أطر المعايرة عمليًا: الاستخدام الصحيح لإطارات Light وDark وFlat وBias

المعالجة الأولية حلقة بالغة الأهمية، وأنا عادةً ما أقضي وقتًا طويلًا فيها. وباستثناء إجراء المعايرة نفسه، أتولى معظم الخطوات يدويًا لأتأكد من صحة كل حلقة في السلسلة — فبهذه الطريقة، متى ظهرت مشكلة، أستطيع تحديد سببها بسرعة. وإطارات المعايرة (calibration frames) هي بالضبط الأساس الذي تقوم عليه المعالجة الأولية. وهذا المقال يجمع ما وقعت فيه من مطبات خلال السنوات الأخيرة وما تراكم لديّ من فهم عملي لإطارات المعايرة.

Light وDark وFlat وBias وFlat Dark: لنميز بينها أولًا

إطارات المعايرة الأربعة الكبرى في التصوير الفلكي هي إطار Light وإطار Dark وإطار Flat وإطار Bias، يضاف إليها إطار Flat Dark (وهو إطار Dark الخاص بإطارات Flat). هذا أبسط مفهوم على الإطلاق، غير أن عدد من يستطيعون فعلًا أن يشرحوا بوضوح «يرجى بيان الفرق باختصار بين Light وDark وFlat وBias وFlat Dark» أقل مما قد نتصور — فكثيرون يكتفون بحفظ الأسماء ومقابلاتها، وهذا لا يعادل فهم ما يقوم به كل واحد منها.

الصورة أعلاه شرح اقتبسته من RBA، ويغطي إطارات Light وDark وBias وFlat، إضافة إلى الشكل الذي تبدو عليه إطارات المعايرة هذه في الأحوال العادية. أما إطار Flat Dark فهو، كما سبق، إطار Dark الخاص بإطارات Flat، ويكفي أن نقيس مفهومه على Dark. والذي ينبغي تذكره حقًا هو نوع العيب الذي يتكفل كل منها بإزالته: إطارات Dark تتصدى للضوضاء الحرارية وللتيار المظلم، وإطارات Flat تتصدى لتخافت الأطراف ولظلال الغبار، وإطارات Bias تتصدى لإزاحة القراءة.

إطار Flat: أكثر الإطارات مادةً للتعلم

من بين إطارات المعايرة الأربعة، لعل Flat هو الأكثر عرضة للمشكلات — وهو أيضًا الأغزر مادةً للتعلم.

«الدونات» والحجب داخل إطارات Flat

عند استخدام ScreenTransferFunction (STF) في PixInsight لإجراء تمديد على الشاشة وفحص إطار Flat، يتبين أن الإطار مليء دائمًا بحلقات على هيئة «دونات»، وهي في الأساس غبار على المسار الضوئي؛ كما يظهر في الوقت نفسه تخافت الأطراف (vignetting)، وعند استخدام OAG يظهر أيضًا ظل حجب OAG.

ولهذا السبب بالذات، متى طرأ أي تغيير على المنظومة البصرية — فك وتركيب، أو تعديل التأطير، أو حتى تعديل قناع العدسة — وجب إعادة تصوير إطارات Flat. وإلا فإن مواضع «الدونات» أو ظلال الحجب لن تنطبق على المواضع المحجوبة في إطارات Light، فلا تنجح المعايرة بطبيعة الحال، بل تنتج بدلًا من ذلك ألوانًا شتى من الظواهر الغريبة بعد المعايرة.

كيف تختار مدة التعريض: اختبار عملي

كم ينبغي أن يكون زمن تعريض إطار Flat؟ أجريت اختبارًا عمليًا. كانت العدة تلسكوب نيوتن مقاس 8 بوصات (معدل) مع كاميرا ASI 2600MC، وصورت عند درجة الحرارة نفسها إطارات Flat وما يقابلها من إطارات Flat Dark بأزمنة 10ms و1s و5s و10s، ثم فحصت النتائج بعد المعايرة بالعين المجردة، فوجدت أن مجموعة 5s هي الأفضل، بينما ظهر في 10ms و10s سطوع زائد عند الأطراف. بعد ذلك قسمت إطار Flat ذا 5s على إطارات الأزمنة الأخرى للمقارنة: يبدو أن مجموعة 1s كانت فاشلة التصوير، إذ خرجت القسمة مائلة إلى السواد بالكامل؛ وفي 10ms ظهر خط فارق يمتد من أعلى اليسار إلى أسفل اليمين؛ أما فرق 10s فكان ضئيلًا جدًا. وإطارات Flat المعايرة بمختلف الأزمنة جاءت مواضعها في المدرج التكراري متقاربة، وإلى يسار المنتصف قليلًا، ولم يقتطع منها أي معلومات، وهو ما يدل على أن إعدادات التصوير كانت صحيحة.

والخلاصة: مع تنحية المتغيرات الأخرى جانبًا، تعمل هذه المنظومة على أفضل وجه مع إطارات Flat بزمن 5s، و10s جيد أيضًا، غير أنه يستهلك وقتًا أطول. وينبغي التنبيه إلى أن هذا «الزمن الأمثل» نتيجة خاصة بمنظومة بعينها؛ ومع تغيير العدة يلزم إعادة الاختبار من جديد.

لوح إضاءة أم ضوء السماء؟

لا أفكر في استخدام ضوء السماء لعمل إطارات Flat إلا إذا كانت فتحة التلسكوب كبيرة أكثر من اللازم. فمشكلات إطارات Flat المأخوذة من ضوء السماء ليست قليلة: التحكم فيها أضعف، سواء من ناحية النجوم (إذ كثيرًا ما تظهر نجوم ساطعة في هذا النوع من الإطارات) أو من ناحية السطوع (فسطوع كل إطار يختلف عن الآخر). وفي يومنا هذا، حيث انتشرت مصابيح LED القابلة للتعتيم انتشارًا واسعًا، يبقى لوح الإضاءة أيسر وسيلة لتصوير إطارات Flat للتلسكوبات دون 25 سنتيمترًا — إذ يمكن التصوير في أي مكان، وإعادة التصوير فورًا إن خرج الإطار فاسدًا، فلا عذر حقًا في ترك تصوير إطارات Flat. وإذا لزم استخدام السماء فعلًا، فإنني أستعمل لوحًا بلاستيكيًا لبني اللون، ولا أنصح بقميص قطني أبيض. أما عدد إطارات Flat فمن 5 إلى 10 يكفي عادةً؛ والمهم ليس الكثرة، بل صحة التصوير.

أما طريقة تعتيم لوح الإضاءة فقد اختبرتها أيضًا: قارنت إطار Flat بزمن 1s مصورًا بتعتيم PWM (وهو يومض) بإطار Flat بزمن 4s مصورًا مع إضافة لوح خافت للضوء. ومع أن نقش PWM كان ظاهرًا بوضوح في صورة 1s، فإنه اختفى بعد التجميع، وبعد قسمته على إطار Master Flat ذي 4s ظهر أبيض، بما يعني انعدام الفرق تقريبًا. إذن فالتعتيم باستخدام PWM قابل للتطبيق (وبالطبع يبقى التعتيم بالجهد، الذي لا يومض، هو المثالي)؛ ولتوفير الوقت، يبدو أن تصوير إطارات Flat بزمن 1s فقط — وإطارات Flat Dark بزمن 1s كذلك — كافٍ.

كاميرات CMOS المبردة: يرجى معايرة إطارات Flat باستخدام Flat Dark

هذه النقطة تستحق تأكيدًا خاصًا: عند استخدام كاميرا CMOS مبردة، يرجى معايرة إطارات Flat بالتيار المظلم الخاص بها (أي إطار Flat Dark)، لا بإطارات Bias. فإطار Bias لا يعاير إطارات Flat على نحو صحيح في الغالب، وإذا لم تعاير إطارات Flat على نحو صحيح فستفشل معايرة إطارات Light في النهاية. وأشيع نتيجة لسوء معايرة Flat هي فرط المعايرة عند الانتقال إلى معايرة إطارات Light، فتصير الزوايا الأربع ساطعة.

فخ العرض في إطارات Flat المصورة بكاميرا DSLR

عند تصوير إطارات Flat بكاميرا DSLR (ولا سيما Nikon)، قد تكون المفاجأة صادمة: فمع أنها تبدو ساطعة على شاشة الكاميرا أو في Photoshop، فإنها في PixInsight سوداء تمامًا.

والسبب أن بيانات 14 بت موضوعة داخل حاوية ملف بعمق 16 بت، ولذلك فإن الخطوة الأولى لعرضها عرضًا صحيحًا هي استخدام أداة Histogram لضبط النقطة البيضاء عند 0.25. وهذه مسألة عرض محضة لا تمس البيانات نفسها. (سجلت مقطعًا مصورًا للعملية متخذًا Nikon D810 Astro mod مثالًا، أعرض فيه الخطوات كاملة.)

إطارات Dark: تنتهي صلاحيتها، ويرجى تذكر تحديثها

إطارات Dark ليست مما يصور مرة واحدة ثم يستعمل إلى الأبد. عاير أحد الزملاء ذات مرة بإطارات Dark نفسها فجاءت النتيجة سيئة، وبالسؤال تبين أن تلك الإطارات صورت في مطلع العام — وهو ما يؤكد مرة أخرى أن إطارات Dark تحتاج إلى تحديث دوري، وأن الدفعة الواحدة ينبغي إعادة تصويرها بعد نحو ثلاثة أشهر. وإذا ظهرت مشكلة طفيفة بعد كل معايرة، فيمكن التحقق مما إذا كانت قيم سطوع البكسل في إطارات Dark القديمة والجديدة متقاربة، ومن ثم الحكم على ما إذا كانت الإطارات قد تقادمت.

ومن المفيد كذلك التعرف على إطارات Dark ذات أزمنة التعريض المختلفة. فقد اطلعت على مجموعة من إطارات Master Dark لكاميرا QHY 268C (Sony IMX 571) تمتد من 0 ثانية إلى 600 ثانية، ولم تكد قيمة الخلفية تتغير مهما كان الزمن (كلها في حدود 0.0075)، والفرق الذي يمكن رؤيته هو ازدياد سطوع البكسلات الساخنة مع ازدياد الزمن. ويقودنا هذا إلى نتيجة عملية: إذا عولجت البكسلات الساخنة على حدة (بأداة Cosmetic Correction مثلًا)، فإن إطارات Dark تصلح لمعايرة إطارات Light حتى لو لم يطابق زمنها زمن إطارات Light بصورة طارئة.

وبالمناسبة، حين كنت في سنواتي الأولى أدرس إطارات المعايرة، اكتويت بمشكلة في إطارات Dark: فبعد المعايرة وتسجيل النجوم والتجميع اكتشفت فرط معايرة في Flat أو نقصًا فيها، فأعدت ضبط Master Flat وكررت العمل كله من جديد، ولم أكتشف إلا في النهاية أن أصل المشكلة كان في إطارات Dark.

درس كلاسيكي: إطار Bias فاسد التصوير يؤدي إلى فشل التجميع بأكمله

وأختم بحالة تركت في نفسي أثرًا عميقًا. فمجموعة بيانات فشل تجميعها فشلًا مباشرًا (في PixInsight) أو جاءت نتيجتها غير صحيحة (في Astro Pixel Processor)، وبتتبع الأمر تبين أن الجاني هو إطار Bias فاسد التصوير.

وكانت تلك أول مرة أصادف فيها أن يؤدي فساد إطار Bias إلى إسقاط التجميع كله. لذا أكررها مرة أخرى: مع كاميرات CMOS المبردة، يرجى معايرة إطارات Flat بإطارات Flat Dark لا بإطارات Bias. أما إطار Flat غير المعاير فهو في الأساس تصوير ذهب سدى، ولن يزيد الصورة بعد المعايرة إلا مشكلات. فمتى صورت إطارات المعايرة تصويرًا صحيحًا، صار لما بعدها معنى.