhalmoztam.
Light, dark, flat, bias és flat dark: elsőként tisztázzuk a fogalmakat
A csillagászati fotózás négy alapvető kalibrációs képe a light, a dark, a flat és a bias, ezekhez társul még a flat dark (a flat darkja). Ez a legalapvetőbb fogalom, ám azoknak a száma, akik ténylegesen világosan meg tudják válaszolni a kérdést: „Foglaljuk össze röviden a light, a dark, a flat, a bias és a flat dark közti különbséget”, kisebb, mint gondolnánk – sokan csupán megjegyzik a neveket, ez pedig nem ugyanaz, mint érteni, hogy melyikük valójában mit csinál.
A fenti kép egy magyarázat, amelyet RBA-tól idézek; a light, a dark, a bias és a flat képek magyarázatát tartalmazza, valamint azt, hogy ezek a kalibrációs képek normál körülmények között hogyan szoktak kinézni. A flat dark, ahogy már említettük, egyszerűen a flat darkja – elég ugyanúgy gondolkodni róla, mint a darkról. Amit valójában érdemes megjegyezni, az az, hogy melyikük milyen fajta hibát hivatott kiküszöbölni: a dark a hőzajt és a sötétáramot kezeli, a flat a peremsötétedést és a porárnyékokat, a bias pedig a kiolvasási offsetet.
A flat: a legtöbb tanulnivalót tartalmazó kép
A négy kalibrációs kép közül a flat valószínűleg az, amelyiknél a legkönnyebben adódik probléma – és egyben az, amelyikről a legtöbbet kell megtanulni.
Fánkok és eltakarások a flat képeken
Ha a PixInsightban a ScreenTransferFunction (STF) eszközzel screen stretch segítségével vizsgáljuk meg a flatet, észrevesszük, hogy mindig tele van gyűrű alakú „fánkokkal” – ezek alapvetően porszemek az optikai úton –, ugyanakkor a peremsötétedés jelensége is látszik, és ha az OAG-rendszert használjuk, az OAG eltakarásának árnyéka is megjelenik.
Éppen ezért amint bármi megváltozik az optikai rendszerben – szétszerelés és összeszerelés, a kompozíció beállítása, még egy objektívmaszk igazítása is –, újra kell fényképezni a flateket. Ellenkező esetben a fánkok vagy az eltakarási árnyékok pozíciója nem egyezik majd a light képeken eltakart területekkel, a kalibráció természetesen nem sikerülhet, sőt a kalibráció után mindenféle furcsa jelenséget okoz.
Hogyan válasszuk meg az expozíciós időt: egy gyakorlati teszt
Mennyi ideig érdemes exponálni egy flatet? Végeztem egy gyakorlati tesztet. A felszerelés egy 8 hüvelykes Newton (módosított) volt ASI 2600MC kamerával; azonos hőmérsékleten 10 ms, 1 s, 5 s és 10 s expozíciós idővel készítettem flateket és a hozzájuk tartozó flat dark-okat, majd kalibrálás után szemmel ellenőriztem az eredményt. Azt találtam, hogy az 5 s-os sorozat volt a legjobb, míg a 10 ms-nál és a 10 s-nál is világosodtak a szélek. Ezután elosztottam az 5 s-os flatet a többi expozíciós idejű flattel, hogy összehasonlítsam őket: az 1 s-os sorozat valószínűleg sikertelen felvétel volt, mert osztás után egészében túl sötétnek bizonyult; a 10 ms-nál egy bal felső sarokból jobb alsó sarokba tartó eltérés jelentkezett; a 10 s-nál az eltérés nagyon kicsi volt. A kalibrált flatek minden expozíciós időnél nagyjából ugyanazon a hisztogram-pozíción álltak, kissé a középponttól balra, és semmilyen információ nem vágódott le, ami azt mutatja, hogy a felvételi beállítások helyesek voltak.
A következtetés: ha a többi változótól eltekintünk, ez a rendszer az 5 s-os flatekkel teljesít a legjobban, a 10 s is nagyon jó, csak több időt vesz igénybe. Fontos megjegyezni, hogy ez a „legjobb expozíciós idő” egy konkrét rendszer eredménye – más felszereléssel újra kell mérni.
Fénypanel vagy égbolt-flat?
Csak akkor fontolgatnám az égbolt-flat használatát, ha a távcső átmérője túl nagy. Az égbolt-flatnek nem kevés problémája van: mind a csillagok (az égbolt-flateken gyakran feltűnnek fényes csillagok), mind a fényesség (minden egyes kép fényessége más) szabályozhatósága gyengébb. A ma már elterjedt szabályozható LED-ek korában a 25 cm alatti átmérőjű távcsövekhez a legegyszerűbb a fénypanellel készített flat – bárhol lefényképezhető, és ha egy kép nem sikerül, azonnal újra lehet fotózni, így igazán nincs kifogás arra, hogy ne készítsünk flateket. Ha valóban az égboltot kell használni, tejfehér műanyag lapot használnék, nem pedig fehér pólót. Ami a flatek számát illeti, 5–10 kép nagyjából elég; nem a mennyiségen múlik, hanem azon, hogy helyesen készítsük el őket.
Ami a panel fényerő-szabályozásának módját illeti, ezt is teszteltem: összehasonlítottam az 1 s-os flatet, amelyet PWM-szabályozással (ami villog) készítettem, a 4 s-os flattel, amelyet szürkeszűrő hozzáadásával fényképeztem. Bár az 1 s-os képen jól látszottak a PWM csíkjai, integrálás után a csíkozás eltűnt, és a 4 s-os master flat-tel elosztva az eredmény fehéren jelent meg, ami azt jelenti, hogy szinte semmi különbség nem volt. Tehát a PWM-szabályozás használható (természetesen a nem villogó feszültségszabályozás az ideális); az időmegtakarítás érdekében úgy tűnik, elég csak 1 s-os flatet – és 1 s-os flat dark-ot is – készíteni.
Hűtött CMOS: kalibráljuk a flatet a flat sötétárammal
Ezt a pontot külön hangsúlyozni szeretném: ha hűtött CMOS kamerát használunk, a flatet a flat sötétáramával (a flat darkjával) kalibráljuk, ne biasszal. A bias általában nem tudja helyesen kalibrálni a flatet, és ha a flat nincs helyesen kalibrálva, a végén a light kalibrálása is sikertelen lesz. A rosszul kalibrált flat leggyakoribb következménye a túlkorrekció a light kalibrálásakor, amikor mind a négy sarok kivilágosodik.
A DSLR flatek megjelenítési csapdája
Ha DSLR-rel (különösen Nikonnal) fényképezünk flatet, meglepetés érhet minket: a fényképezőgépen vagy a Photoshopban a kép láthatóan világosnak tűnik, a PixInsightban viszont koromfeketén jelenik meg.
Ennek az az oka, hogy a 14 bites adat egy 16 bites fájlkonténerben van tárolva, ezért a helyes megjelenítéshez az első lépés, hogy a Histogram eszközzel a fehérpontot 0.25-re állítsuk. Ez tisztán megjelenítési probléma, magát az adatot nem befolyásolja. (Nikon D810 Astro mod példáján készítettem egy videót, amelyben bemutatom a teljes eljárást.)
A dark: lejár, ne feledkezzünk meg a frissítéséről
A dark nem olyasmi, amit egyszer lefényképezünk, aztán örökké használunk. Egyszer egy hobbitársunk ugyanazokkal a régi darkokkal kalibrált, és az eredmény nem volt jó; rákérdezve kiderült, hogy a darkokat az év elején fényképezte – ez ismét megerősíti, hogy a darkokat rendszeresen frissíteni kell, egy adott darksorozatot nagyjából három hónap után újra kell fényképezni. Ha minden kalibrálás után akad valami apró probléma, ellenőrizhetjük, hogy a régi és az új dark pixeleinek fényességértéke nagyjából megegyezik-e, és ebből megítélhetjük, hogy a dark elöregedett-e.
Érdemes megismerni a különböző expozíciós idejű darkokat is. Láttam egy QHY 268C (Sony IMX 571) 0 másodperctől 600 másodpercig terjedő master dark-sorozatát, ahol a háttérérték az expozíciós időtől függetlenül alig változott (mindegyik 0.0075 körül volt); a látható különbség az volt, hogy a hot pixelek fényessége az expozíciós idővel nőtt. Ebből egy gyakorlati következtetés adódik: ha a hot pixeleket külön kezeljük (például a Cosmetic Correction funkcióval), akkor is felhasználhatjuk a darkot a light kalibrálására, ha annak expozíciós ideje átmenetileg nem egyezik a lighttal.
Mellékesen jegyzem meg, hogy a pályám elején, amikor a kalibrációs képeket tanulmányoztam, magam is megjártam egy dark-problémával: kalibrálás, illesztés és integrálás után azt tapasztaltam, hogy a flat túl- vagy alulkorrigált, ezért az egész master flat-et elölről újracsináltam, és csak a legvégén jöttem rá, hogy a probléma valójában a darkban rejlett.
Egy klasszikus tanulság: a rosszul sikerült bias tönkreteszi a teljes integrálást
Végül elmesélek egy esetet, amely mély nyomot hagyott bennem. Egy adatsor integrálása egyszerűen sikertelen volt (PixInsightban), vagy hibás eredményt adott (az Astro Pixel Processor programban); a nyomozás során kiderült, hogy a bűnös a rosszul sikerült bias kép (Bias) volt.
Ez volt az első alkalom, hogy azt tapasztaltam: egy rosszul sikerült bias az egész integrálást tönkreteheti. Ezért még egyszer elmondom: hűtött CMOS esetén a flatet flat sötétárammal kalibráljuk, ne biasszal. A kalibrálatlan flat pedig alapvetően kárba veszett felvétel, csak további problémákat okoz a kalibrált képen. Ha a kalibrációs képeket helyesen készítjük el, csak azután van miről beszélni.
