Калібрувальні кадри на практиці: правильне використання light, dark, flat і bias
Попередня обробка (pre-processing) — надзвичайно важлива частина процесу, і я зазвичай приділяю їй багато часу. Окрім самого калібрування, більшість кроків я виконую вручну, щоб переконатися, що кожна ланка правильна — так, коли щось піде не так, можна швидко знайти причину. А калібрувальні кадри (calibration frames) — це і є фундамент попередньої обробки. У цій статті я зібрав пастки, у які потрапляв за ці роки з калібрувальними кадрами, і практичне розуміння, яке накопичив.
Light, dark, flat, bias, flat dark: спершу розберімося
Чотири основні калібрувальні кадри в астрофотографії — це кадри light, кадри dark, кадри flat і кадри bias, а до них додається ще кадр flat dark (тобто dark для ваших flat). Це найбазовіше поняття, але людей, які справді можуть чітко відповісти на запитання «коротко поясніть різницю між кадрами light, dark, flat, bias і flat dark», насправді менше, ніж здається — багато хто просто запам’ятав назви, а це не те саме, що розуміти, що кожен із них насправді робить.
Зображення вище — це пояснення за матеріалами RBA; воно охоплює кадри light, dark, bias і flat, а також те, як ці калібрувальні кадри зазвичай виглядають. Кадр flat dark, як уже згадувалося, — це просто dark для ваших flat, і поняття тут те саме, що й для dark. Справді варто запам’ятати, який тип дефектів усуває кожен із них: кадри dark відповідають за тепловий шум і темновий струм, кадри flat — за віньєтування та тіні від пилу, а кадри bias — за офсет зчитування.
Flat: кадр із найбільшою кількістю нюансів
Серед чотирьох калібрувальних кадрів саме з flat, мабуть, найчастіше щось іде не так — і водночас у ньому найбільше нюансів.
«Бублики» та перешкоди в кадрах flat
Якщо в PixInsight переглянути кадр flat за допомогою екранного розтягування ScreenTransferFunction (STF), ви побачите, що він завжди повний кільцеподібних «бубликів» — це, по суті, пил на оптичному шляху; водночас ви побачите й віньєтування, а якщо використовуєте OAG — ще й тінь від перешкоди OAG.
Саме тому щойно в оптичній системі відбувається будь-яка зміна — розбирання й складання, налаштування кадрування, навіть регулювання маски об’єктива — потрібно переробити кадри flat. Інакше положення «бубликів» чи тіней від перешкод не збігатиметься з положенням затемнених ділянок на кадрах light, калібрування природно не вдасться, а натомість після нього з’явиться купа дивних артефактів.
Як обрати час експозиції: практичний тест
Скільки має тривати експозиція кадру flat? Я провів практичний тест. Обладнання — 8-дюймовий Ньютон (модифікований) з ASI 2600MC; за однакової температури я зняв кадри flat і відповідні кадри flat dark з витримкою 10ms, 1s, 5s і 10s, а після калібрування перевірив результат візуально. Виявилося, що найкращий результат дає 5s, тоді як і в 10ms, і в 10s краї ставали світлішими. Далі я порівняв, поділивши кадр flat 5s на кадри flat з іншими витримками: набір 1s, схоже, був знятий невдало — після ділення все виходило надто темним; у 10ms була помітна смуга різниці з верхнього лівого кута в нижній правий; у 10s різниця була дуже маленькою. У всіх відкаліброваних кадрів flat, незалежно від витримки, положення гістограми було приблизно однаковим — трохи лівіше центру, і жодна інформація не була обрізана, що означає, що налаштування зйомки були правильними.
Висновок: якщо відкинути інші змінні, для цієї системи найкращий результат дає кадр flat 5s, 10s теж непогано, просто забирає більше часу. Варто нагадати: ця «оптимальна витримка» — результат для конкретної системи; зі зміною обладнання тест потрібно повторити з нуля.
Світлова панель чи небо?
Хіба що апертура телескопа завелика — лише тоді я розглядав би зйомку небесних кадрів flat. У небесних кадрів flat проблем чимало: і за зорями (на небесних кадрах flat часто трапляються яскраві зорі), і за яскравістю (яскравість кожного кадру різна) керованість гірша. Сьогодні, коли регульовані світлодіодні панелі настільки поширені, для телескопів з апертурою до 25 см найпростіше знімати кадри flat зі світловою панеллю — знімати можна будь-де, а якщо кадр вийшов невдало, його одразу можна переробити, тож справді немає причин не знімати кадри flat. Якщо все ж доводиться користуватися небом, я беру молочно-білу пластикову панель, а не білу футболку. Щодо кількості кадрів flat, 5–10 штук зазвичай достатньо — головне не кількість, а правильність зйомки.
Щодо способу регулювання яскравості панелі я теж проводив тест: порівняв кадр flat 1s, знятий із регулюванням яскравості через PWM (яке мерехтить), із кадром flat 4s, знятим з доданою панеллю нейтральної щільності. Хоча на зображенні 1s чітко видно смуги від PWM, після інтеграції ці смуги зникають, а після ділення на master flat 4s результат виходить білим, тобто різниці майже немає. Тож регулювання через PWM цілком придатне (звісно, регулювання напругою, яке не мерехтить, ідеальніше); а щоб заощадити час, здається, достатньо знімати лише кадр flat 1s — і кадр flat dark теж лише 1s.
Охолоджувана CMOS: калібруйте кадри flat темновим струмом flat
На цьому варто наголосити особливо: якщо ви використовуєте охолоджувану CMOS-камеру, калібруйте кадри flat темновим струмом flat (тобто кадром flat dark), а не кадром bias. Bias зазвичай не може правильно відкалібрувати flat, а якщо flat відкалібровано неправильно, то зрештою калібрування кадрів light зазнає невдачі. Найпоширеніший наслідок поганого калібрування flat — перекалібрування під час калібрування light, коли всі чотири кути стають світлішими.
Пастка з відображенням кадрів flat у DSLR
Якщо ви знімаєте кадри flat камерою DSLR (особливо Nikon), можете здивуватися: на камері чи в Photoshop зображення виглядає світлим, а в PixInsight воно суцільно чорне.
Причина в тому, що 14-бітні дані вкладені у 16-бітний файловий контейнер, тому для правильного відображення першим кроком потрібно інструментом Histogram скоригувати точку білого до 0.25. Це суто проблема відображення, вона не впливає на самі дані. (Я записав відео з прикладом на Nikon D810 Astro mod, де показав увесь процес.)
Dark: спливає термін придатності, не забувайте оновлювати
Кадри dark — це не те, що можна зняти один раз і користуватися вічно. Одного разу знайомий аматор відкалібрував тими самими старими кадрами dark і отримав погані результати; коли я запитав, з’ясувалося, що ці dark були зняті на початку року — це ще раз підтверджує, що кадри dark потрібно регулярно оновлювати, і одну й ту саму партію варто переробляти приблизно раз на три місяці. Якщо після кожного калібрування виникають дрібні проблеми, можна перевірити, чи близькі значення яскравості пікселів у старих і нових кадрах dark, і за цим судити, чи застаріли dark.
Варто також знати про кадри dark із різною тривалістю експозиції. Я бачив набір master dark камери QHY 268C (Sony IMX 571) від 0 до 600 секунд, і значення фону майже не змінювалося незалежно від тривалості (усі близько 0.0075); помітною відмінністю була яскравість «гарячих пікселів», яка зростала з тривалістю. Звідси практичний висновок: якщо ви окремо обробляєте «гарячі пікселі» (наприклад, через Cosmetic Correction), то навіть коли тривалість кадрів dark тимчасово не збігається з тривалістю light, ними все одно можна калібрувати light.
До речі, ще на початку, коли я вивчав калібрувальні кадри, я вже обпікся на проблемах з dark: після калібрування, реєстрації та інтеграції я виявив, що flat перекалібровано або відкалібровано недостатньо, переробив master flat повністю з нуля, і лише в самому кінці з’ясувалося, що проблема насправді була в dark.
Класичний урок: невдалий кадр bias — і вся інтеграція провалюється
Наостанок розповім про випадок, що залишив глибоке враження. В одному наборі даних інтеграція просто провалилася (у PixInsight) або результат вийшов неправильним (в Astro Pixel Processor); коли я став з’ясовувати причину, винуватцем виявився невдало знятий кадр bias.
Це також був перший випадок, коли я зіткнувся з тим, що невдало знятий bias призводить до провалу всієї інтеграції. Тож повторю ще раз: для охолоджуваної CMOS калібруйте кадри flat темновим струмом flat, а не bias. А невідкалібрований flat — це, по суті, даремно знятий кадр, який лише додає проблем відкаліброваному зображенню. Спершу потрібно правильно зняти калібрувальні кадри — тільки тоді є про що говорити далі.
